химический каталог




Основы структурного анализа химических соединений

Автор М.А.Порай-Кошиц

едования кристаллической структуры. Подавляющее большинство таких исследований выполняется именно этим методом. Электронография и нейтронография используются главным образом для решения частных, специфических задач. Поэтому далее мы рассматриваем только рентгеноструктурный анализ— основы теории, методики и практики определения кристаллической структуры по дифракционному спектру рентгеновских лучей.

§ 1. Физическая основа рентгеноструктурного

анализа

Датой рождения рентгеноструктурного анализа можно считать 1912 г., когда Лауэ и его сотрудники открыли эффект дифракции рентгеновских лучей при их прохождении через кристалл.

Это явление в общем аналогично дифракции световых лучей, пропускаемых через штриховую дифракционную решетку. Как известно, пучок монохроматических лучей, направленных на пластинку с системой равноотстоящих отверстий (или штрихов), распространяется за пластинкой по ряду избранных (дискретных) направлений. Происходит это вследствие наложения сферических волн, исходящих из каждого отверстия. В некотором произвольном направлении эти волны не совпадают по фазе и в совокупности взаимно гасят друг друга. Но если разность фаз лучей, исходящих из соседних отверстий, составит целое число периодов, то они не погасят,

а взаимно усилят друг друга. Этому условию и удовлетворяют дифракционные лучи.

Кристалл является периодической атомной структурой. Если использовать такие лучи, которые рассеиваются атомами и имеют длину волны, близкую к межатомным расстояниям, то должен наблюдаться аналогичный эффект. Периоды повторяемости решетки кристалла лежат- обычно в пределах 5— 10 А *. Поэтому для дифракции на кристалле требуется излучение с длиной волны, лежащей примерно в той же области — порядка Ю-10— Ю-8 см.

* В современной литературе при описании строения кристаллов и молекул, а также в справочных материалах (длины волн /(а -линий, системы атомных и ионных радиусов и т. д.) все дистанционные параметры принято приводить в ангстремах, а не в единицах СИ (нанометрах). 1 А—10_,° м—0,1 им.

Общую схему рентгеноструктурного анализа можно сравнить с работой обычного микроскопа. Роль объектива, разлагающего в спектр лучи, рассеянные предметом, играет рентгеновская камера (или дифрактометр) с исследуемым кристаллом: первичный пучок лучей, создаваемый рентгеновским аппаратом, разлагается кристаллом в дифракционный спектр. Роль окуляра, собирающего лучи спектра в увеличенное изображение предмета, играет вычислительная машина: путем математической обработки дифракционных характеристик — направлений и интенсивности дифракционных лучей, она воссоздает увеличенное изображение распределения электронной плотности по элементарной ячейке кристалла; позиции максимумов плотности отвечают размеще

нию атомов. Математическая обработка дифракционных данных требует использования всех средств современной вычислительной техники.

ь

§ 2. Параметры рентгеновских волн; рассеяние рентгеновских лучей

Любая электромагнитная волна задается четырьмя общими параметрами; направлением S, длиной волны Я» амплитудой Ео, начальной фазой б (рис. 22). Интенсивность луча пропорциональна квадрату его амплитуды: 1~Ео2. Все эти параметры используются в ходе анализа структуры.

Рассеяние рентгеновских волн в рамках классической электродинамики описывается как двойной процесс:

а) заряженная частица вещества под действием переменного поля Е приходит в колебательное движение

в соответствии с законом механики

та =еЕ, (14)

где т — масса частицы; е — ее заряд; а — ускорение;

б) колебательное движение заряда является источником вторичных электромагнитных волн, распространяющихся во всех направлениях. Напряженность поля

этих волн в соответствии с общим законом электродинамики определяется соотношением

е а

?«=^-^Г' (15>

где с — скорость света; R — расстояние от колеблющейся частицы.

Подставляя (14) в (15), имеем

тс2 R

Это означает, в частности, что интенсивность рассеянных волн обратно пропорциональна т2. Именно поэтому рассеяние рентгеновских волн определяется электронами, а не ядрами атомов.

Впрочем, приведенная формула требует некоторого уточнения. Она справедлива лишь для случая, изображенного на рис. 23, а: рассматривается рассеяние под углом ср в направлении, перпендикулярном вектору напряженности первичной волны Е, а следовательно, и вектору ускорения заряженной частицы а.

На рис. 23, б представлен другой предельный случай — рассеяние под тем же углом ср в том же направлении, но при условии,

что вектор Е, а следовательно, и а лежат в плоскости рассеяния. В этом случае напряженность поперечного поля вторичной волны Еът определяется не полной величиной вектора а, а лишь его составляющей, перпендикулярной направлению рассеяния, т. е. величиной a cos ф. Следовательно, теперь

Е ~~

52

тс

cos <р.

В общем случае, когда напряженность поля Е первичной волны не поляризована в какой-либо определенной плоскости, требуется произвести усреднение по всем возможным орнентациям вектора Е, а следоват

страница 15
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66

Скачать книгу "Основы структурного анализа химических соединений" (1.73Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
стул kf 1
Компания Ренессанс лестница к 005м - продажа, доставка, монтаж.

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(01.05.2017)