[工程科技]结晶化学多媒体课件第二章.pptVIP

第二章 X射线晶体结构分析 本章基本内容及目的要求第一节：X射线的产生及性质第二节：X射线在晶体中的衍射第三节：劳厄方程和布拉格—乌尔夫方程 第四节：测定晶胞大小及形状的实验方法 第二章 X射线结构分析 第五节：晶胞中各质点位置的确定 ---衍射强度公式 第六节：晶体结构分析 第七节：X射线在化学中的其他应用 小 结 ?第一节 X射线的产生及性质 理论上说晶体内部的结构为周期性的点阵排列 结构。我们将主要采用实验的方法分析验证晶体内 部确实为周期性的结构。实验原理方法是晶体对X 射线的衍射实验。但是在1895年伦琴发现X射线前， 科学家试图用狭缝使X射线衍射，但实验都以失败 告终。 ?第一节 X射线的产生及性质 ★ 原因是狭缝太宽。 ★ 1895年X射线的发现，己为实验证实晶体 内部为周期性结构打下基础。 ★ 1912德国物理学家劳厄首先发现了晶体对X 射线的衍射现象。 ?第一节 X射线的产生及性质 劳厄的设想： ①人工狭缝，狭缝太宽，X光波长短。 ②三维周期排列晶体为一个理想的天然立体光栅 当时阿佛加德常数(N)已经测定，所以容易估计每个原子所占体积和原子间距离。 ?第一节 X射线的产生及性质 后来劳厄在这种思想指导下，在两个学生帮助下，成功地用 CuSO4?5H2O 晶体照出了世界上第一张X光衍射图，接着诞生了两门新学科，X射线结构分析和X光光谱学。 ?第一节 X射线的产生及性质 1.X射线产生:X射线产生是通过高速运动的电 子撞击在一个物体上（障碍物、靶），由于高速运 动电子受急剧阻止，将使电子所携带的动能转化为 其他能量（大部分的热能，小部分将以电磁波即X 射线形式辐射出来)。 X光管具备如下装备特点： ①产生一定量的自由电子。 ②迫使这些电子在一定方向上高速运动。 ③运动中电子要受阻碍物拦截。 ④要注意（冷却水）和（抽真空防止电极氧化）。 X光特点：小，光束能量hv大，穿透力强。 ?第一节 X射线的产生及性质 2.X射线波长分布 ①连续光谱（白色X射线）：电子撞击阳极，降低一部分动能转化而得到。 ②不连续光谱（单色X射线、特征X射线）：产生光谱段与金属靶材料有关。 ?第一节 X射线的产生及性质 晶体衍射实验中常需要单波长X射线，它是靶 受到高能电子轰击时，靶金属原子中K层电子 被轰击产生K激发态。 L层电子补回到K层产生 若M层补回到K层产生 3、滤波 另外所产生白色X射线，要进行滤波。滤波片通常选原子序数小1（或2）的材料它对X光波长吸收介于上述两者激发态波段之间。 ?第一节 X射线的产生及性质 4、X射线与物质相互作用 穿透: 穿透力强（大部分透过）。 吸收（非散射能量转换） ：光电效应，热能。 K层 电子打掉，L层电子补充K层 散射效应：不相干散射（电子产生非弹性碰撞） 相干散射、产生弹性碰撞,（晶体的X射线衍射效应属于相干散射，次生射线与入射线的位相、波长相同，而方向可以改变）。 ?第一节 X射线的产生及性质 衍射也可用波动学理论解释： 入射X射线为交变电磁波，物质原子外层电子 受电磁场作用受迫振动，此时每个振动的电子可成 为发射电磁波的新波源，且其振动频率，及位相。 仍然保持原入射波的频率及位相。这样就构成了干 涉的条件。晶体衍射线只注意相干散射可用汤姆生 公式表示。 ?第一节 X射线的产生及性质 I0 入射X线强度，e电子电荷，m电子静质量，C光速2θ为散射方向与入射方向交角，Ie 为距r远处散射光强度式中知Ie 与2θ有关。 原子核质量比电子质量大，原子核散射X线强度极小。原子序数大，电子数目多，散射能力则强。 第二节 X射线在晶体中的衍射 1、晶体中电子对X射线产生散射；电子吸收X射线能量，产生相应周期振动，成为新的发射波源。 2、晶体中的原子周期性排列，为点阵结构，其周期和X射线的波长属同一数量级：这同光栅的狭缝与光波波长相近时能产生干涉效应一样。 3、电子散射出来的X射线其位相和频率不变，满足 干涉条件。这与光干涉原理完全相同，因此满足 波的迭加原理。 第二节 X射线在晶体中的衍射 光的干涉结果其光程差 (?=nλ) 若为波长整数 倍为加强干涉，如果某方向出现干涉加强则表示该 方向产生衍射方向。 例直线点阵衍射情况：那么当?=nλ时，称n级衍射， 因此并非所有的方向上都产生衍射，和观察到 衍射波，只能在某些特定方向上才能观察到衍射波。 而其它方向则是不产生衍射加强方