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

K12 Standards

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Ohio’s Learning Standards and Model Curriculum

9-12

Physical Geology

Minerals

Crystallinity (crystal structure)

X-ray Diffraction

O procedimento a seguir aplica-se a um instrumento XRD específico e seu software associado, e pode haver algumas variações quando outros instrumentos são usados.
<ol><li>Examinaremos uma amostra de pó ni em um instrumento Panalytical Alpha-1 XRD.</li>
	<li>Primeiro, escolha a máscara para corrigir o tamanho do feixe de acordo com o diâmetro da amostra. O feixe não deve ter uma pegada maior que a amostra no menor valor φ (tipicamente ~ 70-100). Para uma amostra de largura ε, o tamanho do feixe deve ser < ε sinφ.</li>
	<li>Carregue a amostra no estágio de rotação da amostra e bloqueie a amostra na posição. O rotador de amostras ajuda a randomizar espacialmente a exposição da amostra à fonte de raios-X.</li>
	<li>Escolha o alcance de ângulo para a varredura XRD. Por exemplo, 15-90 graus é uma faixa típica.</li>
	<li>Escolha um tamanho de passo, ou seja, o incremento em 2φe o tempo de integração (contando). Geralmente, um tamanho de passo de 0,05 graus e 4 segundos de integração é o padrão para uma varredura grande angular.</li>
	<li>Uma vez que todas as posições de pico são determinadas através desta varredura inicial, as varreduras subsequentes podem se concentrar em uma faixa de varredura mais estreita em torno de picos específicos usando um tamanho de passo menor no ângulo se dados de resolução mais altos desses picos forem desejados.</li>
</ol>

Esta é uma demonstração de um experimento XRD padrão. O material examinado neste experimento estava em forma de pó, mas o XRD funciona igualmente bem com um pedaço sólido de material, desde que a amostra tenha uma superfície plana que pode ser definida paralelamente ao plano do estágio amostral.
XRD é um método bastante onipresente para determinar a presença (ou ausência) de ordem cristalográfica em materiais. Além da aplicação padrão de determinar a estrutura cristalina, o XRD é frequentemente usado para obter uma variedade de outras informações estruturais, tais como:
<ol><li>Se a estrutura de um material é ou não amorfa (caracterizada por uma corcunda ampla na intensidade da difração e falta de picos cristalográficos perceptíveis),</li>
	<li>Se a amostra é um material composto composto composto por múltiplas fases cristalográficas e, se assim for, determinar a fração de cada fase,</li>
	<li>Determinar se um material é um composto amorfo/cristalino</li>
	<li>Determinando o tamanho do grão/partícula do material,</li>
	<li>Determinando o grau de textura (orientação preferida dos grãos) no material.</li>
</ol>

