Name: crystal structure using x-ray diffraction
Uploaded: 2023-04-30T07:02:53.000Z
Duration: 9 min 31 s
Channel: JoVE

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Ohio’s Learning Standards and Model Curriculum

9-12

Physical Geology

Minerals

Crystallinity (crystal structure)

X-ray Diffraction

次の手順は、特定のXRD計測器とそれに関連するソフトウェアに適用され、他の計測器を使用する場合は、いくつかのバリエーションがある場合があります。
<ol><li>分析用Alpha-1 XRD機器のNi粉末サンプルを調べます。</li>
	<li>まず、サンプルの直径に応じてビームサイズを固定するマスクを選択します。ビームは、最小θ値(通常~7 0-100)でサンプルより大きいフットプリントを持つことはできません。幅 ε のサンプルの場合、ビーム サイズは < ε sinθ である必要があります。</li>
	<li>サンプルスピナーステージにサンプルをロードし、サンプルを所定の位置にロックします。サンプルスピナーは、X線源へのサンプルの露出を空間的にランダム化するのに役立ちます。</li>
	<li>XRD スキャンの角度範囲を選択します。たとえば、15 ~ 90 度が一般的な範囲です。</li>
	<li>ステップサイズ、つまり2θの増分、および積分(カウント)時間を選択します。一般に、0.05 度のステップ サイズと 4 秒の統合は、広角スキャンのデフォルトです。</li>
	<li>この初期スキャンによってすべてのピーク位置が決定されると、その後のスキャンは、これらのピークからの高解像度データが必要な場合、より小さなステップサイズの角度を使用して、特定のピークの周りの狭いスキャン範囲に焦点を当てることができます。</li>
</ol>

これは、標準的な XRD 実験のデモンストレーションです。この実験で調べた材料は粉末状でしたが、サンプルがサンプルステージの平面に平行に設定できる平らな表面を持っている限り、XRDは固体材料と同様にうまく機能します。
XRDは、材料における結晶学的秩序の有無(または不在)を決定するためのかなりユビキタスな方法である。結晶構造を決定する標準的な用途を超えて、XRDは、多くの場合、次のようなさまざまな他の構造情報を取得するために使用されます。
<ol><li>材料の構造が非晶質であるかどうか(回折強度の広いこぶと識別可能な結晶学的ピークの欠如によって特徴づけられ)、</li>
	<li>サンプルが複数の結晶相からなる複合材料であるかどうか、もしそうなら、各相の分率を決定し、</li>
	<li>材料が非晶質/結晶性複合体であるかどうかを判断する</li>
	<li>材料の粒径/粒径を決定し、</li>
	<li>材料のテクスチャの程度(粒の好ましい方向)を決定する。</li>
</ol>

