X-射线衍射.ppt

张万群
中国科学技术大学化学院
实验教学中心
X射线衍射
一. X射线发展史:
1895年德国物理学家伦琴在研究阴极射线时发现了X射线(1901年获得首届诺贝尔奖)
1912年,德国的Laue第一次成功地进行X射线通过晶体发生衍射的实验,验证了晶体的点阵结构理论。并确定了著名的晶体衍射劳埃方程式。从而形成了一门新的学科—X射线衍射晶体学。(1914年获得诺贝尔奖)
1913年,英国Bragg导出X射线晶体结构分析的基本公式,既著名的布拉格公式。并测定了NaCl的晶体结构。( 1915年获得诺贝尔奖)
此外,巴克拉(1917年,发现元素的标识X射线),塞格巴恩(1924年,X射线光谱学),德拜,(1936年),马勒(1946年),柯马克(1979年),等人由于在X射线及其应用方面研究而获得化学,生理,物理诺贝尔奖。有机化学家豪普物曼和卡尔勒在50年代后建立了应用X射线分析的以直接法测定晶体结构的纯数学理论,特别对研究大分子生物物质结构方面起了重要推进作用,他们因此获1985年诺贝尔化学奖
二. 晶体的基本概念:
(1)晶体的点阵,晶胞和晶系
可以用下列的公式表示晶体结构与点阵的关系
晶体结构=点阵+基元
点阵是晶体结构的周期性的几何描述,基元是阵点所代表的物质实体,可以是原子,分子,或一组原子。
定义:点阵(lattice)-- 空间中环境相同的点形成的无限阵列。
晶体的空间点阵理论的提出基于一个假设,即晶体是无限大的。由于实际晶体的大小远超出晶体结构的重复周期,可以认为晶体构造是在三维空间无限伸展。
具有不同结构的晶体可以有相同的空间点阵(空间格子),如NaCl和金刚石。由同种物质构成的晶体可以有不同的空间点阵,如金刚石和石墨。
判断一组点是否为点阵,最简单有效的方法是连接其中任意两
点的矢量进行平移,只有能够复原才为点阵。
点阵
直线点阵
平面点阵
空间点阵
点阵格子
简单(P,Primitive or Simple)格子
体心(I,Body Centered )格子
面心(F,Face Centered)格子
底心(C,C Centered)格子
P
I
F
C
(0,0,0)
(0,0,0)
(1/2,1/2,1/2)
(0,0,0)
(1/2,1/2,0)
(1/2,0,1/2)
(0,1/2,1/2)
(0,0,0)
(1/2,1/2,0)
由于点阵的周期性,可在其中取一个结点为顶点。以点阵直线上周期为边长的平行六面体作为重复单元来概括晶体的特征,这样的重复单元称为晶胞。
晶胞= 点阵格子+ 结构基元
结构基元的离子坐标:Na (0,0,0), Cl (1/2,0,0)。
晶胞中离子坐标为结构基元的离子坐标按面心立方格子平移得到
面心立方格子阵点坐标:
(0,0,0), (1/2,1/2,0), (1/2,0,1/2),
(0,1/2,1/2)
Na: (0,0,0), (1/2,1/2,0)
(1/2,0,1/2), (0,1/2,1/2)
Cl: (1/2,0,0), (0,1/2,0)
(0,0,1/2), (1/2,1/2,1/2)
根据宏观
对称性,有十
四种空间格子,
对应七种晶系
(2)晶面,晶面指数,面间距,晶向,晶带
晶面:不在一直线上的任意三个阵点所决定的平面为点阵平面
晶面指数:如某一不通过原点的平面在三个轴矢方向上的截距为m(以a为单位),n(以b为单位)和p(以c为单位)。令
1/m : 1/n : 1/p = h : k : l
h : k : l为互质整数比,称为晶面指数或米勒指数(miller index),记为(hkl)。它代表了一族相互平行的点阵平面。