Лекция (12) (Ю.Л. Словохотов - Кристаллохимия (презентации лекций))

Описание файла

Файл "Лекция (12)" внутри архива находится в папке "Ю.Л. Словохотов - Кристаллохимия (презентации лекций)". PDF-файл из архива "Ю.Л. Словохотов - Кристаллохимия (презентации лекций)", который расположен в категории "лекции и семинары". Всё это находится в предмете "кристаллохимия" из седьмого семестра, которые можно найти в файловом архиве МГУ им. Ломоносова. Не смотря на прямую связь этого архива с МГУ им. Ломоносова, его также можно найти и в других разделах. .

Просмотр PDF-файла онлайн

Текст из PDF

химфак МГУ, весна 2017Строение кристаллических веществ иматериаловлекция №6Рентгеновское излучение.Рентгеновская дифракцияI. Точки, линии и плоскости в кристаллеКак задают положения атомов в ячейкеН(5)С(5)Н(6)zН(1)С(3)Н(3)С(6)Н(1)Н(4)С(4)С(1)С(2)Н(2)yН(1)xН(1)C(1)C(2)...H(1)и т.дx/a......y/b......z/c...............(0 ≤ xi/ai ≤ 1)+a, b, ca, b, gатомнаяструктуракристаллаКристаллографические направления: индексы [u v w](u,v,w – координаты ближайшего узла)[1 3][2 4] = [1 2][2 1]у индексов u,v,wнет общихмножителей2D-решетка: [u v][13][1 1 1 ]В трехмерной (3D) решетке[ 111]Симметрически связанные направленияu v w: решетка + кристаллический класс[11 1 ][11 1][1 1 1 ][1 1 1]Pna21 (класс mm2): 111 = набор [ 1 1 1]Pbca (класс mmm): 111 = набор [ 1 1±1]В декартовой системе координат направление [uvw]задает также систему кристаллографических плоскостей(210), или (hkl): h=u, k=v, l=wНо кристаллографические системы– не декартовы[210][110]210bY000aX110aX = a/hbY = b/kcZ = c/l000«Рациональные» плоскости, нормальныек кристаллографическим направлениям,не проходят через узлы решеткиКристаллографические плоскости:индексы Миллера (hkl)2D-решетка: (h k)bYaXсистема линий (2 1) илипроекция системы плоскостей (2 1 0)проекция плоскостей (3 1 0) = (31 0)h = a / aX = 2k = b / bY = 1и т.д.Кристаллографические плоскости в 3D-решеткес0ba(1 0 0)(2 1 0)(2 1 2)Симметрически связанные плоскости:форма {hkl}(100)Zкласс m3 mформа {100}: куб;Y грани ( 1 0 0), (0±1 0) и (0 0±1)ZXгрань (100)(11 1)(111)форма {111}: грани ( 1 ±1 ±1)октаэдрXYII.

Рентгеновское излучениеСпектр электромагнитного излучения«наша» областьрентгеновского излученияРентгеновское излучениеЖесткое (коротковолновое) электромагнитное излучениеl ~ 5 – 0.5 нм(50 – 5 Å)мягкоеl ~ 100 – 5 пмрентгеновское(1 – 0.05 Å)E ~ 300 – 3000 эВ излучениеE ~ 10 – 200 кэВжесткоерентгеновскоеизлучениеl(Ǻ) ≈ 12.40/ E(кэВ)ВУФ: вакуумныйультрафиолетРентгеновское излучениемягкоеЖ Е С Т К О Еl = 0.5 – 2.0 Ǻиспользуетсяв рентгеновской дифракцииg-излучениеE > 0.5 – 1 МэВ1895: Вильгельм Конрад Рентген,открытие Х-лучей1896, Вихерт и Стоукс:Х-лучи - очень короткиеэлектромагнитные волны1907, Вин: оценка длины волнырентгеновского излучения ~10-8 см1910, Лауэ: уравнения для “атомных”2D- и 3D-дифракционных решеток1912, Фридрих и Книппинг:первая дифрактограммаИсточники рентгеновского излучения1.