回折ピーク位置と結晶構造の関係:
十分に小さい波長の光波が結晶格子に入ると、格子点から拡散します。発生の特定の角度では、回折された平行波は建設的に干渉し、強度の検出可能なピークを作成します。W.H. Bragg は図 1 に示す関係を特定し、対応する方程式を導き出しました。
nλ = 2dhkl罪 θ [1]
ここでλは使用するX線の波長であり、dhklは(hkl)ミラー指数*を有する特定の平面セット間の間隔であり、θは回折ピークが測定される入射角である。最後に、nは回折の「調和の順序」を表す整数である。たとえば、n=1 では、最初の高調波があり、結晶を通して回折されたX線の経路(2dhkl sinに相当)は正確に1λであり、n=2では回折経路は2λです。通常は n=1 を想定し、一般に θ &lt; sin-1(2λ/dh'k'l')の n=1 は、回折実験で最初のピーク (最低 2θ値) を示す平面のミラーインデックスです。 ミラーインデックスは、結晶内の方向と平面を識別するための表記システムを構成する3つの整数のセットです。方向の場合、[h k l]ミラー インデックスは、方向に沿った 2 点のそれぞれの x、y、z 座標 (デカルト座標系) の正規化された差を表します。平面の場合、平面のミラーインデックス(h k l)は、平面に垂直な方向の h k l 値にすぎません。
反射モードの典型的なXRD実験では、X線源は位置に固定され、サンプルはθ上のX線ビームに対して回転します。検出器は回折ビームをピックアップし、2倍の速度で回転させることによってサンプル回転に追いつく必要があります(すなわち、θの所定のサンプル角度については、検出器の角度は2θです)。実験の幾何学的形状を図1に概略的に示す。
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10446/10446fig1v2.jpg"> 図1:ブラッグの法則のイラスト
強度のピークが観察されると、式1は必ずしも満たされる。その結果、これらのピークが観測される角度に基づいてd-間隔を計算することができます。複数のピークのd間隔を計算することにより、結晶クラスと結晶構造パラメータ材料サンプルは、ハナウォルト検索マニュアルや使用中のXRDソフトウェアで利用可能なデータベースライブラリなどのデータベースを使用して識別することができます。
調査対象のサンプルは単結晶ではないと仮定します。サンプルがサンプル表面に平行な特定の(h*k*l*)面を有する単結晶であった場合、(h*k*l*)のブラッグ条件が満たされるまで回転させ、より高い高調波(h*k*l*)ピーク(n*k*l*)のピーク(n=1の場合)のピークを見るためには、より高い角度で検出できる必要があります。他のすべての角度では、単一の結晶サンプルにピークはありません。代わりに、サンプルが多結晶であるか、または粉末であり、入射X線ビームによって照らされた結晶粒または粉末粒子の統計的に有意な数であると仮定しましょう。この仮定の下で、サンプルはランダムに配向された穀物で構成され、すべての可能な格子面が回折する可能性のある同様の統計的確率を持つ。
dhkl と単位細胞パラメータの関係は、7つの結晶クラス、立方体、四角形、六角形、菱形、オルソロンビック、単項およびトライクリニックの式2-7に以下に示されています。単位セル パラメータは、7 つの結晶クラスの(a,b,c)の長さと (α, β, γ) の間の角度で構成されます (図 1x は、結晶クラスの 1 つの例を示しています。複数の回折ピーク位置(すなわち、いくつかの異なるd hkl値)を使用して、単位セルパラメータの値を一意に解決することができる。
<img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/10446/10446fig2.jpg"> 図2:7つの結晶クラスの1つとしての四角形構造。
3 次 (a = b = c; α = β = γ = 900):
<img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/10446/10446eq1.jpg" style="opacity: 0.9; font-size: 14px;">[2]
四角形 (a = b ≥ c; α = β = γ = 900):
<img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/10446/10446eq2.jpg" style="opacity: 0.9; font-size: 14px;">[3]
六角形 (a = b ≥ c; α = β = 900; γ = 1200):
<img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/10446/10446eq3.jpg" style="opacity: 0.9; font-size: 14px;">[4]
オルソホンビック (a ≥ b ≥ c; α = β = γ = 900):
<img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/10446/10446eq4.jpg" style="opacity: 0.9; font-size: 14px;">[5]
