Справочник химика 21

Химия и химическая технология

Статьи Рисунки Таблицы О сайте English
Оказалось, что при исследовании структуры низкомолекулярных веществ наиболее эффективным является метод рентгеноструктурного анализа. Данный метод дает не только сведения о значениях валентных углов и расстояний между атомами в пределах отдельных молекул, но и позволяет также получить точные данные относительно взаимного расположения молекул в твердом состоянии. Следовательно, этим методом можно исследовать расположение различных частей макромолекулы относительно друг друга. Поэтому в настоящей главе подробно рассмотрен метод рентгеноструктурного анализа. В разделе 3 будут даны основы теории, связывающей дифракцию рентгеновских лучей со структурными особенностями агрегатов молекул. В разделе 4 приведены некоторые примеры применения метода рентгеноструктурного анализа для исследования структуры макромолекулярных твердых тел.

ПОИСК





Принципы дифракции рентгеновских лучей

из "Химия полимеров"

Оказалось, что при исследовании структуры низкомолекулярных веществ наиболее эффективным является метод рентгеноструктурного анализа. Данный метод дает не только сведения о значениях валентных углов и расстояний между атомами в пределах отдельных молекул, но и позволяет также получить точные данные относительно взаимного расположения молекул в твердом состоянии. Следовательно, этим методом можно исследовать расположение различных частей макромолекулы относительно друг друга. Поэтому в настоящей главе подробно рассмотрен метод рентгеноструктурного анализа. В разделе 3 будут даны основы теории, связывающей дифракцию рентгеновских лучей со структурными особенностями агрегатов молекул. В разделе 4 приведены некоторые примеры применения метода рентгеноструктурного анализа для исследования структуры макромолекулярных твердых тел. [c.27]
Из других методов, позволяющих изучать структуру молекул, наиболее важным является спектроскопия. Применение спектроскопии для исследования макромолекул обсуждается в разделе 5. [c.27]
В разделе 6 рассмотрены некоторые другие методы, имеющие ограниченное применение, и в разделе 7 приводятся основные результаты исследования структуры полимеров. [c.27]
Рассмотрим теперь линию Рф, на которой оба рассеянных луча находятся в одинаковом положении по отношению к наблюдателю. Фаза луча, рассеянного атомом, расположенным в точке Pi, на пути от точки Р до точки В изменяется на угол 2n PiB/X). В итоге этот луч в точке В отличается по фазе от луча, рассеянного атомом, расположенным в точке P.j, на угол 2nlK) PiB—ЛРо). Как видно из рис. 5,6, результат сложения двух рассеянных лучей зависит от разности фаз. Результирующая интенсивность максимальна в том случае, если разность фаз кратна 2л, если же разность фаз кратна л, умноженному на нечетное целое число, происходит полное гашение волн. Очевидно, что направление Si совпадает с направлением максимальной интенсивности рассеянных лучей, если разность PjB—ЛР2 кратна целому числу длин волн л. [c.29]
Интересно применить уравнение (3-1) к случаю рассеяния рентгеновских лучей линейной последовательностью идентичных, равноотстоящих друг от друга атомов. Пусть (I—вектор, соединяющий два соседних атома. Тогда вектор, соединяющий первый атом с третьим, будет 2(1, вектор, соединяющий первый атом с четвертым,—3(1 и т. д. Интенсивность дифрагирующих лучей будет максимальна в том случае, если уравнение (3-1) справедливо для всех возможных пар атомов, т. е. для г=(1, г—2d и т. д. Однако достаточно, чтобы уравнение (3-1) удовлетворялось только для соседних атомов, поскольку если (1-8 равно целому числу длин волн, то и 2(1-5, и 3(1-5, и т. д. тоже будут равны целому числу длин волн. Таким образом, максимумы дифракции для линейного ряда атомов, расположенных на расстояниях друг от друга, будут возникать в одном и том же направлении независимо от числа атомов. [c.30]
Отсюда следует, что только рентгеновские лучи (или электромагнитное излучение с еще меньшей длиной волны) могут дифрагировать от линейных последовательностей атомов, разделенных расстояниями порядка нескольких ангстрем. Из уравнения (3-2) видно (п—единичный вектор), что условие существования дифракционного максимума не может быть соблюдено, пока А, не станет меньше 2d, так как sin0 не может стать больше единицы. [c.31]
Если вектор т—иг.- -ьЬ- гшс, где и, V я хю—целые числа, проведен из вершины элементарной ячейки, то его конец окажется в соответствующей вершине другой элементарной ячейки. Кроме того, поскольку все элементарные ячейки одинаковы, такой вектор, проведенный из любой точки внутри элементарной ячейки, будет оканчиваться в соответствующей точке внутри другой элементарной ячейки. [c.33]
