PL 
EnglishDomyślny
Українська💎 Dyfrakcja Bragga — struktura kryształu w promieniach X
Symuluj dyfrakcję Bragga: nλ = 2d·sin(θ). Obracaj kryształ i obserwuj interferencję konstruktywną i destruktywną od równoległych płaszczyzn.
O dyfrakcji Bragga
Gdy promienie rentgenowskie uderzają w kryształ, są rozpraszane przez elektrony w atomach. Dla większości kątów rozproszone fale znoszą się wzajemnie przez interferencję destruktywną. Przy szczególnych kątach opisanych przez prawo Bragga (nλ = 2d·sin θ), fale rozproszone od kolejnych równoległych płaszczyzn są w fazie i interferują konstruktywnie, tworząc piki dyfrakcyjne. William Lawrence Bragg wyprowadził ten warunek w 1913 roku i wraz z ojcem Williamem Henrym Braggiem otrzymał za to Nagrodę Nobla z fizyki w 1915 roku.
Każdy zestaw płaszczyzn krystalicznych, oznaczony wskaźnikami Millera (hkl), ma charakterystyczny odstęp d. Dla sieci regularnej d = a/√(h²+k²+l²), gdzie a to parametr sieci. Pełny zestaw pików dyfrakcyjnych — ich kątów i intensywności — stanowi wzór dyfrakcyjny unikalny dla danej struktury krystalicznej. Porównanie zmierzonego wzoru z bazą danych pozwala zidentyfikować nieznane materiały.
Ta symulacja pokazuje dwuwymiarowy przekrój sieci krystalicznej z wiązką rentgenowską przy aktualnym kącie 2θ, wizualizując geometrię drogi optycznej leżącą u podstaw warunku Bragga. Panel wzoru dyfrakcyjnego pokazuje intensywność w funkcji 2θ dla wszystkich dozwolonych odbić wybranej struktury krystalicznej. Sieci FCC i BCC mają reguły wyboru zakazujące pewnych pików (systematyczne nieobecności).
Najczęściej zadawane pytania
Czym jest prawo Bragga?
Prawo Bragga stwierdza, że konstruktywna interferencja promieni rentgenowskich odbitych od równoległych płaszczyzn krystalicznych zachodzi, gdy nλ = 2d·sin(θ), gdzie n to rząd dyfrakcji, λ to długość fali rentgenowskiej, d to odstęp między płaszczyznami krystalicznymi, a θ to kąt padania. Wyprowadzone przez W.L. Bragga w 1913 roku, przyniosło Nagrodę Nobla z fizyki w 1915 roku.
Czym są wskaźniki Millera?
Wskaźniki Millera (hkl) określają orientację płaszczyzny krystalicznej. Dla sieci regularnej odstęp d wynosi d = a/√(h²+k²+l²), gdzie a to parametr sieci. Płaszczyzny (100), (110) i (111) są badane najczęściej.
Jak dyfrakcja rentgenowska ujawnia strukturę krystaliczną?
Mierząc kąty pików i stosując prawo Bragga, wyznacza się odstępy d wszystkich płaszczyzn krystalicznych. Zestaw odstępów d i ich intensywności jest unikalny dla każdej struktury krystalicznej — swoisty „odcisk palca”. Porównanie zmierzonego wzoru z bazą danych pozwala zidentyfikować materiał.
Jaka jest różnica między dyfrakcją proszkową a monokrystaliczną?
Dyfrakcja monokrystaliczna wykorzystuje jeden zorientowany kryształ, dający dyskretne plamki (wzór Lauego). Dyfrakcja proszkowa wykorzystuje drobno zmielone kryształy o wszystkich orientacjach — wzór 3D zapada się do jednowymiarowego wykresu intensywności w funkcji 2θ. Dyfrakcja proszkowa jest prostsza do identyfikacji fazy; monokrystaliczna daje pełną informację strukturalną 3D.
Dlaczego różne struktury krystaliczne dają różne wzory dyfrakcyjne?
Różne sieci mają różne zestawy dozwolonych odstępów d. FCC i BCC mają systematyczne nieobecności: FCC pokazuje piki tylko wtedy, gdy h, k, l są wszystkie nieparzyste lub wszystkie parzyste; BCC tylko wtedy, gdy h+k+l jest parzyste. Te reguły wyboru wynikają z destruktywnej interferencji spowodowanej dodatkowymi atomami na środkach ścian lub w środku komórki.
Czym jest czynnik struktury w dyfrakcji rentgenowskiej?
Czynnik struktury F(hkl) = Σ fⱼ·exp[2πi(hxⱼ+kyⱼ+lzⱼ)] sumuje wkłady wszystkich atomów w komórce elementarnej. |F|² daje obserwowaną intensywność piku. Systematyczne nieobecności występują, gdy F = 0 z powodu wzajemnego znoszenia się wkładów atomów na różnych pozycjach.
Jaka długość fali rentgenowskiej jest używana w krystalografii?
Długości fal rentgenowskich używane w krystalografii to zazwyczaj 0,5–2,5 Å, porównywalne z odstępami atomowymi. Najczęstszym źródłem laboratoryjnym jest promieniowanie miedziowe Kα o długości 1,54 Å. Synchrotrony pozwalają precyzyjnie dostrajać długość fali, umożliwiając techniki dyspersji anomalnej do wyznaczania fazy.
Jak odkryto podwójną helisę DNA za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej?
Rosalind Franklin i Raymond Gosling w 1952 roku wykonali wzory dyfrakcji rentgenowskiej włókien DNA. Zdjęcie 51 pokazywało wzór w kształcie litery X charakterystyczny dla helisy. Watson i Crick wykorzystali pomiary Franklin do zbudowania poprawnego modelu podwójnej helisy w 1953 roku, za co otrzymali Nagrodę Nobla w 1962 roku.