Радиоактивные изотопы (g-излучатели)2. Рентгеновские трубки: (а) с неподвижным анодом(б) с вращающимся анодом3. Ускорители легких частиц, лазеры на свободныхэлектронах (СИ: синхротронное излучение)Рентгеновская трубка (схема)охлаждаемый анодокно (Be)рентгеновскоеизлучение10-50 кВeкорпус(стекло)катодобъектфотопластинкаОдин из первых рентгеновских снимковПервая рентгеновская установка (1912г.) и перваядифрактограмма кристалла медного купоросаВид спектра излучениярентгеновской трубкиПроисхождение линийв спектрехарактеристическиелинииинтенсивность«белое»тормозноеизлучениедлина волны l«дырка»Синхротронное излучение (СИ)e–NS~1/gg=Eкин/(m0c2) ~ 103-104(соотношение Лоренца)ультрарелятивистские электроныУЗКИЙ И ОЧЕНЬ ЯРКИЙ ПУЧОК ФОТОНОВэнергия пучка электронов 1-10 ГэВэлектронный ток 50-500 мАвремя жизни пучка ~2-200 часинтенсивность СИ ~ g4, т.е.

~ m0–41,2 - линейный ускоритель (linac)3 - предускоритель (booster)4-7 - накопительное кольцо4 - поворотный магнит8 - канал СИ9 - экспериментальная станция10 - стена биозащитыIII. Рентгеновская дифрактометрияВиды излучения, используемые в дифрактометрииl, Ǻрентгеновскоенейтроныэлектроныf(q)0.5 – 2.5убыв., ~Z~1const, независ. от Z0.02–0.05 убыв., ~Z1/3l=h/mvсредатеориявоздух естьвоздух естьвакуум будетсоотношение де БройляНейтроны (тепловые): v ≤1 км/с, l ~ 1ǺЭлектроны (микроскоп): l≈[150/(E, Эв)]1/2 , т.е. Е = 50–300 кЭвРассеяние на кристалле: формула Брегга – ВульфаqAqqq qCDdhklBq1l1q2> q12d sin q = nl(n = 1, 2, 3…)l 2> l1Георгий Викторович Вульф(1863-1925)Координатная сетка длястереографической проекции(сетка Вульфа)1913 г: независимый вывод формулыБрегга-Вульфа: 2dhklsinq = nl4M223M2q3j1154оптический гониометр:1 – источник света2 – механика (лимбы)3 – монокристалл4 – зрительная трубарентгеновский дифрактометр:1 – высоковольтный генератор2 – рентгеновская трубка3 – образец (монокристаллили кристаллич.

порошок)4 – детектор5 – механика (гониометр)М – монохроматорБрегговские монохроматоры2dhkl sin q = lинтенсивностьизлучениерентгеновскойтрубкиKa-линияqкристаллмонохроматордлина волны lМетоды получения дифракционной картины2dhklsin q = l1. Монокристалл, «белое» излучение – метод Лауэ2. Кристаллический порошок, монохроматическоеизлучение – порошковая дифрактометрия,рентгенофазовый анализ (РФА)3. Монокристалл, монохроматическое излучение(l фиксирована, гониометр с варьируемыми углами)– рентгеноструктурный анализ (РСА)IV. Рентгенофазовый анализ (РФА)Порошковая дифрактометрияМного мелких произвольно ориентированныхкристаллов – все системы атомных плоскостейв отражающем положении – «конусы» изрефлексов (h0 k0 l0) от каждого кристаллита –узкие дифракционные «кольца»УчастокдифрактограммыСхема съемки с 1Dдетектором (PSD: PositionSensitive Detector)Геометрия съемки в РФАНа отражение (по Бреггу – Брентано)детекторqq2qкюветаqгеометрия q – qкювета с порошкомНа пропускание (по Дебаю – Шереру)2qкапиллярс порошкомqфотопленкаили детекторПодготовка образца для съемки11 - кварцевая кювета с порошкомПорошковый дифрактометр Stoe q-q32411 - генератор, 2 - гониометр,3 – защитный кожух, 4 – управляющий компьютерВертикальный гониометр с геометрией q-q432151 – рентгеновская трубка, 2 – коллиматор, 3 – монохроматор,4 – детектор, 5 – горизонтально расположенный образецПорошковая дифрактограмма YTaO4Интенсивность рассеяния, произв.

