11.20: Krystalografia rentgenowska

Wielkość komórki elementarnej i układ atomów w krysztale można określić na podstawie pomiarów dyfrakcji promieni rentgenowskich przez kryształ, zwanych krystalografią rentgenowską.

Dyfrakcji

Dyfrakcja to zmiana kierunku ruchu, której doświadcza fala elektromagnetyczna, gdy napotyka ona fizyczną barierę, której wymiary są porównywalne z wymiarami długości fali światła. Promieniowanie rentgenowskie to promieniowanie elektromagnetyczne o długości fal mniej więcej równej odległości między sąsiednimi atomami w kryształach (rzędu kilku angstremów). Kiedy wiązka monochromatycznych promieni rentgenowskich uderza w kryształ, jego promienie są rozpraszane we wszystkich kierunkach przez atomy w krysztale. Kiedy fale rozproszone poruszające się w tym samym kierunku spotykają się ze sobą, ulegają interferencji, procesowi, w którym fale łączą się, aby uzyskać wzrost lub spadek amplitudy (intensywności) w zależności od stopnia, w jakim maksima fal łączących są oddzielone.

Prawo Bragga i równanie Bragga

Gdy promienie rentgenowskie o określonej długości fali, λ, są rozpraszane przez atomy w sąsiednich płaszczyznach krystalicznych oddzielonych odległością d, mogą ulegać konstruktywnej interferencji, gdy różnica między odległościami przebytymi przez dwie fale przed ich połączeniem jest współczynnikiem całkowitym, n, długości fali. To jest prawo Bragga. Warunek ten jest spełniony, gdy kąt wiązki dyfrakcyjnej, θ, jest powiązany z długością fali i odległością międzyatomową równaniem: nλ = 2d sin θ. Zależność ta jest znana jako równanie Bragga na cześć W. H. Bragga i W. L. Bragga, angielskich fizyków, którzy wyjaśnili to zjawisko. Za swój wkład otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki w 1915 roku.

Ten tekst został zaadaptowany z Openstax, Chemia 2e, Sekcja 10.6: Struktury sieciowe w krystalicznych ciałach stałych.