Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Diffrakciós módszerek Fizikai kémia II. előadás 13. rész dr. Berkesi Ottó.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Diffrakciós módszerek Fizikai kémia II. előadás 13. rész dr. Berkesi Ottó."— Előadás másolata:

1 Diffrakciós módszerek Fizikai kémia II. előadás 13. rész dr. Berkesi Ottó

2 Bevezetés A kémiai szerkezet vizsgálatához használatos módszerek közül eddig a különböző spektrosz- kópiákkal foglalkoztunk. A XX. sz. elején azonban egy másik vizsgálati módszer is fejlődésnek indult, a diffrakciós módszerek – Davisson – Germer kísérlet

3 Történeti áttekintés A kristálylapok szabályossága – N.Stenno (1669) és R.J.Haüy (1784) A lapok indexelése – W.H.Miller (1839) Elemi cella, kristályosztályok, krisztallo- gráfia alapjai – J.Hessel, A.Bravais, J. Fjodorov, A. Schönflies és W.Barlow (az 1880-as évekig) Röntgensugárzás – W.C.Röntgen (1895)

4 Történeti áttekintés Hullám vagy részecske? A.Sommerfeld vs. A.Einstein, A. Compton Röntgendiffrakció – M. von Laue, W.Friedrich és P.Knipping (1912) NP-1914, A diffrakció alapegyenlete – W.H.Bragg és W.L.Bragg (1913) – NP 1915 Elektronszórás – A.G.P.Thomson, C.J.Davisson és L.H.Germer (1927) NP-1937 Neutronszórás – E.O.Ernest (1945)

5 A kristályos szilárd testek A kristályok lapjai, élei és csúcsai szabályosan ismétlődnek A lapok helyzetét szimmetriaműveletek kötik össze! Inverziós centrum, forgástengely (gir), tükörsík, tükrözéses forgástengely (giroid), siklatásos forgástengely (helikogir), siklatásos tükörsík és az egységelem. Csoportot alkotnak – tércsoportok!

6 Tércsoportok - kristályosztályok A tércsoportok száma korlátos – 32 – ezek a kristályosztályok. Hessel – 1830 Gadolin – 1867 Schmidt Sándor – 1900 Az ok, hogy az alakzat, amelyet a csoport leír, transzlációval „sokszorosítva” hézagmentesen ki kell, hogy töltse a teret! – pl. C 5 – nem lehet bennük!

7 A térrács  b  c a a a c b aszimmetrikus egységlineáris rácssíkrács térrácskristály Jellemzők: a, b, c és 

8 Kristályrendszerek a = b = c és  =  =  =90° Köbös/szabályos rendszer a = b ≠ c és  =  =  =90° Négyzetes/tetragonális rendszer a ≠ b ≠ c és  =  =  =90° Rombos rendszer a ≠ b ≠ c és  =  = 90°  ≠ 90° Egyhajlású/monoklin rendszer a ≠ b ≠ c és  ≠  ≠  ≠ 90° Háromhajlású/triklin rendszer

9 Kristályrendszerek Háromszöges/trigonális rendszer a = b = c és  =  =  ≠ 90° vagy a = b és  =  = 90°  = 120° Hatszöges/hexagonális rendszer a = b ≠ c és  =  = 90°  = 120°

10 Bravais-rácsok rombos egyszerűtércentráltlappáron centráltlapcentrált köbös + - ++ tetragonális + - + - monoklin + - + - triklin + --- trigonális + --- hexagonális + ---

11 A kristálysíkok azonosítása 1(a) 1(b) 0 2 0 2 a=1 és b=1 → h = 1/1 és b= 1/1 azaz (h k) = (1 1) a=1/2 és b=1 → (h k) = (2 1) a=1/4 és b=1 → (h k) = (4 1) a=1 és b= -1 → (h k) = (1 1) a=1 és b= -1/4 → (h k) = (1 4) a=∞ és b= 1 → (h k) = (0 1) 3D - Miller indexek: (h k l)