Relação entre posições de pico ditracadas e estrutura cristalina:
Quando ondas de luz de comprimento de onda suficientemente pequeno são incidentes sobre uma rede de cristal, elas difracionam dos pontos de rede. Em certos ângulos de incidência, as ondas paralelas difundadas interferem construtivamente e criam picos detectáveis em intensidade. W.H. Bragg identificou a relação ilustrada na Figura 1 e derivava uma equação correspondente:
nλ = 2dhkl sin φ [1]
Aqui λ é o comprimento de onda dos raios-X usados, dhkl é o espaçamento entre um determinado conjunto de planos com (hkl) índices Miller*, e φ é o ângulo de incidência no qual um pico de difração é medido. Finalmente, n é um inteiro que representa a "ordem harmônica" da difração. Em n=1, por exemplo, temos o primeiro harmônico, o que significa que o caminho dos raios-X difundidos através do cristal (equivalente ao pecado de 2dhkl ) é exatamente 1λ, enquanto em n=2, o caminho difrracado é de 2λ. Normalmente podemos assumir n=1, e, em geral, n=1 para φ &lt; sin-1(2λ/dh'k'l'), onde h'k'l' são os índices miller dos planos que mostram o primeiro pico (no menor valor 2φ) em um experimento de difração. Os índices miller são um conjunto de três inteiros que constituem um sistema de notação para identificar direções e planos dentro de cristais. Para direções, os índices miller [h k l] representam a diferença normalizada nas respectivas coordenadas x, y e z (em um sistema de coordenadas cartesiana) de dois pontos ao longo da direção. Para aviões, os índices Miller (h k l) de um avião são simplesmente os valores h k l da direção perpendicular ao plano.
Em um experimento XRD típico no modo de reflexão, a fonte de raios-X é fixada na posição e a amostra é girada em relação ao feixe de raios-X sobre φ. Um detector pega o feixe difrracado e tem que acompanhar a rotação da amostra girando em dobro da taxa (ou seja, para um determinado ângulo amostral de φ, o ângulo do detector é 2φ). A geometria do experimento é mostrada esquematicamente na Figura 1.
<img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/10446/10446fig1v2.jpg"> Figura 1: Ilustração da Lei de Bragg.
Quando um pico de intensidade é observado, a equação 1 é necessariamente satisfeita. Consequentemente, podemos calcular espaçamentos d com base nos ângulos em que esses picos são observados. Calculando os espaçamentos d de vários picos, a amostra de material da classe cristalina e dos parâmetros da estrutura cristalina pode ser identificada usando um banco de dados como o Hanawalt Search Manual ou bibliotecas de banco de dados disponíveis com o software XRD sendo usado.
Presumiremos que a amostra investigada não é um único cristal. Se a amostra fosse um único cristal com um plano específico (h*k*l** paralelo à superfície da amostra, ela precisaria ser girada até que a condição de Bragg para o (h*k*l** seja satisfeita para ver um pico em intensidade difruída (para n=1) com picos harmônicos potencialmente maiores (h*k*l** (por exemplo, para n=2) também detectáveis em ângulos mais elevados. Em todos os outros ângulos não haveria picos em uma única amostra de cristal. Em vez disso, vamos supor que a amostra é policristalina ou que é um pó, com um número estatisticamente significativo de grãos cristalinos ou partículas de pó iluminadas pelo feixe de raios-X incidente. Sob esta suposição, a amostra consiste em grãos orientados aleatoriamente, com probabilidade estatística semelhante para que todos os possíveis planos de rede difraças.
As relações entre o dhkl e os parâmetros da célula unitária são mostradas abaixo nas Equações 2-7 para as 7 classes de cristal, cúbicas, tetragonais, hexagonais, romboedais, ortombicas, monoclínicas e trilínicas. Os parâmetros da célula unitária consistem em comprimentos de (a,b,c) e os ângulos entre (α, β, γ) as bordas das células unitárias para as 7 classes de cristal (Figura 1x mostra o exemplo de uma das classes de cristal: a estrutura tetragonal onde a=b≠c e α=β=γ=900). Usando várias posições de pico ditracadas (ou seja, vários valores dhkl distintos), os valores dos parâmetros da célula unitária podem ser resolvidos exclusivamente.
<img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/10446/10446fig2.jpg"> Figura 2: A estrutura tetragonal como uma das sete classes de cristal.
Cúbico (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]
Tetragonal (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]
Hexagonal (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]
Ortotómbico (≠ 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]
Rombral (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]
