Cтраница 2
Современная структурная химия отличается от классической тем, что она дает более детальную картину строения молекул и кристаллов. При помощи различных физических методов, а именно изучения структуры кристаллов методом диффракции рентгеновских лучей и структуры газовых молекул методом диффракции электронных волн, измерения электрических и магнитных дипольных моментов, интерпретации полосатых и раман-спектров и определения значения энтропии было получено большое количество данных относительно расположения атомов в молекулах и кристаллах и даже их электронной структуры. В настоящее время при рассмотрении вопросов валентности и химической связи нужно наряду с химическими фактами принимать во внимание также и результаты физических методов исследования. [16]
При этом между длиной волны излучения, углом падения лучей и постоянной дифракционной решетки существуют простые соотношения, вытекающие из волновой теории света. Именно эти закономерности и лежат в основе так называемых дифракционных методов изучения структуры кристаллов. В настоящее время применяют два основных метода получения дифракционных рентгенограмм кристаллов: порошковый и метод вращения кристалла. И в том и в другом методе используют монохроматическое рентгеновское излучение. Анализ получаемых рентгенограмм не всегда прост, тем не менее удается определить не только размеры и форму элементарной ячейки, но и число частиц, входящих в ее состав. [17]
Обычно присутствующие в кристаллах изотопные молекулы в некотором смысле могут вести себя как примеси. Когда концентрацию изотопной примеси можно контролировать, ее присутствие может служить хорошим инструментом для изучения структуры кристалла и динамики решетки. Например, при замещении в молекуле атома водорода на дейтерий частоты фундаментальных колебаний, связанных с движением этого атома, сильно смещаются. [18]
Приведены необходимые для применения дифракционных методов сведения по кристаллографии. Рассмотрены теоретические основы и практическое использование дифракции рентгеновских лучей, электронов и нейтронов для изучения структуры кристаллов и металлических материалов. Изложены принципы и применение просвечивающей, дифракционной и растровой электронной микроскопии. Описаны методы локального элементного анализа, основанные на различных видах взаимодействия быстрых электронов с веществом. [19]
Расчет и индицирование рентгенограмм вращения монокристалла сильно упрощается при использовании математического понятия обратной решетки. Понятие обратной решетки лишено физического смысла и является лишь вспомогательным математическим приемом при описании и изучении структуры кристалла. [20]
В жидкостях окружение отдельной молекулы или иона вследствие молекулярного движения оказывается сравнительно однородным. Поэтому в жидкостях отсутствуют возмущающие влияния, которые позволяют использовать ядерный магнитный резонанс ( ЯМР) для изучения структур кристаллов. Если ширина типичного максимума в случае твердого тела составляет около 20 ее, то в жидкости при достаточной однородности внешнего поля ширина составляет от 0 01 до 0 1 мгс. Однако при использовании достаточно чувствительных приборов удается обнаружить тонкую и сверхтонкую структуру, имеющую большое значение для химии. Это возможно только в том случае, если внешнее поле гораздо более однородно, чем при исследованиях ЯМР низкого разрешения в твердых телах. Поэтому приборы для ЯМР-спектроскопии высокого разрешения значительно дороже. Для повышения эффективной однородности поля иногда заставляют образец быстро вращаться вокруг вертикальной оси. [21]
Каули, внесшего существенный вклад в развитие физической оптики, охватывает материал, относящийся к оптике рентгеновских лучей, электронов и нейтронов. Рассматриваются основы кинематической и динамической теории дифракции, диффузное и неупругое рассеяние, структурный анализ, явления упорядочения, а также конкретные дифракционные методы изучения структуры кристаллов. [22]
Химики часто пользуются экспериментальными данными, характеризующими форму кристаллов, поскольку это помогает идентифицировать вещества. Описание форм кристаллов является предметом специальной науки кристаллографии. Метод изучения структуры кристаллов при помощи дифракции рентгеновских лучей, предложенный в 1912 г. немецким физиком Максом фон Лауэ ( 1879 - 1960) и усовершенствованный английскими физиками У. Г. Брэггом ( 1862 - 1942) и У. Л. Брэггом ( 1890 - 1971), стал особенно полезным в последние десятилетия. [23]
Книга представляет собой современный курс неорганической химии повышенного типа. В отличие от существующих учебников по общей и неорганической химии, посвященных в основном изложению фактического материала, в книге Барнарда излагаются теоретические концепции современной неорганической химии, основанные на законах квантовой химии, кристаллохимии и физической химии. Большое место отведено также основным методам изучения структур кристаллов и молекул, знакомство с которыми необходимо для каждого химика. [24]
