Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Röntgendiffrakció 1. Barangolás térben és időben Deák Andrea MTA Természettudományi Kutatóközpont Szerves Kémiai Intézet „Lendület” Szupramolekuláris Kémiai.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Röntgendiffrakció 1. Barangolás térben és időben Deák Andrea MTA Természettudományi Kutatóközpont Szerves Kémiai Intézet „Lendület” Szupramolekuláris Kémiai."— Előadás másolata:

1 Röntgendiffrakció 1. Barangolás térben és időben Deák Andrea MTA Természettudományi Kutatóközpont Szerves Kémiai Intézet „Lendület” Szupramolekuláris Kémiai Laboratórium

2 A röntgendiffrakciós mérések célja, hogy a vizsgált anyagról atomi felbontású képet alkossunk optikai mikroszkópegykristály röntgendiffrakció szórási kép Bevezetés

3 A kismolekulás krisztallográfia ú. n. 4C módszer: vagyis ha egy anyagból megfelelő minőségű és méretű kristályt tudunk növeszteni (~ 0.1 mm élhossz), akkor: az anyag kémiai összetételét (composition), az atomok kapcsolódási rendjét (constitution), az atomok egymáshoz képest elfoglalt relatív helyzetét (conformation) és tükörképi viszonyait (configuration) is meg tudjuk határozni.

4 Kismolekulás krisztallográfia lehetővé teszi a molekulákat alkotó egyes atomok elkülönült elektronfelhőiről alkossunk képet

5 1905. fizikai Nobel-díj Katódsugárcső Lénárd Fülöp ( ) termoemisszió Katódsugár = nagy sebességű elektronnyaláb Előzmények

6 William Crookes ( ) Crookes-cső katódsugárzást bocsájt ki

7 Lénárd-cső - eltéríti a katódsugarakat, és bebizonyítja, hogy negatív töltésűek - kivezeti a katódsugarakat a levegőre J.J. Thomson: az elektron felfedezése Röntgen: a röntgensugarak felfedezése Lénárd-cső katódsugaraknak a levegőbe való kivezetésére Beszerzés ideje: XX. sz. eleje Pannonhalmi Főapátság, Főapátsági Gyűjtemények Lénárd és Röntgen között megosztva: Baumgartner-díj (Bécsi Akadémia) Rumford érem (Royal Society) Nobel-bizottság egyhangú Lénárd-Röntgen jelölése!

8 Wilhelm Konrad Röntgen ( ) november 8. fiókban lévő fotolemezen megjelent egy kulcs képe Ba-Pt-cianiddal átitatott fluoreszkáló ernyő vaslemezt tartó kezének a csontjai is meglátszódtak a képen X-sugárzás = röntgensugárzás december 28. würzburgi Fizikai- Orvosi Folyóirat „Egy újfajta sugárzásról: Előzetes közlemény” + 2 közlemény Eltört kar csontjainak az összeillesztése (Anglia) Röntgensugárzás elsőként kapja meg a fizikai Nobel-díjat

9 Röntgen által készített (röntgen)felvétel

10 Max Theodor Felix von Laue ( ) a röntgensugarak a kristályokon áthaladva valószínűleg diffrakciót szenvednek, mivel a hullámhosszuk összemérhető a rácssíkok közti távolsággal Mi történik a rendkívül rövid hullámhosszú fénnyel a kristályban? A krisztallográfiában elért eredményeiért 1914-ben fizikai Nobel-díjat kap.

11 d >> λ Hullámfront modell d d  λd  λ

12

13 1912 Walter Friedrich és Paul Knipping Első röntgendiffrakciós kísérlet CuSO 4 és ZnS egykristályokon 1916 Debye és Scherrer Első pordiffraktogram A röntgensugarak elektromágneses hullámok és a kristályok molekuláris szerkezete periodikus ismétlődést mutat.