Monoclínica (≠ 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]
Triclínica (≠ b ≠ c; α ≠ β ≠ γ ≠ 900):
      <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/10446/10446eq8v2.jpg">[8]
Relação entre intensidades de pico ditracadas e estrutura cristalina:
Em seguida, examinamos os fatores que contribuem para a intensidade em um padrão XRD. Os fatores podem ser discriminados como 1) a contribuição para a dispersão que resulta diretamente dos aspectos estruturais únicos do material (os tipos e locais específicos de dispersão de átomos na estrutura) e 2) aqueles que não são específicos do material. No primeiro, há dois fatores: o "fator de absorção" e o "fator estrutura". O fator de absorção depende principalmente da capacidade do material de absorver raios-X em seu caminho para dentro e para fora. Este fator não tem uma dependência φ enquanto as amostras não são finas (a amostra deve ser &gt; 3 vezes mais espessa do que o comprimento de atenuação dos raios-X). Em outras palavras, a contribuição do fator de absorção para a intensidade de diferentes picos é constante. O "fator estrutura" afeta diretamente a intensidade de picos específicos como resultado direto da estrutura. Os demais fatores, a "multiplicidade", que explica todos os planos que pertencem à mesma família por estarem simetricamente relacionados, e o fator 'Lorentz-Polarização', que vem da geometria do experimento XRD, também afetam a intensidade relativa dos picos, mas não são específicos de um material e podem ser facilmente contabilizados com expressões analíticas (ou seja, o software de análise XRD pode removê-los com funções analíticas).
<img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/10446/10446fig3.jpg"> Figura 3: Três caminhos de raios de difração, dos quais os raios 11' e 22' satisfazem a condição de Bragg, enquanto o raio 33' resulta da dispersão por um átomo (círculo vermelho) em uma posição arbitrária. 
Como o único fator que carrega a contribuição estrutural única de um material para as intensidades relativas dos picos XRD, o fator estrutura é muito importante e requer um olhar mais atento. Na Figura 2, vamos supor que a condição de difração de1ª ordem bragg (lembre-se, que isso corresponde a n=1) está satisfeita entre o raio11' e o raio22' que estão espalhados em dois planos atômicos na direção h00 (usando a notação de índices miller descritos anteriormente) separados por uma distância d. Nesta condição, a diferença no comprimento do caminho entre o raio11' e o raio22' é δ(22'-11') = SA + AR = λ. A mudança de fase entre os raios difruídos 1 e 2 é, portanto, Φ22'-11' = (δ(22'-11')/λ) 2π = 2π (assumindo uma simetria cúbica e, portanto, d = a/h na direção h00].
Com alguns passos na geometria analítica, pode-se mostrar que a mudança de fase, Φ(33'-11'), com raio 3 difundido por um plano arbitrário de átomos que são espaçados a uma distância arbitrária x, é dada por: Φ(33'-11') = 2πhu, onde u=x/a (a é o parâmetro celular unitário na direção (h00). Tomando as duas outras direções ortogonais, (0k0) e (00l), e v=y/a e w=z/a como coordenadas fracionárias nas direções y e z, a expressão para o turno de fase se estende a Φ = 2π(hu+kv+lw). Agora, a onda de raios-X espalhada pelo átomo j-them uma célula unitária terá uma amplitude de dispersão de fj e uma fase de Φj,de tal forma que a função descrevendo-a é <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/10446/10446eq8.jpg" style="opacity: 0.9; font-size: 14px;"> . O fator estrutura que buscamos, portanto, é a soma de todas as funções de dispersão devido a todos os átomos únicos em uma célula unitária. Este fator de estrutura, F, é dado como:
<img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/10446/10446eq9v2.jpg">[9]
e o fator de intensidade contribuído pelo fator estrutura é I = F2.
Com base nas posições (u,v,w) de átomos em determinados planos (h,k,l), há a possibilidade de interferência entre ondas dispersas que seja construtiva, destrutiva ou no meio, e essa interferência afeta diretamente a amplitude dos picos XRD representando os planos (hkl).
Agora, um gráfico de intensidade, eu, contra 2φ é o que é medido em um experimento XRD. A determinação do tipo de cristal e dos parâmetros celulares unitários associados (a, b, c, α, β e γ) pode ser acompanhada de forma analítica observando a presença sistemática/ausência de picos, utilizando-se as equações 2-9, comparando valores com bancos de dados, utilizando dedução e processo de eliminação. Hoje em dia, esse processo é bastante automatizado por uma variedade de softwares ligados a bancos de dados de estruturas cristalinas.

