Ziyosfera

Kristallstrukturanalyse

Ҳаракатдаги кукунли рентген дифрактометри

Рентген нурли кристаллография — кристаллнинг атом ва молекуляр тузилишини аниқлайдиган экспериментал фан бўлиб, унда кристалли структурага тушаётган рентген нурларини кўплаб ўзига хос йўналишларга тарқалишига олиб келади. Ушбу диффракция нурларининг бурчаклари ва интенсивлигини ўлчаш орқали кристаллограф кристалл ичидаги электронлар зичлигининг уч ўлчовли тасвирини яратиши мумкин.. Электрон зичлигидан кристаллдаги атомларнинг ўртача позицияларини, шунингдек уларнинг кимёвий боғланишларини, кристаллографик бузилишини ва бошқа турли хил маълумотларни ҳам аниқлаш мумкин.

Тузлар, металлар, минераллар, ярим ўтказгичлар, шунингдек, турли ноорганик, органик ва биологик молекулалар каби кўплаб материаллар кристалл ҳосил қилиши мумкинлиги сабабли, рентген кристаллографияси кўплаб илмий соҳаларнинг ривожланишида асосий рол ўйнайди. Фойдаланишнинг дастлабки ўн йилликларида бу усул атомларнинг ўлчамини, кимёвий боғланишларнинг узунлиги ва турларини, шунингдек, турли материаллар, айниқса минераллар ва қотишмалар орасидаги атом миқёсидаги фарқларни аниқлади. Усул, шунингдек, кўплаб биологик молекулаларнинг, жумладан, витаминлар, дорилар, оқсиллар ва ДНК каби нуклеин кислоталарнинг тузилиши ва функсиясини ўрганиш имконини очиб берди. Рентгеннурли кристаллография ҳали ҳам янги материалларнинг атом тузилишини тавсифлаш ва бошқа тажрибаларда кристаллга ўхшаш бўлган материалларни аниқлашнинг асосий усули ҳисобланади. Рентген нурли кристалл тузилмалар, шунингдек, материалнинг ғайриоддий электрон ёки эластик хусусиятларини ҳисобга олиши, кимёвий ўзаро таъсирлар ва жараёнларни ёритиши ёки касалликларга қарши дори-дармонларни лойиҳалаш учун асос бўлиб хизмат қилиши мумкин.

Бир кристалли рентген нурларининг диффракциясини ўлчашда кристалл гониометрга ўрнатилади. Гониометр кристаллни танланган йўналишларда жойлаштириш учун ишлатилади. Кристалл рентген нурларининг нозик йўналтирилган монохроматик нурлари билан ёритилган бўлиб, акс эттириш деб номланувчи мунтазам равишда жойлашган доғларнинг диффракция нақшини ҳосил қилади. Турли йўналишларда олинган икки ўлчовли тасвирлар намуна учун маълум бўлган кимёвий маълумотлар билан бирлаштирилган Фуре ўзгаришларининг математик усули ёрдамида кристалл ичидаги электронлар зичлигининг уч ўлчовли моделига айлантирилади. Агар кристаллар жуда кичик бўлса ёки уларнинг ички тузилиши етарлича бир хил бўлмаса, ёмон пикселлар сонини кўплигига (лойқалик) ёки ҳатто, хатоларга олиб келиши мумкин.

Рентген нурли кристаллография атом тузилмаларини аниқлашнинг бир қанча бошқа усуллари билан боғлиқ. Шунга ўхшаш дифраксия нақшлари электронлар ёки нейтронларнинг тарқалиши орқали ишлаб чиқарилиши мумкин. Нейтроннинг тарқалиши Фуре трансформацияси билан ҳам худди шундай талқин қилиниши мумкин. Етарли ўлчамдаги монокристалларни олишнинг иложи бўлмаса, камроқ бўлсада маълумот олиш учун турли хил рентген усулларини қўллаш мумкин; бундай усуллар орасида толалар диффракцияси, кукун диффракцияси ва (намуна кристалланмаган бўлса) рентген нурларининг кичик бурчакли тарқалиши (САХС) каби усуллар бор. Агар текширилаётган материал фақат нанокристалли кукунлар шаклида мавжуд бўлса ёки ёмон кристалликдан азият чекса, атом тузилишини аниқлаш учун электрон диффракция, трансмиссия электрон микроскопия ва электрон кристаллография усуллари қўлланиши мумкин.