14 Kristály fogalmának a változása a történelem folyamán a víztiszta kvarcot, a hegyikristályt az antik görögök a jéggel hozták rokonságba. Azt hitték, hogy örökre megfagyasztott jég (görög krüsztallosz = jég) Niels Stensen (Nicolas Steno) (1669) kvarckristályokon felismeri a lapszögek állandóságának nevezett törvényt, azaz mindegyik kristály ugyanazon két lapja közötti szög állandó, függetlenül a kristály méretétől vagy alakjától René Just Haüy (1784) arra következtet, hogy a kristályok sem szemmel sem nagyítóval nem látható, ám a kémiai tulajdonságokat még megörző paralelipipedonok sokaságából épülnek fel

15 Kristályrács Elemi cella: a kristályrács legkisebb része, amelyet a tér három irányába eltolva megkapjuk az egész rácsot Elemi cella paraméterei: élhossz: a, b és c szögek: α, β és γ Angström (Å) = 10 –10 m

16 Síkok és irányok jelölése a kristályban. Miller indexek (hkl) tengelyt metszi a/1 2b 2c/3  akkor a hkl = 1 1/2 3/2  213, de a tengelyt metszi 3a/2 3b c/1  akkor a hkl = 2/3 1/3 1  213 hkl Miller-indexű kristálylap tengelyt metszi a/2 b/1 c/3  akkor a hkl = 213 A hkl Miller-index egész pozitív, vagy negatív szám vagy 0. William H. Miller ( )

17 Sir Lawrence Bragg és Sir Henry Bragg ( )( ) fizikai Nobel-díjat kapnak a röntgendiffrakció terén elért eredményeikért. 1913!

18 |F |-amplitúdó  hkl –origóra vonatkoztatott relatív fázis  hkl Hullám

19 Hullámok interferenciája

20 A kristályrácson történő röntgensugár szóródás Bragg-féle értelmezése Bragg értelmezésében a kristály párhuzamos, atomokkal terhelt síkokból álló rendszer, melyben a síkok egymástól való távolsága (d hkl ) állandó egy d hkl rácsállandójú síkseregről a szórt nyalábok csak akkor hoznak létre észlelhető interferencia maximumokat ha az útkülönbségük a röntgensugár hullámhosszának valamilyen egész számú többszöröse (n ) beeső nyaláb a síksereget olyan  szög alatt éri, melyre érvényes, hogy az egymást követő síkokról szórt nyalábok által befutott utak közötti különbség (Δs = 2dsin  ) a hullámhossz valamilyen egész számú többszöröse (n ) d hkl - rácsállandó  - Bragg-féle szög s1s1 s2s2 d hkl hkl Beeső sugárzás Szórt nyaláb-Bragg-reflexió hkl    d hkl sin   Δs = s 1 + s 2 = n λ 2d hkl sinθ = n λ

21 Röntgensugarak szóródásának a mechanizmusa A beeső röntgensugárzás a kristályt felépítő atomok elektronfelhőjével lép kölcsönhatásba és azt a beeső sugárzás frekvenciájával megegyező frekvenciájú rezgésre készteti (koherens szórás). A rezgő töltés sugárzást kelt és ezt szórt sugárzásként észleljük (detektáljuk).

22

23 Kristályok olyan szilárd halmazállapotú anyagok, melyekben az atomok, molekulák vagy ionok szabályos rendben, a tér minden irányába ismétlődő minta szerint helyezkednek el Kvarc Hegyikristály (víztiszta kvarc)

24 Amarra mint jegec, Emerre mint rügy Madách- Az ember tragédiája

25 A KRISTÁLY térrács szerkezettel rendelkező szilárd anyag, mely egyes sajátságait tekintve anizotrop, homogén diszkontinuum a kristályos anyag alapvető jellegzetessége a belső szerkezeti rendezettség, ami tükröződhet a kristályok makroszkopikusan megfigyelhető alakján is = a kristályrácsban szabályos ismétlődéseket (szimmetriát) találunk KonyhasóNaCl

26 Szimmetria a szó görög eredetű, jelentése „azonos mérték”, a részek ismétlődésére, egymásra való megfelelésére vonatkozik Hargittai Magdolna, Hargittai István-Képes szimmetria a szimmetriával lépten nyomon találkozunk a természetben, emberi- alkotásokban és a különböző tudományokban is a szimmetria egységesítő elv lehet a különböző tudományok, a tudományok és a művészet és tágabb értelemben az emberi tevékenység különböző megnyilvánulásai és a természet között Alapmotívum megismétlése valamilyen szabály (szimmetria) szerint.

