Kristallstrukturanalyse

Rentgen nurli kristallografiya — kristallning atom va molekulyar tuzilishini aniqlaydigan eksperimental fan boʻlib, unda kristalli strukturaga tushayotgan rentgen nurlarini koʻplab oʻziga xos yoʻnalishlarga tarqalishiga olib keladi. Ushbu diffraktsiya nurlarining burchaklari va intensivligini oʻlchash orqali kristallograf kristall ichidagi elektronlar zichligining uch oʻlchovli tasvirini yaratishi mumkin.. Elektron zichligidan kristalldagi atomlarning oʻrtacha pozitsiyalarini, shuningdek ularning kimyoviy bogʻlanishlarini, kristallografik buzilishini va boshqa turli xil maʼlumotlarni ham aniqlash mumkin.

Tuzlar, metallar, minerallar, yarim oʻtkazgichlar, shuningdek, turli noorganik, organik va biologik molekulalar kabi koʻplab materiallar kristall hosil qilishi mumkinligi sababli, rentgen kristallografiyasi koʻplab ilmiy sohalarning rivojlanishida asosiy rol oʻynaydi. Foydalanishning dastlabki oʻn yilliklarida bu usul atomlarning oʻlchamini, kimyoviy bogʻlanishlarning uzunligi va turlarini, shuningdek, turli materiallar, ayniqsa minerallar va qotishmalar orasidagi atom miqyosidagi farqlarni aniqladi. Usul, shuningdek, koʻplab biologik molekulalarning, jumladan, vitaminlar, dorilar, oqsillar va DNK kabi nuklein kislotalarning tuzilishi va funksiyasini oʻrganish imkonini ochib berdi. Rentgennurli kristallografiya hali ham yangi materiallarning atom tuzilishini tavsiflash va boshqa tajribalarda kristallga oʻxshash boʻlgan materiallarni aniqlashning asosiy usuli hisoblanadi. Rentgen nurli kristall tuzilmalar, shuningdek, materialning gʻayrioddiy elektron yoki elastik xususiyatlarini hisobga olishi, kimyoviy oʻzaro taʼsirlar va jarayonlarni yoritishi yoki kasalliklarga qarshi dori-darmonlarni loyihalash uchun asos boʻlib xizmat qilishi mumkin.

Bir kristalli rentgen nurlarining diffraktsiyasini oʻlchashda kristall goniometrga oʻrnatiladi. Goniometr kristallni tanlangan yoʻnalishlarda joylashtirish uchun ishlatiladi. Kristall rentgen nurlarining nozik yoʻnaltirilgan monoxromatik nurlari bilan yoritilgan boʻlib, aks ettirish deb nomlanuvchi muntazam ravishda joylashgan dogʻlarning diffraktsiya naqshini hosil qiladi. Turli yoʻnalishlarda olingan ikki oʻlchovli tasvirlar namuna uchun maʼlum boʻlgan kimyoviy maʼlumotlar bilan birlashtirilgan Furye oʻzgarishlarining matematik usuli yordamida kristall ichidagi elektronlar zichligining uch oʻlchovli modeliga aylantiriladi. Agar kristallar juda kichik boʻlsa yoki ularning ichki tuzilishi yetarlicha bir xil boʻlmasa, yomon piksellar sonini koʻpligiga (loyqalik) yoki hatto, xatolarga olib kelishi mumkin.

Rentgen nurli kristallografiya atom tuzilmalarini aniqlashning bir qancha boshqa usullari bilan bogʻliq. Shunga oʻxshash difraksiya naqshlari elektronlar yoki neytronlarning tarqalishi orqali ishlab chiqarilishi mumkin. Neytronning tarqalishi Furye transformatsiyasi bilan ham xuddi shunday talqin qilinishi mumkin. Yetarli oʻlchamdagi monokristallarni olishning iloji boʻlmasa, kamroq boʻlsada maʼlumot olish uchun turli xil rentgen usullarini qoʻllash mumkin; bunday usullar orasida tolalar diffraktsiyasi, kukun diffraktsiyasi va (namuna kristallanmagan boʻlsa) rentgen nurlarining kichik burchakli tarqalishi (SAXS) kabi usullar bor. Agar tekshirilayotgan material faqat nanokristalli kukunlar shaklida mavjud boʻlsa yoki yomon kristallikdan aziyat cheksa, atom tuzilishini aniqlash uchun elektron diffraktsiya, transmissiya elektron mikroskopiya va elektron kristallografiya usullari qoʻllanishi mumkin.