ед.дифракционныерефлексы30002500шум200015001000500фон0203040угол рассеяния 2q5060Рентгенофазовый анализ (РФА)• Поликристаллические образцы (порошки, минералы,металлические изделия)• Определение параметров элементарной ячейки,пространственной группы• Качественный и количественный фазовый анализ,исследование фазовых переходов и химическихреакций• Банк данных PDF• Определение средних размеров кристаллов, зерен вобразце или распределение их по размерам• Изучение внутренних напряжений в образце (попрофилю и сдвигу линий)• Изучение текстур (характера преимущественнойориентации)«Раздвоение» рефлексов на больших углах 2q: дублет Ka1/Ka2a-Al2O, l(CuKa)=1.5418 ÅCu Ka1: 1.5406 ÅCu Ka2: 1.5443 ÅИнтенсивность1000050000203040506015007080901001101201301401502q, град.Интенсивность1000500080901001102q, град.120130140Таблица межплоскостных расстояний dhkl:«паспорт» кристаллического веществакорунд (a-Al2O3)B10414000карточка PDF(powder diffraction file)Интенсивность рассеяния1200011610000800060001 0 10113I/Icor0124000024 2112000110006020406080100120угол рассеяния 2qкорундовое число: I(100%)в-во Х/I(100%)a-Al2O3 в смеси 1:1 (по весу)«Полуширина» рефлекса: формула Шерераl(Cu Ka):FWHM: full width at half maximum D(Å) ~ 100/D(2q)(град)Интенсивность рассеяния, произв.

ед.D(2q)(рад) ≈ 0.94l/[D·cosq]D6000электролитическиосажденный Cr50004000D ~ 1.5 – 2 нм3000D(2q)2000металлический Cr100000204060угол рассеяния 2q, град.80100Обработка дифрактограммы в РФА53.85053.88053.91053.94053.97054.00054.03054.06054.09054.12054.15054.18054.21054.24054.27054.30054.33054.36054.39054.42054.45054.48054.5107894969710412914013816315517417817616214512910011589849970определение рефлексовпрофильфонасглаживаниешумавычитаниефона89оцифрованный кусокпрофиляПредставление данных РФА:таблица межплоскостных расстояний! STOE Peak File : Si_test_04.pks! Created at 10-Dec-11 13:19 by WinXPOWVersion : PKS_2.01Title : Si_testDiffractometer : Theta-ThetaMonochromator : SecondaryWavelength : 1.540598 CuDetector: Scintillation CounterScan Mode : ReflectionScan Type: 2Theta:Omega! Raw data file used : D:\YLS\Si_test_04.rmb! created: 27-Oct-08 14:26! Peak search parameters : Expected halfwidth : 0.150!Significance level : 2.5!Peak height level : 40Peaklist [ Range 1 : 2Theta =D2Theta3.13950928.40581.92111047.27711.63822756.09491.35827269.09881.24637276.34531.10879788.00911.04540994.92580.960196106.68730.918102114.072027.000 120.000 0.040 Imax = 1259 ]I(rel)I(abs)I(int)100.0012420.0050.496270.0026.303270.006.56810.009.981240.0011.541430.006.68830.004.24530.006.86850.00FWHM0.16000.20000.24000.16000.16000.16000.12000.16000.1600HKLтребуетсяиндицированиерефлексовАвтоматическое индицирование NaCla=5.6417(7) ÅV=179.56(4) Å3Определение компонентов смеси веществМ.А.Порай-Кошиц, Основы структурного анализахимических соединений, М.: Высшая школа, 1982Д.Ю.Пущаровский, Рентгенография минералов,М.: Геоинформмарк, 2000.Т.В.Богдан, Основы рентгеновской дифрактометрии,М.: химфак МГУ, 2012..

Свежие статьи
Популярно сейчас