12 A reciprok rács

13 A kristálysíkok távolsága A kristálysíkok távolsága a reciprok rácsra jellemző vektorok hossza segítségével számíthatók ki, pl. a derékszögű kristályrendszerekben:

14 A Bragg-egyenlet Δx = 2d sin Θ Θ d Θ = n λ

15 A pormódszer – Debye-Scherrer

16 A pormódszer – ma Detektor – fotoelektromos detektor, CCD kamera

17 A pormódszer

18 A pormódszert használhatjuk a szilárd fázisú anyagok azonosítására, beleértve a kristálymó- dosulatokat is – Powder Diffraction File Lehetséges keverékek mennyiségi összetételé- nek a meghatározása, fázisátmenetek követése. Az elemi cella szimmetriájának és méreteinek elsődleges meghatározására.

19 Az egykristály módszer

20

21 Honnan származik és mitől is függ a mért jel intenzitása? A szórás az elektronokról történik! Ezért itenzitása függ atomok minőségétől – a szórási tényező a rendszámmal nő! A nem azonos részecskékből álló párhuzamos síkokról kiinduló hullámok közötti fáziskü- lönbségétől!

22 Az egykristály módszer A A B A detektor helye Erősítő interferencia - f A A módosító hatás - f B e iΦ Eredő – F = f A + f B e iΦ I ~ |F| 2 = (f A + f B e iΦ )(f A + f B e -iΦ )

23 Az egykristály módszer Az elemi cella minden atomjára összegezve kapjuk az ún. szerkezeti tényezőt Valamennyi (hkl) értékre ismerve a szerkezeti tényezőt, az elektronsűrűség kiszámítható lenne (Fourier-szintézis)!

24 A fázisprobléma azaz előjele lehet pozítív és negatív is a Fourier-szintézisben. Másik probléma, hogy a szerkezeti tényező komplex mennyiség, azaz a kísérletileg kapott értéket ki kell egészíteni azonban α értékéről a fázisról nem tudunk semmit. Ezt hívjuk fázisproblémának, amelynek megoldására többféle megoldást dolgoztak ki.

25 Az egykristály módszer A megfelelő mennyiségű reflexiós adatból, a kémiai összetétel ismeretében felállítható a szerkezet modellje, amelyet egy iterációs módszerrel finomítva a lehető legjobban reprodukálni próbálják a mért intenzitásokat. A kapott atomi pozíciók hibája is becsülhető ez a termikus faktor.

26 A neutrondiffrakció Az atomreaktorokban keletkező neutronok lelassítva, azok hullámhossza összehasonlít- hatóvá válik a kémiai kötések hosszával. A szórás valóban a magokról történik, és nem függ a rendszámtól. – Valós magtávolságok mérhetők!

27 A elektrondiffrakció Az elektronok, megfelelő sebesség mellett, is alkalmassá válnak a kötéseken történő szórás- ra. Az elektronok és a minta kölcsönhatása azonban erős, ezért csak gázállapotú molekulák, vagy vékony felületi rétegek vizsgálhatók. Itt is illesztik a feltételezett szerkezetet.

28 Ajánlott irodalom P.W. Atkins, Fizikai Kémia II. Szerkezet, Nemzeti Tankönyvkiadó, Bp., 2002, 781-799 és 805-808 old. http://en.wikipedia.org/wiki/Space_group http://en.wikipedia.org/wiki/Miller_index http://en.wikipedia.org/wiki/Bragg’s_law http://en.wikipedia.org/wiki/Powder_diffraction http://en.wikipedia.org/wiki/X-ray_crystallography http://en.wikipedia.org/wiki/Phase_problem http://en.wikipedia.org/wiki/Phase_(waves) http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_diffraction http://en.wikipedia.org/wiki/Electron_crystallography http://en.wikipedia.org/wiki/Neutron_diffraction


Letölteni ppt "Diffrakciós módszerek Fizikai kémia II. előadás 13. rész dr. Berkesi Ottó."

Hasonló előadás


Google Hirdetések