Положение атомов внутри элементарной ячейки можно определить при помощи координат х, у м г. Эти координаты обычно выбирают, исходя их осей элементарной ячейки, так что х=1 означает расстояние а в направлении вектора а, г/= 1—расстояние Ь в направлении вектора Ь и т. д. Начало элементарной ячейки х—у г— выбирается произвольно. В кристалле ЫаС1, например, оно может быть помещено в центр иона Ка или иона СГ или где-нибудь между ними. Часто кристаллическую структуру можне-, описать на основе нескольких различных повторяющихся ячеек выбор определяется главным образом из соображений удобства. После того как выбрана элементарная ячейка и ее начало, поло жения атомов внутри нее становятся фиксированными. [c.33]
Эти равенства удовлетворяются в случае реальных плоскостей, которые пересекают ось а элементарной ячейки с интервалами а к, ось Ь—с интервалами Ык и ось с—с интервалами сИ. [c.34]
Уравнение (3-7) представляет собой упрощенный аналог уравнений (3-4) или (3-5). Таким образом, дифракционные максимумы обычно представляют себе в виде отражений от плоскостей hkl). Зная углы 0, под которыми наблюдаются максимумы, можно найти величины межплоскостных расстояний Следует отметить, что расстояния между плоскостями (100), (010) и (001) соответствуют величинам а, Ь, с на осях элементарной ячейки. [c.35]
Она совпадает с величиной угла 0, предсказЫЁЭемой для параллельных плo кo стей hkl) соотношением 2d ft sin0=nX Таким образом, при помощи последнего соотношения нельзя получить новых дифракционных максимумов, которые не были бы уже учтены в уравнении (3-7). [c.35]
С помощью уравнений (3-4)—(3-7) можно найти направления, которые соответствуют максимальной интенсивности рассеянного излучения. Однако, как и в случае рассеяния излучения рядом равноотстоящих друг от друга атомов (при условии, что кристаллический порядок в каждом из трех измерений сохраняется на протяжении нескольких сотен элементарных ячеек), только эти направления и являются направлениями, вдоль которых можно наблюдать рассеяние. [c.36]
Вектор г=ыа+иЬ+ 1УС, независимо от числа атомов в элементарной ячейке, связывает любую точку одной элементарной ячейки с идентичной точкой другой ячейки. Поэтому во всех кристаллах каждый такой вектор при всех целочисленных значениях и, V и ш связывает два любые одинаковые атома. Отсюда ясно, что условие Брэгга [уравнение (3-7)] остается справедливым независимо от числа атомов в элементарной ячейке. Однако наличие более чем одного атома в ячейке налагает дополнительные требования, ограничивающие диапазон возможных значений к, к я I, для которых применимо условие Брэгга. [c.36]
Аналогично для гранецентрированной элементарной ячейки атомы с координатами х, у, z х+1/2, у+ 12, z х+1/2, у, 2+1/2 X, у- - 12, 2+1/2) соответствующее условие заключается в том, что индексы h, k и I должны быть или все нечетными, или все четными. [c.37]
Читатель увидит, что объемноцентрированную кубическую структуру с двумя атомами в ячейке можно описать при помощи малой моноклинной элементарной ячейки, содержащей один атом. Но объемноцентрированная структура имеет более высокую симметрию и потому более удобна. Такие же две возможности описания существуют и в случае гранецентрированной кубической структуры. [c.37]
Расширение такой трактовки обычно проводят при помощи теории пространственных групп. Пространственная группа описывает симметрию структуры твердого тела при помощи набора операций, которые трансформируют данную структуру в идентичную структуру. Этого результата можно достигнуть при помощи операций вращения, инверсии, отражения, комбинацией вращения и смещения (переноса вдоль оси вращения) и т. д. Различные способы сочетания этих операций приводят к 230 возможным пространственным группам. Их значение с современной точки зрения заключается в том, что каждая пространственная группа связана с набором характеристических условий, определяющих возможные отражения от плоскостей (hkl). [c.37]
В направлении г может проходить через начало элементарной ячейки две винтовые оси могут быть описаны уравнениями прямых л =1/4, 2=0 и г/=1/4, 2=0. Если оси симметрии располагаются таким образом, то преобразование симметрии (1) переводит атом 1 (рис. 8,а) в положение 2, и наоборот, и атом 3—в положение 4, и наоборот. [c.38]
Преобразование симметрии (2) переводит атом 1 в положение 3, атом 2 в положение 4, атом 3 в положение 1 и атом 4 в положение, которое будет занимать атом 2 в элементарной ячейке, находящейся непосредственно над атомом 3 на рис. 8. Подобные соотношения имеют место и в случае преобразования симметрии (3). С помощью любого такого преобразования симметрии любой атом элементарной ячейки можно перевести в положение, занимаемое другим атомом ячейки. [c.38]
На рефлексы (/ife/) накладываются следующие ограничения, соответствующие пространственной группе P2i2i2 в случае отражений от (hOO) будут наблюдаться только те, для которых k четное, в случае отражений от (О/гО)—только те, для которых k четное. В общем, других ограничений нет. [c.38]
Все 230 пространственных групп и соответствующие ограничения для наблюдаемых рефлексов приведены в I томе Между-народных таблиц для рентгеновской кристаллографии . [c.38]


Вернуться к основной статье


© 2025 chem21.info Реклама на сайте