15. A RÖNTGENDIFFRAKCIÓ.

Az előadások a következő témára: "15. A RÖNTGENDIFFRAKCIÓ."— Előadás másolata:

1 15. A RÖNTGENDIFFRAKCIÓ

2 A molekula geometriai adatai
kötéstávolságok, kötésszögek konformáció királis centrumok konfigurációja

3 A molekulageometria meghatározásának módszerei
Gázminta: mikrohullámú spektroszkópia forgási Raman-spektroszkópia Oldatminta: (NMR, konformáció) (CD-spektroszkópia, királis centrumok) Kristályos minta: röntgendiffrakció

4 The Nobel Prize in Physics 1915
"for their services in the analysis of crystal structure by means of X-rays" Sir William Henry Bragg William Lawrence Bragg

5 15.1. Az ideális kristály

6 Elemi cella (primitív) Paraméterei: Paralelepipedon
a, b, c : élhosszak a, b, g: szögek. Paralelepipedon

7 Független paraméterek száma
Kristályrendszerek Kristályrendszer Független paraméterek száma Paraméterek triklin 6 a b c,      monoklin 4 a b c,  =  = 90   rombos 3 a b  c,  =  =  = 90 tetragonális 2 a = b  c,  =  =  = 90 trigonális a = b = c,  =  =   90 hexagonális a = b  c,  =  = 90,  = 120 köbös 1 a = b = c,  =  =  = 90

8 Molekulák száma a cellán belül (jele Z)

9 Az n-ik atom pozíciója az elemi cellában

10 Kristályrács Egy rácspontot origónak választva a többi rácspontba jutunk transzlációkkal. Rácspont: egy vagy több atomot, molekulát vagy iont képvisel. : az origót a szomszédos rácspontokkal összekötő elemi transzlációk n1, n2, n3 : egész számok

11 15.2 A röntgendiffrakciós kísérlet
A röntgendiffrakciós mérés célja: a kristály pontos szerkezetének, azaz - az elemi cella paramétereinek - a cellában elhelyezkedő atomok pozícióinak meghatározása.

12 A röntgendiffrakció jelensége
Kristályos mintán a röntgen-sugárzás szóródik (rugalmas szórás), a szórt sugárzás interferenciát mutat. (A röntgensugár l-ja és a, b, c összemérhetőek, ezért lesz interferencia) Fontosabb módszerek: - csak az elemi cella paramétereinek meghatározására  Debye-Scherrer-módszer: monokromatikus röntgensugár szóródik pormintán  Laue-módszer: polikromatikus röntgensugár szóródik pormintán - az elemi cella paramétereinek és atomi pozícióknak meghatározására  forgó kristály módszer: monokromatikus röntgensugár szóródik egykristályon

13 A röntgenfotonok az elektronokon szóródnak.
Az atommagokon történő szóródás elhanyagolható.

14 Forgókristály módszer
Minta: egykristály – a kristályrács az egész mintában folytonos és hibátlan, a mintán belül nincsenek szemcsehatárokz Egykristályok növesztése oldatból oldat lassú hűtése oldószer lassú elpárologtatása az oldat fölé másik oldószer (amiben kicsi az oldhatóság) rétegzése

15 Zn(NH2CH2COOH)SO4∙3H2O egykristályok
Vizes oldatból, a víz lassú elpárologtatásával R. Shankar, Cryst. Growth & Des. 7, (2004)

16 Röntgendiffrakciós készülék forgókristályos méréshez

17 A Zn(NH2CH2COOH)SO4∙3H2O kristály szerkezete
R. Shankar, Cryst. Growth & Des. 7, (2004)

18 Az egykristály-diffrakciós mérés céljai:
• az elemi cella paramétereinek • (a cellán belül) az atomok helyének meghatározása K0.8Fe1.2Se2 kristály szórásképe és szerkezete A. Ricci, Supercond. Sci. Technol. 24, (2011)

19 15.3. Az elemi cella paramétereinek meghatározása

20 Visszaverődés két egymás alatti rácssíkról

21 Az erősítő interferencia feltétele
Bragg-egyenlet

22 Példa: ortorombos kristály
….

23 Példa: ortorombos kristály
Bragg-egyenletek d = a d = b d = c …. …. ….

24 Példa: ortorombos kristály
Rácssíkok I.

25 Példa: ortorombos kristály
Rácssíkok II.

26 Példa: ortorombos kristály
Rácssíkok távolsága

27 Az elemi cella paramétereit a reflexiós maximumok irányaiból lehet meghatározni

28 15.4. Az atomi pozíciók meghatározása

29 Az atomi pozícióikat a reflexiós maximumok relatív intenzitásából lehet meghatározni.

30 A relatív intenzitásokra vonatkozó képlet levezetése
1. Modell: a kristályban gömbszimmetrikus atomok vannak (vegyértékelektronokat elhanyagoljuk). Levezetés lépései: 1.a Szóródás izolált atomon 1.b Szóródás egy elemi cellán 1.c Szóródás háromdimenziós kristályon 2. Modell: az elektronok eloszlása nem gömbszimmetrikus

31 Gömbszimmetrikus atomokból álló rács szórási intenzitásai
Fhk a (hk) sík szórási amplitúdója, szaknyelven szerkezeti tényezője

32 A szerkezeti tényező xn, yn, zn az n-ik atom koordinátái az elemi cellában fn az n-ik atom atomi szórástényezője (szóró képessége)

33 Atomi szórástényező

34

35 Folytonos elektron-eloszlású cellákból álló rács szórási intenzitásai

36 Ni-ftalocianid elektronsűrűség térképe