Строение многочисленных соединений было установлено также методами дифракции электронов и дифракции рентгеновских лучей. В ходе последующего изложения рассмотрено атомное строение множества веществ, которое удалось определить именно этими методами. В приложении IV описано применение метода дифракции рентгеновских лучей при изучении структуры кристаллов. [25]
Здесь феноменологическая теория сплошности оказалась совершенно недостаточной, потребовалась и в связи с этим очень широко развилась целая система изучения структуры кристаллов и других тел. Радиотехника и высоковольтная техника, которая сейчас уже достигла 200 000 в, настоятельно потребовали изучения механизма электрических явлений; под их влиянием развилась вся электронная физика. Развитие новых источников света точно так же стимулировало и непосредственно двигало развитие учения об излучении. Автоматизация, которая играет все большую и большую роль по мере укрупнения производств и объединения заводов в большие технические комбинаты, вместе с радио активно содействовала изучению фотоэффекта, полупроводников как узловой проблемы физики, появлению электронного микроскопа. [26]
Здесь феноменологическая теория сплошности оказалась совершенно недостаточной, потребовалась и в связи с этим очень широко развилась целая система изучения структуры кристаллов и других тел. Радиотехника и высоковольтная техника, которая сейчас уже достигла 200 000 В, настоятельно потребовали изучения механизма электрических явлений; под их влиянием развилась вся электронная физика. Развитие новых источников света точно так же стимулировало и непосредственно двигало развитие учения об излучении. Автоматизация, которая играет все большую и большую роль по мере укрепления производств и объединения заводов в большие технические комбинаты, вместе с радио активно содействовала изучению фотоэффекта, полупроводников как узловой проблемы физики, появлению электронного микроскопа. [27]
В области физической химии приложения электронной микроскопии многочисленны и разнообразны. Ниже будут кратко-рассмотрены результаты, полученные прежде всего при исследовании классических коллоидных систем - коллоидных растворов, гелей и аэрозолей. Затем следует обширный раздел кристаллов, где вначале будут рассмотрены закономерности, установленные электронно-микроскопическим методом при изучении роста и разрушения кристаллов. Ряд примеров будет приведен как иллюстрация возможностей применения электронной микроскопии для изучения структуры кристаллов. Что касается аморфных тел, то здесь основное внимание будет уделено электронно-микроскопической характеристике пористой структуры некоторых представителей этой группы тел. Поэтому из области органической химии ниже сравнительно детально будет разобран только вопрос о структуре синтетических полимеров в связи с важностью этих материалов для современной химии. В конце III главы собраны работы, которые дают непосредственные доказательства значительной поверхностной диффузии на твердых телах при некоторых процессах. [28]
Для исследования структуры кристаллов применяют также метод, основанный на дифракции медленных нейтронов. Рассеяние их потока происходит в результате взаимодействия с ядрами микрочастиц, образующих кристалл. Метод применим лишь для изучения структуры веществ, атомы которых обладают малым сечением захвата нейтронов. Известен также метод изучения структуры кристаллов, основанный на дифракции электронов. Исследуемый образец готовят в форме тончайшей пленки толщиной 10 - 100 нм и помещают в специальную вакуумную камеру. Точность определения положения микрочастиц в кристалле составляет порядка 0 003 нм. Методы, основанные на дифракции нейтронов и электронов, определяют положение атомных ядер в кристаллической структуре и не подвержены влиянию поляризуемости связей. Поэтому они позволяют более точно рассчитать постоянные кристаллических решеток в сравнении с величинами, определенными из рентгенограмм вещества. [29]
Установлено, что для понимания одних явлений более удобно считать свет волновым движением, тогда как при рассмотрении других явлений предпочтительнее считать свет состоящим из фотонов ( разд. Эта корпускулярно-волновая двойственность присуща также материи. Электроны, протоны, нейтроны и другие материальные частицы, как установлено, обладают некоторыми свойствами, которые ученые обычно связывают с волновым движением. Так, пучок электронов или пучок нейтронов может быть дифрагирован точно так же, как и пучок рентгеновских лучей. На дифракции электронов и нейтронов основаны важные методы изучения структуры кристаллов и молекул газов. Длина волны электрона, нейтрона или какой-либо другой частицы зависит от ее массы покоя и скорости, с которой она перемещается. Длина волны частицы определяется уравнением де Бройля: K - h / mv, где К - длина волны частицы, h - постоянная Планка, пг - масса и У - скорость ( разд. [30]