ロンボヘドラル (a = b ≥ c; α = β = γ = 900):
<img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/10446/10446eq5.jpg" style="opacity: 0.9; font-size: 14px;">[6]
モノクリニック (a ≥ b ≥ c; α = γ = 900≥ β):
<img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/10446/10446eq6.jpg" style="opacity: 0.9; font-size: 14px;">[7]
トライクリニック (a ≥ b ≥ c; α ≥ β ≥ γ ≥ 900):
      <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/10446/10446eq8v2.jpg">[8]
回折ピーク強度と結晶構造の関係:
次に、XRDパターンの強度に寄与する因子を調べます。因子は、材料の固有の構造的側面(構造内の散乱原子の特定のタイプと位置)および2)材料に固有ではないものから直接生じる散乱への寄与を1)として分解することができる。前者では、「吸収因子」と「構造因子」の2つの要因があります。吸収因子は、主に材料が出入りする途中でX線を吸収する能力に依存します。この因子は、サンプルが薄くない限りθ依存性を持たない(サンプルはX線の減衰長よりも3倍厚くする必要があります)。つまり、異なるピークの強度に対する吸収因子による寄与は一定である。「構造因子」は、構造の直接の結果として特定のピークの強度に直接影響します。残りの因子は、対称的に関連しているために同じファミリに属するすべての平面を占める「多重度」と、XRD実験の幾何学的形状から来る「ローレンツ偏光」因子も影響を及ぼします。ピークの相対的な強度は、材料に固有ではなく、分析式で簡単に説明することができます(すなわち、XRD分析ソフトウェアは、分析機能でそれらを削除することができます)。
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/10446/10446fig3.jpg"> 図3:3つの回折線経路は、そのうち11'および22'線がブラッグ条件を満たし、レイ33'は任意の位置に原子(赤い円)によって散乱した結果である。
XRDピークの相対的な強度に材料のユニークな構造寄与を運ぶ唯一の要因として、構造因子は非常に重要であり、より詳しく見る必要があります。図2では、1次ブラッグ回折条件(これはn=1に相当することを覚えておいてください)が、距離dで区切られたh00方向の2つの原子平面に散乱されるレイ11'とレイ22'の間で満たされていると仮定します。この条件では、レイ11'とレイ22'のパス長さの差は δ(22'-11') = SA + AR = λ です。したがって、回折線1と2の間の位相シフトは、Φ22'-11'=(δ(22'-11')/λ)2π=2π(立方対称を仮定し、したがって、h00方向のd=a/h])である。 
解析ジオメトリのいくつかのステップで、任意の距離xに間隔を空けた原子の任意の平面によって線 3 が回折される位相シフト、Φ (33'-11')が与えられるように、Φ(33'-11') = 2π hu、u=x/a(aは(h00)方向の単位セル パラメータ)によって示されます。 他の 2 つの直交方向 (0k0) と (00l) と v=y/a と w=z/a を y 方向と z 方向の分数座標として受け取ると、位相シフトの式は Φ = 2π(hu+kv+lw)まで拡張されます。さて、単位セル内のj-th原子によって散乱されるX線波は、fjの散乱振幅及びΦjの位相を有することになっており、それを記述する関数となる<img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/10446/10446eq8.jpg" style="opacity: 0.9; font-size: 14px;">。したがって、私たちが求める構造因子は、単位セル内のすべての固有の原子に起因するすべての散乱関数の合計です。この構造係数 F は、次のように指定されます。
<img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/10446/10446eq9v2.jpg">[9]
構造係数によって寄与される強度係数は I = F2です。
特定の平面上の原子の位置(u,v,w)(h,k,l)に基づいて、建設的、破壊的、または中間の散乱波間の干渉の可能性があり、この干渉はXRDピークの振幅に直接影響を与えます。(hkl) 平面を表します。
さて、強度のプロット、I、対2θは、XRD実験で測定されるものです。結晶型および関連する単位細胞パラメータ(a、b、c、α、β、γ)の決定は、ピークの系統的な存在/不在を観察し、方程式2~9を用いて、データベースに対して値を比較し、控除および除去のプロセスを用いて分析的に到着させることができる。今日では、これは結晶構造データベースにリンクされた様々なソフトウェアによってかなり自動化されています。