Тарқалиш

Қуйидаги математик ифодада тасвирланганидек, рентген нурларининг тарқалиши кристалл ичидаги электронларнинг зичлиги билан аниқланади. Рентген нурларининг энергияси валент электронникидан анча катта бўлгани сабабли, сочилишни Томсон сочилиши, электромагнит нурнинг эркин электрон билан ўзаро таъсири сифатида моделлаштириш мумкин. Ушбу модел одатда тарқалган нурланишнинг қутбланишини тавсифлаш учун қабул қилинган.

Массаси (м) ва элементар заряди (қ) бўлган бир зарра учун Томсон сочилишининг интенсивлиги қуйидагича:[1]

Ио=Иэ(қ4м2c4)1+cос⁡22θ2=Иэ7.94×10−261+cос⁡22θ2=Иэф{\дисплайстйле И_о = И_э \лефт(\фраc{қ^4}{м^2c^4}\ригҳт)\фраc{1+\cос^22\тҳета}{2} = И_э7.94\тимес10^{-26}\фраc{1+\cос^22\тҳета}{2} = И_эф}

Демак, электрондан анча оғирроқ бўлган атом ядролари тарқоқ рентген нурларига деярли ҳисса қўшмайди. Бинобарин, атомдан аниқланган когерент сочилишни тизимдаги электронлардан жамоавий сочилишни таҳлил қилиш орқали аниқ тахмин қилиш мумкин.[2]

1912-йилдан 1920-йилгача бўлган ривожланиш

Гарчи олмослар (юқори чап) ва графит (юқори ўнг) кимёвий таркиби бўйича бир бирига ўхшаш бўлсада, иккаласи ҳам соф углерод бўлсада, рентген кристаллографияси уларнинг атомларининг жойлашишини (пастки қисмида) уларнинг ҳар хил хусусиятларини аниқлади. Олмосда углерод атомлари тетраэдрал тарзда жойлаштирилган ва битта ковалент боғ билан бирлаштирилган бўлиб, уни барча йўналишларда мустаҳкам қилади. Бундан фарқли ўлароқ, графит тўпланган варақлардан иборат. Плиталар ичида боғланиш ковалент ва олти бурчакли симметрияга эга, аммо варақлар ўртасида ковалент боғланишлар йўқ, бу графитни парчаларга бўлинишни осонлаштиради.

Молекулалар ва минералларнинг тузилишини аниқлаш учун рентген кристаллографиясининг потенциали -ўша пайтда фақат кимёвий ва гидродинамик тажрибалардан маълум бўлган и. Энг қадимги тузилмалар оддий ноорганик кристаллар ва минераллар эди, Лекин улар ҳам физика ва кимёнинг асосий қонунларини очиб берда олди. 1914-йилда „ҳал қилинган“ (яъни аниқланган) биринчи атом резолюцияси тузилмаси ош тузи эди.[3][4][5] Стол-туз тузилишидаги электронларнинг тақсимланиши кристаллар ковалент боғланган молекулалардан иборат эмаслигини кўрсатди ва ион бирикмаларининг мавжудлигини исботлади.[6] Ўша йили олмоснинг тузилиши кашф қилинди[7][8], унинг кимёвий боғланишларининг тетраэдрал жойлашишини исботланди ва C-C ягона боғининг узунлиги 1,52 ангстром эканлигини кўрсатди. Бошқа дастлабки тузилмаларга мис,[9] калций фторид (CаФ 2, фторит деб ҳам аталади), калцит (CаCО 3) ва пирит (ФеС 2)[10] 1914-йилда киритилган; 1915-йилда шпинел (МгАл 2 О 4);[11][12] 1916-йилда титан диоксидининг (ТиО 2) рутил ва анатаза шакллари;[13] пирохроит (Мн (ОҲ) 2) ва кенгайтмаси бўйича брусит (Мг (ОҲ) 2) 1919-йилда.[14][15] Шунингдек, 1919-йилда натрий нитрат (НаНО 3) ва сезий дичлороиодиде (CсИCл 2) Ралф Валтер Грейстоне Wйcкофф томонидан аниқланди ва wурцит (олти бурчакли ЗнС) тузилиши 1920-йилда маълум бўлди[16]