Tarqalish

Quyidagi matematik ifodada tasvirlanganidek, rentgen nurlarining tarqalishi kristall ichidagi elektronlarning zichligi bilan aniqlanadi. Rentgen nurlarining energiyasi valent elektronnikidan ancha katta boʻlgani sababli, sochilishni Tomson sochilishi, elektromagnit nurning erkin elektron bilan oʻzaro taʼsiri sifatida modellashtirish mumkin. Ushbu model odatda tarqalgan nurlanishning qutblanishini tavsiflash uchun qabul qilingan.

Massasi (m) va elementar zaryadi (q) boʻlgan bir zarra uchun Tomson sochilishining intensivligi quyidagicha:^[1]

I_{o}=I_{e}\left({\frac {q^{4}}{m^{2}c^{4}}}\right){\frac {1+\cos ^{2}2\theta }{2}}=I_{e}7.94\times 10^{-26}{\frac {1+\cos ^{2}2\theta }{2}}=I_{e}f

Demak, elektrondan ancha ogʻirroq boʻlgan atom yadrolari tarqoq rentgen nurlariga deyarli hissa qoʻshmaydi. Binobarin, atomdan aniqlangan kogerent sochilishni tizimdagi elektronlardan jamoaviy sochilishni tahlil qilish orqali aniq taxmin qilish mumkin.^[2]

1912-yildan 1920-yilgacha boʻlgan rivojlanish

Molekulalar va minerallarning tuzilishini aniqlash uchun rentgen kristallografiyasining potentsiali -oʻsha paytda faqat kimyoviy va gidrodinamik tajribalardan maʼlum boʻlgan i. Eng qadimgi tuzilmalar oddiy noorganik kristallar va minerallar edi, Lekin ular ham fizika va kimyoning asosiy qonunlarini ochib berda oldi. 1914-yilda „hal qilingan“ (yaʼni aniqlangan) birinchi atom rezolyutsiyasi tuzilmasi osh tuzi edi.^[3]^[4]^[5] Stol-tuz tuzilishidagi elektronlarning taqsimlanishi kristallar kovalent bogʻlangan molekulalardan iborat emasligini koʻrsatdi va ion birikmalarining mavjudligini isbotladi.^[6] Oʻsha yili olmosning tuzilishi kashf qilindi^[7]^[8], uning kimyoviy bogʻlanishlarining tetraedral joylashishini isbotlandi va C-C yagona bogʻining uzunligi 1,52 angstrom ekanligini koʻrsatdi. Boshqa dastlabki tuzilmalarga mis,^[9] kaltsiy ftorid (CaF ₂, ftorit deb ham ataladi), kaltsit (CaCO ₃) va pirit (FeS ₂)^[10] 1914-yilda kiritilgan; 1915-yilda shpinel (MgAl ₂ O ₄);^[11]^[12] 1916-yilda titan dioksidining (TiO ₂) rutil va anataza shakllari;^[13] piroxroit (Mn (OH) ₂) va kengaytmasi boʻyicha brusit (Mg (OH) ₂) 1919-yilda.^[14]^[15] Shuningdek, 1919-yilda natriy nitrat (NaNO ₃) va seziy dichloroiodide (CsICl ₂) Ralf Valter Greystone Wyckoff tomonidan aniqlandi va wurtsit (olti burchakli ZnS) tuzilishi 1920-yilda maʼlum boʻldi^[16]