x線回折

出典:ファイサル・アラムギル、ジョージア工科大学材料工学部、アトランタ、GA
X線回折(XRD)は、材料の原子構造や分子構造を決定するために材料科学で使用される技術です。これは、インシデントX線で材料のサンプルを照射し、材料によって散乱されるX線の強度と散乱角度を測定することによって行われます。散乱X線の強度は散乱角の関数としてプロットされ、材料の構造は、位置の解析、角度、および散乱強度ピークの強度から決定されます。結晶中の原子の平均位置を測定できるだけでなく、実際の構造が理想的なものからどのように逸脱しているか、例えば内部応力や欠陥から生じる情報を、決定することができる。
XRD法の中心となるX線の回折は、一般的なX線散乱現象のサブセットである。XRDは、一般的に広角X線回折(WAXD)を意味するために使用され、弾性散乱X線波を使用するいくつかの方法に該当する。他の弾性散乱ベースのX線技術には、小角X線散乱(SAXS)が含まれます。SAXSは、数ナノメートル以上のスケール(結晶上部構造など)の構造的相関と、薄膜の厚さ、粗さ、密度を測定するX線反射率を測定します。WAXDは100を超える角度範囲をカバーする。

図4では、Ni粉末サンプルのXRDピークを示しています。観測されるピーク ({111}、{200}など) は、 h、 k、および lのすべての偶数またはすべての奇数の組み合わせを持つものに注意してください。Niは顔中心立方体(FCC)であり、すべてのFCC構造において、h、k、およびlが偶数と奇数の整数の混合物である{hkl}平面に対応するピークは、散乱X線の破壊的な干渉のために存在しない。{210}や{211}などの平面に対応するピークが欠落しています。この現象は、体系的な存在と不在のルールと呼ばれ、サンプルの結晶構造を評価するための分析ツールを提供します。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10446/10446fig4.jpg"> 図4:顔中心の立方体構造を持つNiのXRDスキャンを示す。

X線回折

Source: Faisal Alamgir, School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA
X-ray diffraction (XRD) is a technique ...

