固体无机化学第二

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1、2.2固体的表征2.2.1X-射线衍射2.2.1.1X-射线衍射概述2.2.1.2X-射线粉末衍射2.2.2中子衍射Nobel物理奖1901年,WihelmC.Rontgen，发现X射线及对X射线研究的成果。1914年,MaxvonLaue，发现晶体中的X射线衍射现象。1915年,WilliamH.Bragg,WilliamL.Bragg，运用X射线对晶体结构进行分析方面的成就。Nobel化学奖1936年,PeterJ.W.Debye，提出分子磁偶极矩概念，并应用X射线衍射技术探明液体和气体分子中原子的排列和结合形式。1964年,Doro

2、thyM.C.Hodgkin，运用X射线衍射技术测定复杂晶体和大分子青霉素、维生素B12等重要生物物质的晶体结构。1976年,WilliamN.Lipscomb，发明冷气吹入法，测定出硼烷分子的三维空间结构，揭示了准金属化合物和金属互化物的化学键本性。1982年,AaronKlug，将X射线衍射技术与电子显微技术相结合，发明了“显微影像重组技术”，以及在结构分子生物学方面的研究成果。1985年,JeromeKarleandHerbertA.Hauptman，开发了应用X射线衍射确定物质晶体结构的直接法。连续谱:由高速电子撞击到阳极上减速的

3、轫致辐射组成。特征谱:当电子束的加速电压达到一定值后，特征辐射被激发，并叠加在连续谱上。2.2.1.1X射线衍射概述X-射线的产生当高速的电子束轰击靶面时,由于电子束与靶元素原子中电子的能量交换激发出X射线。X射线发生器：由X射线管、高压发生器、稳压稳流系统、控制系统、水冷系统等部件组成。2.X射线与物质的相互作用（1）吸收效应：（2）激发效应：高能X光束把能量传递给被轰击的原子,使原子内层电子被电离成为光电子,并产生空穴,原子处于激发态而发射次级(又称荧光)X射线或俄歇电子。（3）散射效应：弹性散射：没有能量损失，即被X射线照射的物质将

4、发出与入射波波长相同的次级X射线,并向各个方向传播。非弹性散射：有能量损失3.晶体和X射线衍射（1）Laue方程:一维晶体的衍射方程：aSin=na:原子间距三维晶体的衍射方程：a1Sin1=n:衍射角a2Sin2=n发生衍射的条件a3Sin3=n也可以写成：Ha=hH:散射矢量或衍射矢量Hb=kH=ha*+kb*+lc*Hc=l垂直于hkl面的矢量长度为1/dhkl（2）Bragg方程：2dSin=n4.衍射强度（1）电子的散射因子（2）原子散射因子（3）晶胞对X射线的衍射（4）晶体对X射线的衍射（5）影响衍

5、射强度的因素（1）电子的散射因子Thomson散射效应：I=Io(re/r)2P,re=e2/40mc2，P=(1+cos22)/2A）散射光强与m2成反比,故原子中电子才是唯一有效的散射体,原子核对X射线的散射可以不考虑.B）散射强度的分布与散射角2有关.C）散射光强只是入射光强的极小部分。re=7.9x10-304.衍射强度（1）电子的散射因子（2）原子散射因子（3）晶胞对X射线的衍射（4）晶体对X射线的衍射（5）影响衍射强度的因素（2）原子散射因子如果以一个电子的相干散射振幅为单位来表示原子的(相对)散射振幅,散射因子:f

6、=4(r)ei2Hrdr(r):原子中电子密度分布函数当入射光频率正好处于原子的吸收限附近时,将出现反常散射,散射因子为复数:f=fo+f’+if’’=fo+f反常散射引起的虚部修正折射率出现虚部色散现象(反常色散)判断晶体有无对称中心4.衍射强度（1）电子的散射因子（2）原子散射因子（3）晶胞对X射线的衍射（4）晶体对X射线的衍射（5）影响衍射强度的因素（3）晶胞对X射线的衍射A）结构因子：晶胞对射线的相干衍射振幅Fhkl=fiei2(hXj+kYj+lZj)Fhkl=(r)ei2Hrdr(r)为晶胞的电子密

7、度分布函数B）衍射相角：晶胞中所有原子产生的hkl衍射束与从原点发出的同方向衍射束间的周期差。Fhkl=Fhkleihklhkl：相角电子密度:(X,Y,Z)=1/VFhkle-i2(hX+kY+lZ)——“相位”问题C）晶胞的衍射强度I=Fhkl2=fifjcos2H(ri–rj)原子间的矢量r=ri–rjPatterson函数D）Friedel定律，衍射强度的中心对称定律Ihklfifjcos2[h(Xi-Xj)+k(Yi-Yj)+l(Zi-Zj)]IhklIhkl,Fhkl2Fhk

8、l2不论晶体有无对称中心，衍射花样总是有对称中心的。4.衍射强度（1）电子的散射因子（2）原子散射因子（3）晶胞对X射线的衍射（4）晶体对X射线的衍射（5）影响衍射强度的因素（4）晶体对X射