27 tükörszimmetria

28 forgási szimmetria tükörszimmetria ismétléses szimmetria

29 Szimmetria belépő a kristályok világába

30 Szimmetria belépő a kristályok világába a szimmetria a kristálytanban a kristályokat fölépítő atomi és molekuláris szerveződések csoportosítására (leírására) használható

31 10 alap szimmetria művelet A kristályt határoló lapokon felismerhető szimmetriák: identitás (1) Herman-Maguin jelölés 2-, 3-, 4-, és 6-fogású tengelyek körüli forgatás szimmetriatengelyek (2, 3, 4 és 6) inverzió (  1) síkon való tükrözés (  2) inverziós 3-, 4-, és 6-fogású tengelyek (  3,  4 és  6) forgatásos(rotációs)-inverzió

32 Szimmetriatengely: n-fogású tengely körüli forgatás 3-fogású (3) 4-fogású (4) 6-fogású (6) 2-fogású (2) Szimmetriaműveletek forgatás

33 Hermann Mauguin Schoenflies sztereografikus projekció

34 Forgási szimmetria

35 szimmetriacentrum vagy inverziós pont (  1 = i ) 11 Maurits Cornelis Escher (1898—1972)

36 Hermann Mauguin Schoenflies inverziós n-fogású tengely tengely körüli forgatás + inverzió inverziós tükörsík pont 4 inverziós pont + sík felett, sík alatt

37 Tükörsík (szimmetriasík) Síkon való tükrözés (  2 = m ) M. C. Escher

38 A könyveik nagyon hasonlítanak a mi könyveinkhez, csak a szavak fordítva vannak bennük. Ezt onnan tudom, hogy egyszer fölmutattam egy könyvet a tükör előtt, és ők is föltartottak egyet odaát. Lewis Carroll-Alice Tükörországban (A tükörház) Jabberwock

39 Louis Pasteur ( ) Szeretnél a Tükörházban élni, Cili? Vajon adnának-e ott neked tejecskét? Lehet, hogy azt a tejet meg sem lehet inni... Lewis Carroll-Alice Tükörországban (A tükörház) tükörszimmetria kiralitás

40 Balkezes és jobbkezes molekulák Talidomid (Contergan): „jobbkezes” enantiomer gyógyszer, a „balkezes” teratogén Penicillamin: „jobbkezes” enantiomer hatásos gyógyszer ízületi problémákra, míg a „balkezes” párja rendkívül mérgező Naproxén: „jobbkezes” gyulladásgátló gyógyszer, míg a „balkezes” mérgezi a májat Propoxifén: „jobbkezes” enantiomer DARVON néven kerül forgalomba fájdalomcsillapítóként; tükörképe a „balkezes” enantiomer NOVRAD köhögéscsillapító gyógyszer Aszpartám: „jobbkezes” enantiomer keserű, „balkezes” enantiomerje édes Limonén: „jobbkezes” citrom, „balkezes” párja narancs illatú Karvon: „jobbkezes” köménymagra emlékeztető, „balkezes” párja fodormenta illatú

41 St. Etienne du Mont-templom, Párizs

42 Tükörsík (szimmetriasík)

43 Michelangelo-Dávid

44

45 albit vivianit topáz a  b  c α      90° Triklin (háromhajlású) rácsszimmetria:  1 a  b  c α =  = 90°   Monoklin (egyhajlású) rácsszimmetria: 2/m a  b  c α =  =  = 90° Rombos rácsszimmetria: mmm 7 kristályrendszer Osztályozás: Weiss (1817) és Mohs (1822)

46 cirkon rodokrozit berill a = b  c α =  =  = 90° Tetragonális (négyzetes) rácsszimmetria: 4/mmm a = b = c α =  =   90 ° Trigonális (romboéderes) rácsszimmetria:  3m a = b  c α =  = 90 °  = 120° Hexagonális rácsszimmetria: 6/mmm