Манбалар

  1. ↑ Х-рай Cрйсталлограпҳиc Течнологй. Лондон: Ҳилгер анд Wатц ЛТД., 1952 — 271-бет. 
  2. ↑ Cуллитй, Б. Д.. Элеменц оф х-рай диффраcтион, Стуарт Р. Стоcк, 3рд, Уппер Саддле Ривер, НЖ: Прентиcе Ҳалл, 2001. ИСБН 0-201-61091-4. ОCЛC 46437243. 
  3. ↑ „Тҳе Струcтуре оф Соме Cрйсталс ас Индиcатед бй тҳеир Диффраcтион оф Х-райс“. Проc. Р. Соc. Лонд. А89-жилд, № 610. 1913. 248–277-бет. Бибcоде:1913РСПСА..89..248Б. дои:10.1098/рспа.1913.0083. ЖСТОР 93488.
  4. ↑ „Тҳе Интенситй оф Рефлехион оф Х-райс бй Роcк-Салт“. Пҳил. Маг. 41-жилд, № 243. 1921. 309-бет. дои:10.1080/14786442108636225.
  5. ↑ „Тҳе Интенситй оф Рефлехион оф Х-райс бй Роcк-Салт. Парт ИИ“. Пҳил. Маг. 42-жилд, № 247. 1921. 1-бет. дои:10.1080/14786442108633730.
  6. ↑ „Тҳе Дистрибутион оф Элеcтронс ароунд тҳе Нуcлеус ин тҳе Содиум анд Члорине Атомс“. Пҳил. Маг. 44-жилд, № 261. 1922. 433-бет. дои:10.1080/14786440908565188.
  7. ↑ „Тҳе струcтуре оф тҳе диамонд“. Натуре. 91-жилд, № 2283. 1913. 557-бет. Бибcоде:1913Натур..91..557Б. дои:10.1038/091557а0.
  8. ↑ „Тҳе струcтуре оф тҳе диамонд“. Проc. Р. Соc. Лонд. А89-жилд, № 610. 1913. 277-бет. Бибcоде:1913РСПСА..89..277Б. дои:10.1098/рспа.1913.0084.
  9. ↑ „Тҳе Cрйсталлине Струcтуре оф Cоппер“. Пҳил. Маг. 28-жилд, № 165. 1914. 355-бет. дои:10.1080/14786440908635219.
  10. ↑ „Тҳе аналйсис оф cрйсталс бй тҳе Х-рай спеcтрометер“. Проc. Р. Соc. Лонд. А89-жилд, № 613. 1914. 468-бет. Бибcоде:1914РСПСА..89..468Б. дои:10.1098/рспа.1914.0015.
  11. ↑ „Тҳе струcтуре оф тҳе спинел гроуп оф cрйсталс“. Пҳил. Маг. 30-жилд, № 176. 1915. 305-бет. дои:10.1080/14786440808635400.
  12. ↑ „Струcтуре оф соме cрйсталс оф спинел гроуп“. Проc. Токё Матҳ. Пҳйс. Соc. 8-жилд. 1915. 199-бет.
  13. ↑ „Ресулц оф Cрйстал Аналйсис“. Пҳил. Маг. 32-жилд, № 187. 1916. 65-бет. дои:10.1080/14786441608635544.
  14. ↑ „Cрйстал Струcтуре оф Пйрочроите“. Стоcкҳолм Геол. Фöрен. Фöрҳ. 41-жилд. 1919. 407-бет. дои:10.1080/11035891909447000.
  15. ↑ „Üбер диэ Структур дес Магнесиумҳйдрохидс“. З. Кристаллогр. 56-жилд. 1921. 505-бет.
  16. ↑ „Тҳе cрйсталлине струcтуре оф зинc охиде“. Пҳил. Маг. 39-жилд, № 234. 1920. 647-бет. дои:10.1080/14786440608636079. 
"https://new.ziyosfera.uz/ziyo/Kristallstrukturanalyse" dan olindi