X線回折は、材料の原子および分子構造を決定するために使用される技術です。固体は結晶構造をしており、これは周期的に繰り返される原子の微視的な配置に対応しています。平面をステーキングすることにより、特定の対称性の3次元構造を形成できます。これらの構造配置により、材料の物理的および化学的特性を決定する特定の充填形状が得られます。磁化、熱伝導率、展性など。材料からX線を反射すると、その構造の内部の詳細が明らかになります。このビデオでは、材料に対するX線回折の一般原理と、この現象が実験室で材料の構造と化学組成を決定するためにどのように使用されているかを説明します。まず、クリスタルを詳しく見てみましょう。これは、数オングストロームの距離dhklで周期的に分離された平面に配置された原子格子で形成されています。H、k、lはミラー指数であり、結晶内の方向と平面を識別するための表記システムを構成する3つの整数のセットです。結晶の中で最も小さい繰り返し構造は、単位セルと呼ばれます。格子を形成する単位セルの角度、アルファ、ベータ、ガンマ、および長さa、b、cが異なると、さまざまな対称性が生じます。7つの結晶システムがあります。立方体、正方晶、斜方晶、菱面体、単斜晶系、三斜管、および六角形。単位セルパラメータとミラー指数の関係は、結晶クラスごとに計算できます。波長ラムダの電磁気は、結晶の格子内の平面間の違いと同様の寸法を持つことができます。これらは、X線スペクトル範囲の波長に対応します。X線光波が入射角シータで結晶に照射されると、結晶内を伝搬し、格子点に遭遇して放出されます。ブラッグの法則は、これらのパラメーターを関連付けます。ここで、n は回折の調和次数を表す整数です。特定のラムダに対して、特定の角度のシータのみが回折を生じさせます。これは、結晶構造のユニークな特徴です。実験では、サンプルを回転させ、散乱したX線を収集する検出器が、これらの特性角度に達すると強度のピークを記録します。次に、ブラッグの法則を満たす各角度の格子間隔DHKLを抽出できます。複数の異なるDHKL値に対応する複数の回折ピーク位置を使用して、単位セルのパラメータを一意に解くことができます。ピークの相対的な強度には、主に2つの要因が寄与しています。まず、X線光を吸収する材料の能力やXRD実験の形状など、非構造的な寄与があります。これらは、実験データの後処理で考慮に入れることができます。次に、最も重要なことは、材料の構造的寄与がXRDの相対強度に寄与することです。各回折ピークは、実際には、単位セル内のすべての一意の原子によって回折された複数の光線経路からの散乱振幅をすべて和したものです。散乱光の位相が同相の場合、干渉が構築されます。一方、位相がずれている場合は、干渉が破壊されます。これらの干渉は、結晶のHKL面を表すXRDピークの振幅に直接影響します。次に、これらの原理が実際のX線回折実験でどのように適用されるかを見ていきます。開始する前に、XRD装置を注意深く検査し、その状態と安全性を評価してください。XRDユーザーは、機器を使用する前に、基本的な放射線安全のトレーニングを受ける必要があります。その後、サンプル調製に進みます。この実験では、プレスペレットの形のニッケル粉末サンプルを使用します。サンプルが薄くないこと、およびX線の減衰長の少なくとも3倍の厚さであることが重要です。次の手順は、特定のXRD装置とそれに関連するソフトウェアに適用され、他の装置を使用すると多少のバリエーションが生じる場合があることに注意してください。サンプルをサンプルスピナーステージにロードし、サンプルを所定の位置にロックして、サンプルの照射側がサンプルステージと平行であることを確認します。マスクを使用して、サンプルの直径に応じて機器のX線ビームサイズを調整します。最小の入射角では、ビームのフットプリントはサンプル幅よりも小さくなければなりません。次に、取得パラメータを選択します。まず、XRDスキャンの角度範囲を選択します。通常、範囲は 15 度から 90 度です。次に、次数ステップサイズと、スキャンする各角度での積分時間を選択します。次に、データ集録に進みます。スキャン後、シータに対する角度の関数としての強度のグラフが得られます。この最初のスキャンから、特定のピークを選択し、ピーク位置を決定します。取得を繰り返し、今回は特定のピークの周りのより狭いスキャン範囲に焦点を合わせます。角度の小さいステップ サイズを使用して、より解像度の高いデータを取得します。データ取得が終了したら、データを分析して材料の構造を特定できます。装置ソフトウェアとデータベースライブラリを使用して、スペクトルの各ピークが同定され、結晶配列の特定の対称性に関連付けられます。ニッケル粉末サンプルのこの特定のケースでは、スペクトルは111対称に対応する最初のピークを示しています。2 番目のピークは、2、ゼロ、ゼロ対称などに関連付けられています。次に、ソフトウェアは、この対称性の特定の組み合わせが面心立方構造に対応すると判断し、サンプルがニッケル粉末であることを識別します。X線回折は、材料中の結晶学的秩序の有無を判断するための標準的な方法です。これは、結晶の内部応力や欠陥、または複合材料の複数の結晶相に関する他のさまざまな構造情報を取得するためによく使用されます。XRD技術は、タンパク質や核酸などの生体高分子の構造と空間的配向を決定するために生物学でも使用されます。特に、DNAの二重らせん構造はこのようにして発見され、1962年のノーベル生理学・医学賞受賞につながっています。鉱業目的または惑星探査のための鉱物の地球化学の研究もXRD技術を利用しています。火星のローバー「キュリオシティ」は、10の科学機器のうち、火星の土壌の組成を分析するためのXRD検出器を搭載しています。Jove の X 線回折の紹介を見ました。これで、固体の結晶構造とX線回折の原理を理解できたはずです。また、XRD技術が実験室でどのように使用され、材料の構造と化学組成を取得するかについても知っておく必要があります。ご覧いただきありがとうございます!

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材料工学

crystal structure using x-ray diffraction

X-ray diffraction is a materials science method for finding crystal structure. It uses incident X-rays that strike a sample and scatter from its atoms and molecules. The scattered X-rays are measured by their intensity and scattering angle.

The results are plotted as intensity versus angle. Scientists then analyze the position of the peaks and their strength to determine the structure of the material. This method can also show how a real crystal differs from an ideal one. It can reveal effects such as internal stress and defects.

X-ray diffraction is part of a broader group of X-ray scattering methods. It is often used to mean wide-angle X-ray diffraction, or WAXD. WAXD covers scattering at angles above 10 degrees.

Other elastic scattering methods include small angle X-ray scattering, or SAXS, and X-ray reflectivity. SAXS uses a small angular range of about 0.1 to 10 degrees and measures structural correlations on the scale of several nanometers or larger, such as crystal superstructures. X-ray reflectivity is used to measure the thickness, roughness, and density of thin films.

