11.20: X線結晶学

結晶の単位格子の大きさや原子の配列は、結晶によるX線の回折を測定することで決定されます。これをX線結晶学といいます。

回折

電磁波が光の波長と同程度の大きさの物理的な障害物にぶつかり、進行方向が変わることを回折といいます。X線は、結晶中の隣り合う原子の間の距離と同じくらいの長さ（数オングストローム）の波長を持つ電磁波です。単色のX線が結晶に当たると、結晶内の原子によってX線があらゆる方向に散乱されます。これは、同じ方向に進む散乱波が互いにぶつかると、波が結合して、結合波’ の最大値がどの程度離れているかによって、振幅（強度）が大きくなったり小さくなったりする現象で、「干渉」と呼ばれています。

ブラッグの法則とブラッグの方程式

ある波長のX線が、距離dを隔てて隣接する結晶面の原子によって散乱されたとき、結合前の2つの波の移動距離の差が波長の整数倍nのとき、強め合う干渉を起こすことがあります。これがブラッグの法則です。この条件は、回折ビームの角度θが、次の方程式によって波長と原子間距離に関連付けられている場合に満たされる（nλ = 2dsinθ）。 この関係は、この現象を説明した英国の物理学者であるW.H.ブラッグとW.L.ブラッグに敬意を表してブラッグ方程式といいます。 彼らはこの功績により、1915年にノーベル物理学賞を受賞しました。

上記の文章は以下から引用しました。 Openstax, Chemistry 2e, Section 10.6: CrystallineSolids