difração de raios x

Fonte: Faisal Alamgir, Escola de Ciência e Engenharia de Materiais, Instituto de Tecnologia da Geórgia, Atlanta, GA
Difração de raios-X (XRD) é uma técnica usada na ciência dos materiais para determinar a estrutura atômica e molecular de um material. Isso é feito irradiando uma amostra do material com raios-X incidentes e, em seguida, medindo as intensidades e ângulos de dispersão dos raios-X que são espalhados pelo material. A intensidade dos raios-X dispersos são traçados em função do ângulo de dispersão, e a estrutura do material é determinada a partir da análise do local, no ângulo, e das intensidades dos picos de intensidade dispersa. Além de ser capaz de medir as posições médias dos átomos no cristal, informações sobre como a estrutura real se desvia do ideal, resultante, por exemplo, do estresse interno ou de defeitos, podem ser determinadas.
A difração dos raios-X, que é central para o método XRD, é um subconjunto dos fenômenos gerais de dispersão de raios-X. XRD, que é geralmente usado para significar pode difração de raios-X grande angular (WAXD), se enquadra em vários métodos que usam as ondas de raios-X espalhadas esteticamente. Outras técnicas de raio-X baseadas em dispersão elástica incluem dispersão de raios-X de pequeno ângulo (SAXS), onde os raios-X são incidentes na amostra ao longo da pequena faixa angular de 0,1-100 normalmente). O SAXS mede correlações estruturais da escala de vários nanômetros ou maiores (como superestruturas de cristal), e a reflexividade dos raios-X que mede a espessura, a rugosidade e a densidade de filmes finos. Waxd cobre uma faixa angularalém de 100 .