Crystal Structure Using X-ray Diffraction

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optical materialography part 1: sample preparation

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Preparing Solid Samples for Optical Microscopy

Optical microscopy of solid materials starts with careful sample preparation. Materialography is the study of microscopic structures in solids and the features seen in those images. It helps reveal details such as porosity, grain size and shape, and whether the microstructure shows anisotropy, or direction-dependent structure. This lesson focuses on the preparation steps used before optical microscopy. It covers the techniques and procedures needed to ready a solid material sample for imaging.

optical materialography part 2: image analysis

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Quantifying Microstructure in Optical Materialography

Optical materialography can be used to measure the microstructure of solid materials. It focuses on the microscopic structures seen in an exposed surface and uses them to study the material more deeply. A common goal is to estimate the three-dimensional microstructure of a sample from a two-dimensional cross section. This approach relies on the structural features visible in the image. It helps turn surface observations into quantitative data about the material. X-ray tomography can also...

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Focused ion beams are used in microfabrication and nano-fabrication. A focused ion beam, or FIB, is an instrument that can fabricate, trim, analyze, and characterize materials on micro- and nano-scales. These tools are used in many fields, from nano-electronics to medicine. FIB systems work with a beam of ions. That beam can mill, or sputter, material away. It can also deposit material and image surfaces at small scales. In many research labs, the ion column of a FIB is integrated with the...

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Electroplating is a way to add a thin metal coating to a surface using electric current. In this process, dissolved metal cations are reduced and form a film on an electrode. The method is also called electrodeposition. This page also compares electroplating with other thin film deposition methods. Chemical vapor deposition, or CVD, uses a gas-phase precursor. Spin coating spreads a liquid precursor by spinning it outward. Dip coating is similar, but the substrate is fully submerged instead of...

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materials engineering

このコレクションは、材料の分析と特性評価のための最先端の方法を特徴とし、一連の新しい技術とその応用のための高度な材料とプロセスを紹介します。

Learn how X-ray diffraction uses scattered X-rays to identify crystal structure, detect defects, and distinguish WAXD, SAXS, and X-ray reflectivity.

Crystal Structure Using X-ray Diffraction | JoVE K12

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Criteria of a mineral (crystalline solid, occurs in nature, inorganic, defined chemical composition)

Virginia  Standards of Learning

HIgh School

Earth Science

ES.4

ES.4.c

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South Carolina College and Career Ready Science Standards

High School

Chemistry

Matter and Its Interactions

C-PS1-1

C-PS1-3.

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Motion and Stability: Forces and Interactions

C-PS2-6.

Faisal Alamgir

School of Materials Science and Engineering

Georgia Institute of Technology

Overview

Principles of X-ray Diffraction

Instrument, Sample and Beam Parameters

Selection of the Parameters for the Acquisition

Acquisition and Analysis

Results

Applications

Summary

The Atomic Theory of Matter

The earliest recorded discussion of the basic structure of matter comes from ancient Greek philosophers. Leucippus and Democritus argued that all matter ...

Subatomic Particles

Dalton was only partially correct about the particles that make up matter. All matter is composed of atoms, and atoms are composed of three smaller ...

Elements: Chemical Symbols and Isotopes

A chemical symbol is an abbreviation used to indicate an element or an atom of an element. For example, the symbol for mercury is Hg. The same symbol is ...

Atomic Mass

Atoms &mdash; and the protons, neutrons, and electrons that compose them &mdash; are extremely small. For example, a carbon atom weighs less than 2 ...

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Physical Properties Of Minerals II: Polymineralic Analysis

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
The physical properties of minerals include various measurable and discernible ...

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Physical Properties Of Minerals I: Crystals and Cleavage

Source: Laboratory of Alan Lester - University of Colorado Boulder
The physical properties of minerals comprise various measurable and discernible ...

