Back to chapter

11.20:

علم البلورات بالأشعة السينية

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
X-ray Crystallography

Languages

Share

عام 1913،لاحظ العالمان الاب و الابن،وليام هنري براغ،وليام لورانس براغ،أنه عندما تسلط الأشعة السينية على مادة صلبة بلورية بزاوية معينة،فإن الأشعة تنحرف وتنتج نموذجًا من النقاط متباعدة بانتظام. وهذا قاد إلى تطوير علم البلورات عن طريق الأشعة السينية،الذي يستخدم تلك الظاهرة لتحديد،تركيبات الأجسام الصلبة البلورية من المركبات الأيونية البسيطة إلى الجزيئات المعقدة الضخمة كالأحماض النووية والبروتينات. لنتذكر أن الموجات الإلكترومغناطيسية المنحرفة تمر بتداخلات هدّامة وأخرى بنّاءة.ينجم عن ذلك نماذج تداخل أو نماذج انحراف تُظهر التفاوت في الكثافة بين الموجات المنحرفة عند نقاط مختلفة في الفضاء. تنحرف الأشعة السينية بفعل إلكترونات الذرات،إذا كانت المسافات بين الذرات منتظمة وإذا كان طول موجة الشعاع مساويًا للمسافة ما بين الذرات. عندما تنحرف الأشعة السينية عن الذرات في المستويات المختلفة،فقد تكون الموجات المنحرفة متوافقة الطور وقد لا تكون كذلك.يعتمد ذلك على المسافة بين المستويات d”وزاوية سقوط الأشعة السينية على الذرات،أو زاوية السقوط ثيتا. ويرجع السبب في ذلك إلى أن المسارات التي تسلكها الأشعة السينية من المصدر إلى اللاقط تختلف في أطوالها. إذا كان الفرق في طول المسار من مضاعفات العدد الصحيح لطول موجة الأشعة السينية،يكون للأشعة السينة تداخلًا بنّاءًينتج عن ذلك نموذجًا منتظمًا من النقاط الصادرة من الموجات المنحرفة التي لاحظها العالمان براغ،حيث تمثل كل نقطة زاوية انحراف تتسبب بتداخل بنّاء.العلاقة بين زاوية الانحراف،والمسافة بين المستويات،وطول موجة الشعاع السيني،يُعبّر عنها بمعادلة براغ. هذه العلاقة تعطي معلومات حول الترتيب شديد الانتظام للذرات في البلور. وفي المحصلة يمكن اشتقاق معايير الشبكة البلورية من هذه المعلومات عبر سلسلة من العمليات الحسابية.الأدوات الحديثة،تجمع نماذج الانحراف من العديد من التوجهات،وتستخدم النماذج وكثافة النقاط لتحديد تركيبة البلور الأنسب والأرجح،لإنتاج مزيج النتائج الملاحظ.

11.20:

علم البلورات بالأشعة السينية

يمكن تحديد حجم خلية الوحدة وترتيب الذرات في البلورة من قياسات انعراج الأشعة السينية باستخدام البلورة، والتي يطلق عليها علم البلورات بالأشعة السينية.

الانعراج

الانعراج هو التغيير في اتجاه السفر الذي تتعرض له الموجة الكهرومغناطيسية عندما تواجه حاجزًا ماديًا تتشابه أبعاده مع أبعاد الطول الموجي للضوء. الأشعة السينية هي إشعاع كهرومغناطيسي بأطوال موجية تقارب المسافة بين الذرات المتجاورة في البلورات (بترتيب عدد قليل من الأنجستروم). عندما يصطدم شعاع من الأشعة السينية أحادية اللون بلورة، تنتشر أشعتها في جميع الاتجاهات بواسطة الذرات الموجودة داخل البلورة. عندما تلتقي الموجات المبعثرة التي تسافر في نفس الاتجاه مع بعضها البعض ، فإنها تخضع لـعملية تداخل، وهي عملية تتحد من خلالها الموجات لإنتاج إما زيادة أو نقصان في السعة (الشدة) اعتماداً على المدى الذي وصلت إليه الموجات’ المجموعة بحدها الأقصى تم فصلها.

قانون براغ ومعادلة براغ

عندما تنتشر الأشعة السينية ذات الطول الموجي المحدد ،λ، بفعل الذرات الموجودة في المستويات البلورية المتجاورة والمفصولة بمسافة، d، فقد تخضع للبناء تداخل عندما يكون الاختلاف بين المسافات التي قطعتها الموجتان قبل الجمع بينهما عاملًا صحيحًا، n، من الطول الموجي. هذا هو قانون براغ' . يتم استيفاء هذا الشرط عندما تكون زاوية الشعاع المنعرج، θ، مرتبطة بطول الموجة والمسافة بين الذرية بالمعادلة: = 2d sin θ. تُعرف هذه العلاقة باسم معادلة براغ تكريماً للفيزيائيين الإنجليز و.ه. براج و و.ل.براغ، اللذين فسرا هذه الظاهرة. حصلوا على جائزة نوبل في الفيزياء عام 1915 لمساهماتهم.

تم اقتباس هذا النص من Openstax, Chemistry 2e, Section 10.6: Lattice Structures in Crystalline Solids.