47 Gyémánt a = b = c  =  =  = 90° Köbös (szabályos) rácsszimmetria: m  3m hegyikristály ametiszt citrin füstkvarc rózsakvarc

48 BRAVAIS rácsok: 7 kristályrendszer + négyféle centrálás (transzláció) TRIKLIN MONOKLIN ORTOROMBOS TETRAGONÁLIS TRIGONÁLIS HEXAGONÁLIS KÖBÖS P-primitív A, B, C-lappáron centrált F-lapcentrált I-tércentrált

49 10 alap szimmetria művelet identitás (1) 2-, 3-, 4-, és 6-fogású tengelyek körüli forgatás (2, 3, 4 és 6) inverzió (  1) síkon való tükrözés (  2) inverziós 3-, 4-, és 6-fogású tengelyek (  3,  4 és  6) Az elemi celláknak hiánytalanul ki kell tölteni a teret. Hogyan valósulhat ez meg? 10 szimmetria művelet kombinálásával,a műveletekből összesen 32 független pontcsoport azaz 32 KRISTÁLYOSZTÁLY generálható Johann Friedrich Christian HESSEL (1830)

50 32 KRISTÁLYOSZTÁLY (pontcsoport) triklin: 1,  1 monoklin: 2,  2 = m, 2/m ortorombos: 222, mm2, 2/m2/m2/m = mmm tetragonális: 4,  4, 4/m,  42m, 422, 4mm, 4/mmm trigonális: 3, 3m, 32,  3,  3m hexagonális: 6,  6, 6/m,  6m2, 622, 6mm, 6/mmm köbös: 23, m3, 432,  43m, m3m Pl: 2/m 2-fogású tengelyre merőleges tükörsík

51 egyszerű transzláció (eltolás) (ismétléses szimmetria) a 3 újabb transzlációs szimmetriaművelet

52 csavartengely (n r ): /2 2 1 : 2-fogású tengely körüli forgatás + 1/2 transzláció 2 forgatás és transzláció

53 csúszósík: tükörsík + 1/2 transzláció m a/2

54 Körforgás Bábel M. C. Escher

55 TÉRCSOPORTOK: 14 Bravais cella kombinálása a 32 tércsoporttal és a 3 transzlációs szimmetria elemmel 230 tércsoport (kristályok szimmetriának a leírására) SCHÖNFLIES, FEDOROV és BARLOW

56

57

58 Cambridge-i Szerkezeti Adatbázis Tércsoport találat CSD (2004 július): szerkezet. A vegyületek 78%-a a csillaggal jelölt öt tércsoportban kristályosodik.

59 Az ismétlések a tér harmadik irányába is kiterjednek M. C. Escher

60 Nappal és éjszaka M. C. Escher antiszimmetria

61 Budapesti Hilton Szálló

62 Szimmetria a zenében Bartók-Cantata Profana Nézz a tükörbe A múltból most A jövőbe Nézz a szemembe Olvass most belőle......A tükröd vagyok Ne a tükröt törd szét Ha bánt az önarckép Ha dühöt és bánatot érzel Ha a tükörbe nézel Unique-Tükör Ravel-Bolero Bach-Goldberg-variációk

63 2011. Kémiai Nobel-díj a kvázikristályok felfedezéséért Kvázikristályok: átmenetet képeznek a kristályos és az amorf anyagszerkezet között ● nincs bennük hosszú távú periodicitás, csak orientációs rend ● nincs olyan elemi cella melyből kirakhatók lennének Pásztázó elektronmikroszkópos felvétel Al 86 Mn 14 Intermetallikus fázis-aggregátumról 5-fogású szimmetria


Letölteni ppt "Röntgendiffrakció 1. Barangolás térben és időben Deák Andrea MTA Természettudományi Kutatóközpont Szerves Kémiai Intézet „Lendület” Szupramolekuláris Kémiai."

Hasonló előadás


Google Hirdetések