Atoms and elements

Content elaboration: This unit builds upon the Earth and Space Science strand in grade 6, where common minerals are defined, tested and classified. It also incorporates knowledge of mineral properties and crystalline structures (chemical compositions and bonding) included in the chemistry sections of other high school courses. The emphasis in this course is to relate the chemical and physical components of minerals to the properties of the minerals. This requires extensive mineral testing, investigations, experimentation, observation, use of technology and models/modeling. The focus is on learning the ways to research, test and evaluate minerals, not in memorization of mineral names or types. Properties such as cleavage and hardness are connected to the chemical structure and bonding of the mineral. In addition, the environment in which minerals form should be part of the classification of the mineral, using mineral data to help interpret the environmental conditions that existed during the formation of the mineral.

Atoms and elements

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Chemical bonding theories were pioneered by American chemist Gilbert&#xA0;N. Lewis. He developed a model called the Lewis model to explain the type and ...

Ionic Bonds

When atoms gain or lose electrons to achieve a more stable electron configuration they form ions. Ionic bonds are electrostatic attractions between ions ...

Ionic Bonding and Electron Transfer

Ions are atoms or molecules bearing an electrical charge. A cation (a positive ion) forms when a neutral atom loses one or more electrons from its valence ...

Lewis Symbols and the Octet Rule

Chemical bonds are complex interactions between two or more atoms or ions, which reduce the potential energy of the molecule. Gilbert N. Lewis developed a ...

Chemical Bonds


Atoms participate in a chemical bond formation&#160;to acquire a completed valence-shell electron configuration similar to that of the noble gas nearest ...

Covalent Bonding and Lewis Structures

Compared to ionic bonds, which results from the transfer of electrons between metallic and nonmetallic atoms, covalent bonds result from the mutual ...

Bonding in Metals

Metallic bonds are formed between two metal atoms. A simplified model to describe metallic bonding has been developed by Paul Dr&#xFC;de called the ...

soil-nutrient-analysis-nitrogen-phosphorus-and-potassium

Soil Nutrient Analysis: Nitrogen, Phosphorus, and Potassium

Source: Laboratories of Margaret Workman and Kimberly Frye - Depaul University
In this experiment, three soil macronutrients are chemically extracted, ...

Chemical bonding (ionic, covalent, metallic)

Content elaboration: This unit builds upon the Earth and Space Science strand in grade 6, where common minerals are defined, tested and classified. It also incorporates knowledge of mineral properties and crystalline structures (chemical compositions and bonding) included in the chemistry sections of other high school courses. The emphasis in this course is to relate the chemical and physical components of minerals to the properties of the minerals. This requires extensive mineral testing, investigations, experimentation, observation, use of technology and models/modeling. The focus is on learning the ways to research, test and evaluate minerals, not in memorization of mineral names or types. Properties such as cleavage and hardness are connected to the chemical structure and bonding of the mineral. In addition, the environment in which minerals form should be part of the classification of the mineral, using mineral data to help interpret the environmental conditions that existed during the formation of the mineral.

Chemical bonding (ionic, covalent, metallic)

Structures of Solids

Solids in which the atoms, ions, or molecules are arranged in a definite repeating pattern are known as crystalline solids. Metals and ionic compounds ...

Ionic Crystal Structures

Ionic crystals consist of two or more different kinds of ions that usually have different sizes. The packing of these ions into a crystal structure is ...

X-ray Crystallography

The size of the unit cell and the arrangement of atoms in a crystal may be determined from measurements of the diffraction of X-rays by the crystal, ...

Classifying Matter by Composition

Matter: Pure Substances and Mixtures
According to its composition, the matter can be classified into two broad categories &mdash; pure substances and ...

Optical Materialography Part 2: Image Analysis

Source: Faisal Alamgir, School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA
The imaging of microscopic structures of ...

X-ray Photoelectron Spectroscopy

Source: Faisal Alamgir, School of Materials Science and Engineering, Georgia Institute of Technology, Atlanta, GA
X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) ...

