9.Эксперементальное определение структуры кристаллов.

Атомное строение кристалла определяется по дифракции рассеянию рентгеновских лу-чей, ē, нейтронов. Развитие структурного анализа началось с опыта М. Мауре (1912г.), которая показала, что пучок рентгеновских лучей, проходя через кристалл, испытывает дифракцию. Симметрия распределения дифракционных максимумов (пятен на фотоплас-тинки) будет соответствовать симметрии кристалла. Кристаллы с их трехмерными пери-одическими структурами являются естественными дифракционными решетками для рентгеновских лучей, так как длины волн с межатомными расстояниями кристалла. Диф-ракционные максимумы возникают во всех направлениях, для которых справедливо уравнение Вульфа - Брегга.

2dsinά=nλ , n=1,2,3...

Согласно условию В-Брегга дифракционный максимум получается только для опреде-ленных напряжений и межплокостных расстояний.

d-межплоскостное расстояние

Методы рентгеноструктурного анализа делят на 2 в зависимости от условий съем-ки:1) когда угол падения - постоянен, меняют длину волны; 2) длина волны - постоянна, меняют угол падения. Отраженный от кристалла пучок регистрируется на фотоприем-нике специальным счетчиком.

Первый метод: метод Лауре

На кристалл, ориентированный под определенным углом к пучку, падает пучок немоно-хроматического излучения, причем каждая длина волны должна удовлетворять условию В-Брегга. Такой метод применяют для ориентировки кристалла и его симметрии.

Второй метод осуществляется двумя способами:

- метод вращения - заключается в том, что кристалл вращают вокруг оси перпен-дикулярно монохроматическому пучку. Т.О. различные плоскости кристалла ставятся последовательно в положение, соответствующее условию дифракции.

- метод Дебая - Шеррера - поликристалл или мелкий порошок из монокристаллических зерен осветвляется монохроматическим излучением. Во множестве произвольнл ориен-тированных монокристаллов, всегда найдутся такие, ориентировка которых удовлетво-ряет условию В-Брегга.

Рентгеновское излучение получается путем бомбардировки медной пластины быстрыми электронами

для меди λ=1,541Å

для молибдена λ=0,709Å

1Å=

Для мсследования кристалла требуется рентгеновское излучение с энергией кванта .

Сложные структуры порядка 10000 отражений, и в ходе такого анализа определить координату от 500 до 5000 атомов.

По дифракционной координате можно судить о геометрии решетки. По интенсив-ности можно судить о распределении атомов.

Рентгеноструктурный анализ распадается на два этапа:

1 - определение геометрии структуры

2 - выдевание этой пространственной группы конкретным набором различных атомов.

Интенсивность рассеяния атомов зависит от типа атома и его положения в ячейки. Интенсивность дифракционных максимумов измеряется по степени почернения фото-пластинки или точными автоматическими методами. Определяя интенсивность диф-ракционных максимумов, по ним определяем распределение электронной плотности, то есть максимальную вероятность нахождения электрона в той или иной точке крис-талла. Распределение электронной плотности устанавливают методами гармоническо-го анализа. По интенсивности рассеяния рентгеновских лучей в кристалле измеряют υ распределения упругих волн, анизотропию кристалла. Кроме того - наблюдения дефектов структуры кристаллов.

Схема для определения структуры кристалла