Na Figura 4 vemos os picos XRD para a amostra de pó ni. Note que os picos observados (por exemplo, {111}, {200}) são para aqueles que têm todas as combinações uniformes ou todas estranhas de h, k, e l. Ni é cúbico centrado no rosto (FCC), e em todas as estruturas fcc, os picos correspondentes a {hkl} planos onde h, k, e l são misturas de inteiros uniformes e estranhos, estão ausentes devido à interferência destrutiva dos raios-X dispersos. Picos correspondentes a aviões, como {210} e {211} estão faltando. Esse fenômeno é chamado de as regras sistemáticas de presença e ausência, e fornecem uma ferramenta analítica para avaliar a estrutura cristalina da amostra.
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/10446/10446fig4.jpg"> Figura 4: É mostrado um escaneamento XRD de Ni com uma estrutura cúbica centrada no rosto.

Difração de raios X

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

A difração de raios X é uma técnica usada para determinar a estrutura atômica e molecular dos materiais. Os sólidos têm uma estrutura cristalina, que corresponde a um arranjo microscópico de átomos que se repete periodicamente. Ao piquetar planos, uma estrutura 3D de simetria específica pode ser formada. Esses arranjos estruturais resultam em uma geometria de empacotamento específica que dita as propriedades físicas e químicas do material. Como magnetização, condutividade térmica ou maleabilidade. Refletir os raios-x dos materiais pode revelar os detalhes internos de sua estrutura. Este vídeo ilustrará os princípios gerais da difração de raios X em um material e como esse fenômeno é usado em laboratório para determinar a estrutura e a composição química dos materiais. Para começar, vamos dar uma olhada mais de perto em um cristal. É formado por redes atômicas dispostas em planos periodicamente separados por uma distância dhkl de alguns angstroms. H, k, l são índices de Miller, um conjunto de três inteiros que constituem um sistema de notação para identificar direções e planos dentro de cristais. A menor estrutura repetitiva em um cristal é chamada de célula unitária. Diferentes ângulos, alfa, beta, gama e comprimentos a, b, c, de uma célula unitária formando a rede darão origem a diferentes simetrias. Existem sete sistemas de cristais. Cúbico, tetragonal, ortorrômbico, romboédrico, monoclínico, triclínico e hexagonal. A relação entre os parâmetros da célula unitária e os índices de Miller pode ser calculada para cada classe de cristal. Eletromagnético de comprimento de onda lambda pode ter dimensões semelhantes com as diferenças entre os planos dentro da rede do cristal. Estes correspondem a comprimentos de onda na faixa espectral de raios-x. Quando as ondas de luz de raios-x irradiam um cristal em um ângulo de incidência teta, elas se propagam através do cristal e encontram pontos de rede dos quais se defractam. A Lei de Bragg relaciona esses parâmetros onde n é um inteiro que representa a ordem harmônica da difração. Para um determinado lambda, apenas ângulos específicos teta dão origem à difração. Esta é a assinatura única de uma estrutura cristalina. Em um experimento, a amostra é girada e o detector que coleta os raios X espalhados registra picos de intensidade ao atingir esses ângulos característicos. Pode-se então extrair o espaçamento da rede DHKL para cada ângulo que satisfaça a Lei de Bragg. Usando várias posições de pico difratadas correspondentes a vários valores DHKL distintos, os parâmetros da célula unitária podem ser resolvidos de forma única. Dois fatores principais contribuem para a intensidade relativa dos picos. Primeiro, há as contribuições não estruturais, que incluem a capacidade do material de absorver a luz de raios-x e a geometria do experimento XRD. Estes podem ser tidos em conta no pós-processamento dos dados experimentais. Em segundo lugar, e mais importante, a contribuição estrutural do material é transportada para as intensidades relativas do XRD. Cada pico de difração é, na verdade, a soma de todas as amplitudes espalhadas de vários caminhos de raios difratados por todos os átomos únicos em uma célula unitária. Se as luzes dispersas estiverem em fase, há interferência construída. Enquanto se eles estão fora de fase, há interferência destruída. Essas interferências afetam diretamente a amplitude dos picos de XRD, representando os planos HKL do cristal. Veremos agora como esses princípios se aplicam em um experimento real de difração de raios-x. Antes de começar, inspecione cuidadosamente o instrumento XRD e avalie seu status e segurança. Os usuários de XRD devem ser treinados em segurança básica contra radiação antes de ter acesso ao instrumento. Em seguida, prossiga com a preparação da amostra. Neste experimento, usamos uma amostra de pó de níquel na forma de um pellet prensado. É importante que a amostra não seja fina e seja pelo menos três vezes mais espessa que o comprimento de atenuação dos raios-x. Observe que o procedimento a seguir se aplica a um instrumento XRD específico e seu software associado e pode haver algumas variações quando outros instrumentos são usados. Carregue a amostra no estágio giratório de amostra e trave a amostra na posição, certificando-se de que o lado irradiado da amostra esteja paralelo ao estágio de amostra. Use uma máscara para ajustar o tamanho do feixe de raios X do instrumento de acordo com o diâmetro da amostra. No menor ângulo de incidência, o feixe deve ter uma pegada menor que a largura da amostra. Agora é hora de escolher os parâmetros de aquisição. Primeiro, selecione o intervalo de ângulo para a varredura XRD. Normalmente, o intervalo vai de 15 a 90 graus. Em seguida, selecione o tamanho do passo de grau, bem como o tempo de integração em cada ângulo digitalizado. Em seguida, prossiga para a aquisição de dados. Após a varredura, um gráfico da intensidade em função do ângulo para teta é obtido. A partir dessa varredura inicial, selecione picos específicos e determine as posições dos picos. Repita a aquisição e concentre-se desta vez em uma faixa de varredura mais estreita em torno de picos específicos. Usando um tamanho de passo menor em ângulo para obter dados de resolução mais alta. Uma vez concluída a aquisição de dados, os dados podem ser analisados para identificar a estrutura do material. Usando o software do instrumento e a biblioteca de banco de dados, cada pico do espectro é identificado e associado a uma simetria específica de arranjo cristalino. Neste caso particular da amostra de pó de níquel, o espectro mostra um primeiro pico correspondente a uma simetria de um um. O segundo pico está associado a uma simetria de dois zero zero e assim por diante. Em seguida, o software determina que essa combinação específica de simetrias corresponde a uma estrutura cúbica centrada na face e identifica que a amostra é um pó de níquel. A difração de raios X é um método padrão para determinar a presença ou ausência de ordem cristalográfica em materiais. É frequentemente usado para obter uma variedade de outras informações estruturais sobre tensões internas e defeitos em um cristal, ou várias fases cristalográficas em materiais compósitos. A técnica de XRD também é usada em biologia para determinar a estrutura e a orientação espacial de macromoléculas biológicas, como proteínas e ácidos nucléicos. Em particular, foi assim que a estrutura de dupla hélice do DNA foi descoberta, levando ao Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1962. O estudo da geoquímica de minerais seja para fins de mineração ou mesmo para exploração planetária também faz uso da técnica XRD. Pense no Rover Curiosity em Marte, que tem entre seus dez instrumentos científicos um detector XRD para analisar a composição do solo marciano. Você acabou de assistir à introdução de Jove à difração de raios-x. Agora você deve entender a estrutura cristalina de um sólido e os princípios da difração de raios-x. Você também deve saber como a técnica XRD é usada em laboratório para obter a estrutura e a composição química dos materiais. Obrigado por assistir!

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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 ...

physical-properties-of-minerals-ii-polymineralic-analysis

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 ...

physical-properties-of-minerals-i-crystals-and-cleavage

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

Types of Chemical Bonds

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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