Manbalar

↑ X-ray Crystallographic Technology. London: Hilger and Watts LTD., 1952 — 271-bet.
↑ Cullity, B. D.. Elements of x-ray diffraction, Stuart R. Stock, 3rd, Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2001. ISBN 0-201-61091-4. OCLC 46437243.
↑ „The Structure of Some Crystals as Indicated by their Diffraction of X-rays“. Proc. R. Soc. Lond. A89-jild, № 610. 1913. 248–277-bet. Bibcode:1913RSPSA..89..248B. doi:10.1098/rspa.1913.0083. JSTOR 93488.
↑ „The Intensity of Reflexion of X-rays by Rock-Salt“. Phil. Mag. 41-jild, № 243. 1921. 309-bet. doi:10.1080/14786442108636225.
↑ „The Intensity of Reflexion of X-rays by Rock-Salt. Part II“. Phil. Mag. 42-jild, № 247. 1921. 1-bet. doi:10.1080/14786442108633730.
↑ „The Distribution of Electrons around the Nucleus in the Sodium and Chlorine Atoms“. Phil. Mag. 44-jild, № 261. 1922. 433-bet. doi:10.1080/14786440908565188.
↑ „The structure of the diamond“. Nature. 91-jild, № 2283. 1913. 557-bet. Bibcode:1913Natur..91..557B. doi:10.1038/091557a0.
↑ „The structure of the diamond“. Proc. R. Soc. Lond. A89-jild, № 610. 1913. 277-bet. Bibcode:1913RSPSA..89..277B. doi:10.1098/rspa.1913.0084.
↑ „The Crystalline Structure of Copper“. Phil. Mag. 28-jild, № 165. 1914. 355-bet. doi:10.1080/14786440908635219.
↑ „The analysis of crystals by the X-ray spectrometer“. Proc. R. Soc. Lond. A89-jild, № 613. 1914. 468-bet. Bibcode:1914RSPSA..89..468B. doi:10.1098/rspa.1914.0015.
↑ „The structure of the spinel group of crystals“. Phil. Mag. 30-jild, № 176. 1915. 305-bet. doi:10.1080/14786440808635400.
↑ „Structure of some crystals of spinel group“. Proc. Tokyo Math. Phys. Soc. 8-jild. 1915. 199-bet.
↑ „Results of Crystal Analysis“. Phil. Mag. 32-jild, № 187. 1916. 65-bet. doi:10.1080/14786441608635544.
↑ „Crystal Structure of Pyrochroite“. Stockholm Geol. Fören. Förh. 41-jild. 1919. 407-bet. doi:10.1080/11035891909447000.
↑ „Über die Struktur des Magnesiumhydroxids“. Z. Kristallogr. 56-jild. 1921. 505-bet.
↑ „The crystalline structure of zinc oxide“. Phil. Mag. 39-jild, № 234. 1920. 647-bet. doi:10.1080/14786440608636079.

[1] X-ray Crystallographic Technology. London: Hilger and Watts LTD., 1952 — 271-bet.

[2] Cullity, B. D.. Elements of x-ray diffraction, Stuart R. Stock, 3rd, Upper Saddle River, NJ: Prentice Hall, 2001. ISBN 0-201-61091-4. OCLC 46437243.

[3] „The Structure of Some Crystals as Indicated by their Diffraction of X-rays“. Proc. R. Soc. Lond. A89-jild, № 610. 1913. 248–277-bet. Bibcode:1913RSPSA..89..248B. doi:10.1098/rspa.1913.0083. JSTOR 93488.

[4] „The Intensity of Reflexion of X-rays by Rock-Salt“. Phil. Mag. 41-jild, № 243. 1921. 309-bet. doi:10.1080/14786442108636225.

[5] „The Intensity of Reflexion of X-rays by Rock-Salt. Part II“. Phil. Mag. 42-jild, № 247. 1921. 1-bet. doi:10.1080/14786442108633730.

[6] „The Distribution of Electrons around the Nucleus in the Sodium and Chlorine Atoms“. Phil. Mag. 44-jild, № 261. 1922. 433-bet. doi:10.1080/14786440908565188.

[dia-7] „The structure of the diamond“. Nature. 91-jild, № 2283. 1913. 557-bet. Bibcode:1913Natur..91..557B. doi:10.1038/091557a0.

[8] „The structure of the diamond“. Proc. R. Soc. Lond. A89-jild, № 610. 1913. 277-bet. Bibcode:1913RSPSA..89..277B. doi:10.1098/rspa.1913.0084.

[9] „The Crystalline Structure of Copper“. Phil. Mag. 28-jild, № 165. 1914. 355-bet. doi:10.1080/14786440908635219.

[carb-10] „The analysis of crystals by the X-ray spectrometer“. Proc. R. Soc. Lond. A89-jild, № 613. 1914. 468-bet. Bibcode:1914RSPSA..89..468B. doi:10.1098/rspa.1914.0015.

[11] „The structure of the spinel group of crystals“. Phil. Mag. 30-jild, № 176. 1915. 305-bet. doi:10.1080/14786440808635400.

[12] „Structure of some crystals of spinel group“. Proc. Tokyo Math. Phys. Soc. 8-jild. 1915. 199-bet.

[13] „Results of Crystal Analysis“. Phil. Mag. 32-jild, № 187. 1916. 65-bet. doi:10.1080/14786441608635544.

[14] „Crystal Structure of Pyrochroite“. Stockholm Geol. Fören. Förh. 41-jild. 1919. 407-bet. doi:10.1080/11035891909447000.

[15] „Über die Struktur des Magnesiumhydroxids“. Z. Kristallogr. 56-jild. 1921. 505-bet.

[16] „The crystalline structure of zinc oxide“. Phil. Mag. 39-jild, № 234. 1920. 647-bet. doi:10.1080/14786440608636079.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]