Chemie a fyzika pevných látek l p2 difrakce rtg.. zářenz ení na pevných látkch,, reciproká mřížka Doporučená literatura: Doc. Michal Hušák dr. Ing. B. Kratochvíl, L. Jenšovský - Úvod do krystalochemie Kratochvíl B.: Chemie a fyzika pevných látek I. skriptum. VŠCHT Praha 1994. (http://tresen.vscht.cz/min/eso) Kratochvíl B. a spol.: Základy fyziky a chemie pevných látek II. skriptum. VŠCHT Praha 1990.(http://tresen.vscht.cz/min/eso) Kratochvíl B. a kol.: Příklady z fyziky pevných látek. skriptum. VŠCHT Praha 1991.
Obsah přednp ednášky Interakce rtg záření s pevnou látkou Difrakce rtg záření Braggova rovnice Roviny (hkl) Ewaldova konstrukce
Vlastnosti zářenz ení pro výzkum krystalů λ= Plankova konstanta(h) / (m*v) λ typická vzdálenost mezi zkoumanými objekty Typ záření X-ray, Rentgenové záření pomalé neutrony elektrony zdroj RTG lampa, synchrotron Jaderný reaktor, synchrotron Elektronový mikroskop Charakter interakce s objektem Odraz na elektronech Interakce s jádrem atomů Odraz na elektrostatických potenciálech
Elektromagnetické záření
Zdroje rentgenového zářenz ení RTG lampa Materiál lampy Mo Cu Co Fe λ(kα) Å (Å=10-10 m) 0.71073 1.54184 1.79026 1.93736
Zdroje rentgenového zářenz ení RTG lampa
Zdroje rentgenového zářenz ení synchrotron Výhody ve srovnání s RTG-lampou: vysoká intenzita, nastavitelná vlnová délka, zaostřený svazek
Zdroj neutronového zářenz ení jaderný reaktor
Zdroj neutronového zářenz ení - štěpný zdroj Princip: -Urychlené vodíkové H - atomy jsou zbavney elektornů (Linac) -Zíkané protony jsou uchovávané v akumulátoru -Dopadem protonů na kapalnou rtuť vznikají neutrony
Zdroje elektronů transmisní elektronový mikroskop
Interakce krystalu a zářenz ení Absorbce I=I 0 *e -µx Lambertův-Beerův zákon µ - absorbční koeficient, x- tloušťka vrstvy Fluorescence λ prim <λ fluro E prim >E fluor Efektu využívá Rentgenová fluorescenční analýza (analýza obsahu prvků ve vzorku) Rozptyl difrakce λ je konstantní, rozkmitané elektrony dále emitují
Srovnání záření atomový rozptylový faktor / typ atomu
Srovnání záření atomový rozptylového faktoru / úhel difrakce - pro neutrony rozptylový faktor nezávisí na uhlu rozptylu - pro elektrony schopnost rozptylu s úhlem rychle klesá
Srovnání záření atomový rozptylového faktoru / vlnová délka zářenz ení - čím kratší vlnová délka tím menší intenzita difrakce při stejném difrakčním úhlu
Výhody a nevýhody různých r typů záření Záření X-ray lampa X-ray synchrotron neutrony Malé krystalymikrokry staly nevhodné ano ne Přesné pozice atomů ano ano ano Viditelnos t lehkých atomů špatná střední výborná Doba experimen tu střední krátká velmi dlouhá Cena experimen tu nízká vysoká vysoká elektrony velmi vhodné ne střední velice krátká nízká
Skládání vln
Interakce se zářenz ením
Interakce se zářenz ením - analogie
Braggova rovnice 2d*sin(θ)=n*λ
Millerovy indexy d 42 =1/2*d 21
Millerovy indexy Millerovy indexy v prostoru Millerovy indexy použité pro popis vnějšího tvaru krystalu pyritu
Vztah d-hkld hkl, mřížkové parametry
Určen ení mřížkových parametrů kubická soustava Si 1/(d*d) = (h*h+k*k+l*l)/(a*a) = Q /(a*a), λ=1.54056 2θ d=0.5*λ/sin(θ) h,k,l Q=h*h+k*k+l*l a=sqr(q*d*d) 28.453 47.301 56.124 28.453 47.301 56.124 3.1343 1.9201 1.6374 3.1343 1.9201 1.6374 001 011 111 111 220 311 Špatná indexace 1 2 3 Správná indexace 3 8 11 3.134331675 2.715499522 2.836072047 5.428821708 5.430999045 5.430664514
Reciproká mřížka
Reciproká mřížka Simulace vážené reciproké mřížky hexagonální ZnS
Reáln lná mřížka Simulace reálné mřížky hexagonální ZnS
Evaldova konstrukce - sféra
Evaldova konstrukce reciproká mřížka
Evaldova konstrukce Braggova rovnice sin(θ) = (1/2d)/(1/λ) sin(θ) = λ/2d 2d * sin(θ) = λ
Evaldova konstrukce - experiment
Ukázka programu diffractogram
diffractogram - Laueogram
diffractogram - práš ášek
Typy difrakčních experimentů Název experimentu Difrakce na monokrystalu Monokrystal Laueho metoda Prášková difrakce Záření monochromatické polychromatické monochromatické Poznámky nutný monokrystal rychle více reflexí, těžká interpretace práškové vzorky, ztráta informace o pozici difrakce
Čtyřkruhový difraktometr
Difraktometr s plošným detektorem
Práš áškový difraktometr
Práš áškový difraktometr Bragg-Brentano Brentano semifokusační geometrie Výhody: Intensita difrakce Nevýhody: Preferenční orientace Vhodné pro rutinní laboratorní měření a identifikaci fází
Práš áškový difraktometr s pozičně citlivým detektorem
Debye-Scherer geometrie Vzorek je v kapiláře Výhody: -snížená preferenční orientace Nevýhody: -nízká intenzita Vhodné pro synchrotron a řešení struktury
Debye-Scherer difraktometr Difraktometr s Debye-Scherer geometrií na zdroji ESRF Grenobl