Рентгеновская кристаллография » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Рентгеновская кристаллография

09.07.2021

Применение рентгеновских лучей к исследованию кристаллов было сильнейшим импульсом, когда-либо данным развитию кристаллографии. До 1912 г. кристаллографы смогли из спайности, оптических свойств и правильности внешней формы сделать верный вывод, что кристаллы имеют упорядоченную структуру, но их соображения относительно геометрии кристаллических структур имели только силу гипотез. Рентгеновские лучи дали возможность не только измерять расстояния между последовательными атомными плоскостями, но также определять положение различных атомов или ионов внутрикристалла, таким образом открыв путь к определению кристаллических структур.

Рентгеновские лучи были случайно открыты Вильгельмом Конрадом Рентгеном в 1895 г., когда он проводил эксперименты по получению катодных лучей в запаянной разрядной трубке, завернутой в черную бумагу. Поток электронов в разрядной трубке, ударяясь о стекло трубки, производил слабое рентгеновское излучение, которое заставляло некоторые флюоресцентные материалы, расположенные поблизости, светиться в темноте. Рентген правильно предположил, что был получен новый вид излучения с подходящим названием х-лучи — из-за многих связанных с ними загадок. Попытки Рентгена измерить длину волны х-лучей были безуспешными, и именно эта нерешенная проблема привела к открытию дифракции рентгеновских лучей в кристаллах.

Тот факт, что большинство веществ более или менее прозрачно для рентгеновских лучей, привел почти немедленно к их употреблению в медицинских целях для определения переломов, поиска инородных тел и больных тканей почти так же, как они используются сегодня.

Только в 1912 г., через 17 лет после открытия х-излучения, по предложению Макса фон Лауэ, рентгеновские лучи были применены для изучения кристаллов. Первоначальные эксперименты были выполнены в Мюнхенском университете, где Лауэ был преподавателем на кафедре профессора Зоммерфельда. Зоммерфельд интересовался природой и возбуждением рентгеновских лучей, а Лауэ — явлениями интерференции. В том же Мюнхенском университете работал Пауль Генрих Грот, ведущий кристаллограф. Когда собралась вместе группа выдающихся исследователей именно с такими научными интересами, были созданы условия для важнейшего открытия.

В 1912 г. Пауль Эвальд работал под руководством Зоммерфельда над докторской диссертацией по исследованию рассеивания световых волн, проходящих через кристалл Обдумывая эту проблему, фон Лауэ задал вопросы: «Какой был бы эффект, если использовать электромагнитные волны, имеющие ту же длину волны, что и межатомные расстояния в кристаллах? Будет ли кристалл действовать как трехмерная дифракционная решетка, дающая спектр, который можно зарегистрировать? Если да, то возможно ли точно измерить длину волны используемых рентгеновских лучей, если задаться межатомным расстоянием в кристалле; или, задавшись длиной волны рентгеновских лучей, измерить межплоскостные расстояния в кристалле». Были обсуждены способы проведения такого эксперимента, и Фридрих и Книпинг — два аспиранта — согласились провести их. Несколько экспериментов, в которых использовался как облучаемый материал сульфат меди, были безуспешны. Наконец, они пропустили узкий пучок рентгеновских лучей через спайную пластинку сфалерита, ZnS, при этом пучок мог падать на фотографическую пластинку. На проявленной пластинке обнаружилось большое число маленьких пятен, образующих геометрический узор вокруг большого пятна, образованного прямым рентгеновским лучом. Было показано, что этот узор идентичен тому, который был предсказан для дифракции рентгеновских лучей от правильного расположения рассеивающих точек внутри кристалла. Так один эксперимент показал правильное упорядоченное расположение атомных частиц в кристалле и соответствие порядка длины рентгеновских волн и межплоскостных расстояний в кристаллах. Хотя более мощные методы рентгеновских исследований в основном заменили метод Лауэ, он все еще используется.

В течение нескольких последующих лет, благодаря работам английских физиков, отца и сына Вильяма Генри Брэгга и Вильяма Лоуренса Брэгга, был сделан большой шаг вперед. В 1914 году Брэггами была определена первая структура соединения — галита, NaCl, а в последующие годы они расшифровали еще ряд структур. Брэгги также значительно упростили математическое выражение, данное Лауэ для геометрии рентгеновской дифракции, и популяризировали результаты своих исследований в хорошо написанных книгах на эту тему.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: