2. Рентгеноструктурный анализ

Связь между формой кристалла и его внутренним строением удалось установить после открытия рентгеновских лучей (1895 г. немецкий физик Вильгельм Рентген). При прохождении через кристаллы монохроместических рентгеновских лучей наблюдается их дифракция и интерференция, что дает возможность определить расстояние между частицами в кристалле (т.к. длины волн рентгеновских лучей имеют тот же порядок, что и расстояния между атомами или ионами, молекулами в кристаллах приблизительно равняется 10^-8.

Дифракция – явление рассеяния световых волн от большого числа точек или линий регулярно расположенных в пространстве. Она наблюдается при условии, что  длина волн сопоставима с расстоянием между точками или линиями (например кристаллов между частицами).

Интерференция – явление (наложение, усиление) когда два луча с одинаковой длиной волны () попадают в одну точку пространства, они могут совпадать по фазе, тогда амплитуда лучей складывается и активность света удваивается в рассматриваемой точке.

В 1913 г. У.Г. и У.Л. Брэгги (отец и сын) и независимо от них русский физик-кристаллоград Ю.В. Вульф предложили уравнение, связывающее расстояние между плоскостями в кристалле вызывающими явление интерференции, длину волны рентгеновского луча и угол между направлением луча и плоскостью кристалла.

n= 2d sin,

где  - длина волны рентгеновских лучей;

d – расстояние между плоскостями;

 - угол между лучом и плоскостями;

n – целое число(условие усиление лучей).

Теория интерференции показала (физика), что максимальная яркость достигается при условии, когда разность физических лучей равна () длине волны или превосходит её в целое число раз.

Падающие лучи Интерферированные лучи

d

рис. 1 Кристалл-дифракционная решетка

Рассеяние лучей происходит не только от наружной оболочки, но и от ближайших внутренних слоев. Однако лучи рассеявшиеся от второго и следующих слоев находятся в другой фазе по сравнению с лучами рассеивающимися от наружной плоскости и интерферируют с ними.

3. Строение кристаллов

В процессе роста кристаллов данной модификации возможно возникновение различных форм, в зависимости условий скорости поступления вещества из расплава или раствора к растущей грани от наличия примесей, температуры, давления и так далее.

Ещё в 1749 году М.В. Ломоносов предполагал, что внешняя форма кристалла есть отражение скрытого внутреннего строения и образована правильным расположением частиц, составляющих кристалл. Сейчас правильность этого мнения доказана рентгенографией, электронографией и другими методами. Структура множества различных кристаллов полностью расшифрована. Наука, изучающая связь между химическим составом твёрдых фаз, кристаллическим строением и свойствами, называется кристаллохимией. Основной закон кристаллохимии закон постоянства междугранных углов: кристаллы одной и той же модификации данного вещества могут иметь разную величину, форму и количество граней, но углы между соответствующими гранями при данной температуре и давлении остаются постоянными. Существует около 50 различных кристаллических форм (куб, тетраэдр, октаэдр, различные сочетания, которых дают много сложных форм). В 1890 году русский учёный Фёдоров провёл расчёт всех возможных симметрий и установил, что число возможных кристаллических структур в природе составляет – 230.