Crystallinity (crystal structure)

Content elaboration: This unit builds upon the Earth and Space Science strand in grade 6, where common minerals are defined, tested and classified. It also incorporates knowledge of mineral properties and crystalline structures (chemical compositions and bonding) included in the chemistry sections of other high school courses. The emphasis in this course is to relate the chemical and physical components of minerals to the properties of the minerals. This requires extensive mineral testing, investigations, experimentation, observation, use of technology and models/modeling. The focus is on learning the ways to research, test and evaluate minerals, not in memorization of mineral names or types. Properties such as cleavage and hardness are connected to the chemical structure and bonding of the mineral. In addition, the environment in which minerals form should be part of the classification of the mineral, using mineral data to help interpret the environmental conditions that existed during the formation of the mineral.

single-crystal-and-powder-x-ray-diffraction

Single Crystal and Powder X-ray Diffraction

Source: Tamara M. Powers, Department of Chemistry, Texas A&#38;M University&#160;
X-ray crystallography is a technique that uses X-rays to study the ...

determining-the-solubility-rules-of-ionic-compounds

Determining the Solubility Rules of Ionic Compounds

Source: Laboratory of Dr. Neal Abrams &#8212; SUNY College of Environmental Science and Forestry
An ionic compound&#39;s solubility can be determined via ...

Criteria of a mineral (crystalline solid, occurs in nature, inorganic, defined chemical composition)

Content elaboration: This unit builds upon the Earth and Space Science strand in grade 6, where common minerals are defined, tested and classified. It also incorporates knowledge of mineral properties and crystalline structures (chemical compositions and bonding) included in the chemistry sections of other high school courses. The emphasis in this course is to relate the chemical and physical components of minerals to the properties of the minerals. This requires extensive mineral testing, investigations, experimentation, observation, use of technology and models/modeling. The focus is on learning the ways to research, test and evaluate minerals, not in memorization of mineral names or types. Properties such as cleavage and hardness are connected to the chemical structure and bonding of the mineral. In addition, the environment in which minerals form should be part of the classification of the mineral, using mineral data to help interpret the environmental conditions that existed during the formation of the mineral.

physical-and-chemical-properties-of-matter

Physical and Chemical Properties of Matter

The characteristics that enable us to distinguish one substance from another are called properties.

Physical Properties of Matter

A physical property is ...

Metallic Solids

Metallic solids such as crystals of copper, aluminum, and iron are formed by metal atoms. The structure of metallic crystals is often described as a ...

Properties of Transition Metals

Transition metals are defined as those elements that have partially filled d orbitals. As shown in Figure 1, the d-block elements in groups 3&#8211;12 are ...

stress-strain-characteristics-of-aluminum

Stress-Strain Characteristics of Aluminum

Source:&#160;Roberto Leon, Department of Civil and Environmental Engineering, Virginia Tech, Blacksburg, VA
Aluminum is one of the most abundant materials ...

an-overview-of-bgdgt-biomarker-analysis-for-paleoclimatology

An Overview of bGDGT Biomarker Analysis for Paleoclimatology

Source: Laboratory of Jeff Salacup&#160;- University of Massachusetts Amherst
Throughout this series of videos, natural samples were extracted and ...

an-overview-of-alkenone-biomarker-analysis-for-paleothermometry

An Overview of Alkenone Biomarker Analysis for Paleothermometry

Properties of minerals (hardness, luster, cleavage, streak, crystal shape, fluorescence, flammability, density/specific gravity, malleability)

Content elaboration: This unit builds upon the Earth and Space Science strand in grade 6, where common minerals are defined, tested and classified. It also incorporates knowledge of mineral properties and crystalline structures (chemical compositions and bonding) included in the chemistry sections of other high school courses. The emphasis in this course is to relate the chemical and physical components of minerals to the properties of the minerals. This requires extensive mineral testing, investigations, experimentation, observation, use of technology and models/modeling. The focus is on learning the ways to research, test and evaluate minerals, not in memorization of mineral names or types. Properties such as cleavage and hardness are connected to the chemical structure and bonding of the mineral. In addition, the environment in which minerals form should be part of the classification of the mineral, using mineral data to help interpret the environmental conditions that existed during the formation of the mineral.

properties-minerals-hardness-luster-cleavage-streak-crystal-shape

Properties of minerals (hardness, luster, cleavage, streak, crystal shape, fluorescence, flammability, density/specific gravity, malleability)

Crystal Structure Using X-ray Diffraction

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