Hoofstuk 7X-Straal diffraksie

Inhoud Basiese konsepte en definisies Golwe en X-strale Kristalstruktuur Bragg se wet X- straal tegnieke

Basiese konsepte Kristalchemie: studie van verhouding van interne

kristalstruktuur met die fisiese en chemiese eienskappe van minerale

Kristalle:• Raamwerkstruktuur, met eenheidsel as die basiese

boublok• Atome en inter-atomise afstande: 0.1 – 0.5 nm• Vir ondersoek van kristalle – golwe met golflengtes in

hierdie grootte orde benodig Sigbare lig: golflengte: 400 – 700 nm X- Strale en neutrongolwe: 0.01 – 0.5 nm

Basiese konsepte Kwantumvlakke is bane waarin elektrone

beweeg:• K, L, M, N, O, P, Q• Aantal elektrone: 2N2 (N = 1,2,3,4,5,6 or 7)• M: 2 x 32 = 18

Sub-vlakke – verdeel kwantumvlakke• s, p, d, f• Aantal elektrone: 4K – 2 (K = 1, 2, 3 or 4)• d: (4 x 3) – 2 = 10

Basiese konsepte Opwekking van X-strale

• Elektrone uitgestraal deur bron (verhitte W filament) • Versnel elektrone deur ‘n elektriese veld te gebruil

(beheer sterkte van elektriese veld om snelheid van elektrone te beheer)

• Elektrone bots met metaalanode (Cu of Mo)• Baie hoë energie radiasie uitgestraal: X-strale*

Hoe:• Versnelde elektrone verplaas elektrone uit binne

orbitaalvlakke van ‘n atoom• Elektrone uit hoë orbitaalvlakke vul die elektron’opening’

en stel oorskot energie vry as X-straal fotons• Energie en golflengte van hierdie fotons stem ooreen

met spesifieke elektroniese oorgang van gegewe atoom van die metaalanode

Opwekking van X-strale

Golwe Amplitude Golflengte Pad/fase verskil

• Fig 7.4 Interferensie van golwe

• Konstruktief• Destruktief

Interferensie van golwe

Bragg se wet Gebaseer op die diffraksie van X-strale of

neutrons vanaf kristaloppervlakke teen seker hoeke

Basis van ontwikkeling van kragtige instrument vir die studie van kristalle in die vorm van X-straal en neutron diffraksie

Hoe:• As X-strale (of neutrons) ‘n atoom tref sal die beweging

van die elektrone (of spin van neutrons) her-radiasie van die golwe veroorsaak met dieselfde frekwensie

Rayleigh verstrooiing• Verstrooide golwe ondergaan interferensie met mekaar

wat konstruktief of destruktief is en pieke produseer by sekere hoeke

• Eindproduk is ‘n diffraksiepatroon waarvan die analise van die kristalstruktuur gedoen word

Bragg se wet As X-strale verstrooi word vanaf ‘n kristalraamwerk, word pieke

van verskeie intensiteite waargeneem wat ooreenstem met die volgende voorwaardes:

1. Die invalshoek = hoek van verstrooiing2. Die padlengte verskil is gelyk aan ‘n heelgetaal aantal golflengtes

Die voorwaarde vir maksimum intensiteit verkry in Bragg se wet laat ons toe om details oor die kristalstruktuur te bereken. Of as die kristalstruktuur bekend is, kan dit gebruik word om die golflengte van die X-strale wat op die kristal inval te bepaal.

Bragg se vergelyking: nλ = 2dsinθ• n: heelgetal bepaal deur die rangorde gegee• λ: die golflengte van die x-strale• d: afstand tussen atoomraamwerkvlakke• θ: hoek tussen die invalsstraal en die kristalvlakke

Bragg se wet

Tegnieke: X-straal diffraktometer

Die x-strale word gekollimeer in ‘n sterk X-straal absorbeerder (gewoonlik lood)

Smal x-straalbundel wat die kristal tref is die gevolg

Roteer die kristal en die detektor om Bragg se wet te bevredig vir diffraksie

Tegniekie: Diffraktometer

Tegnieke: Diffraktometrie van poeiers

Onwillekeurig georienteerde klein kristalle of ‘kristalliete’

Refleksies word geskandeer en intensiteit weergegee as ‘n funksie van die diffraksiehoek

Die lys van θ hoeke met verskillende intensiteite word oorgeskakel na d-spasies

Identifiseer kristalle deur diffraksiepatrone te vergelyk met diffraksie patrone van bekende minerale

Tegnieke: Diffraksiepatroon

Hoofstuk 8Fisiese eienskappe van

kristalleDefinisies

(Verdere selfstudie van die hoofstuk is opsioneel)

Definisies Hitte geleiding (Thermal

conductivity):• Dra hitte deur ‘n mineraal deur termale

vibrasies• Hoog in metale en minerale met hoë

verhouding metaal-binding Hitte uitsetting (Thermal expansion):

• Uitsetting van ‘n kristal (toename in volume) met ‘n toename in temperatuur

Definisies Piezoelektrisiteit:

• Die vermoë van ‘n kristal om sy vorm effens te verander (ondergaan vervorming) wanneer ‘n elektriese veld toegepas word (ook die ommekeer: as spanning toegepas word kan ‘n elektriese veld geinduseer word)

Slegs moontlik met sommige kristalle wat nie ‘n senter van simmetrie het nie

Piroelektrisiteit• Die vermoë van ‘n prismatiese kristal om

teenoorgestelde elektriese ladings te ontwikkel op teenoorgestelde punte wanneer verhit word

Algemeen in trigonale toermalyn kristalle Magnetisme

• Die vermoë van ‘n kristal om ‘n magnetiese oomblik te produseer wanneer ‘n magneetveld daarop toegepas word

Slegs moontlik in kristalle wat atome/ione met onpaar elektrone• Sterkste: Fe3+ en Mn2+ - het 5 onpaar 3d-elektrone• Fe2+ - het 4 onpaar 3d-elektrone

Chapter 3Q2

Chapter 3Q5

Chapter 4 Q8