1 / 63

Röntgendiffrakció 1. Barangolás térben és időben

Röntgendiffrakció 1. Barangolás térben és időben. Deák Andrea. MTA Természettudományi Kutatóközpont Szerves Kémiai Intézet „Lendület” Szupramolekuláris Kémiai Laboratórium. Bevezetés. A röntgendiffrakciós mérések célja, hogy a vizsgált anyagról atomi felbontású képet alkossunk.

kita
Download Presentation

Röntgendiffrakció 1. Barangolás térben és időben

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript


  1. Röntgendiffrakció 1. Barangolás térben és időben Deák Andrea MTA Természettudományi Kutatóközpont Szerves Kémiai Intézet „Lendület” Szupramolekuláris Kémiai Laboratórium

  2. Bevezetés A röntgendiffrakciós mérések célja, hogy a vizsgált anyagról atomi felbontású képet alkossunk szórási kép optikai mikroszkóp egykristály röntgendiffrakció

  3. Akismolekulás krisztallográfiaú.n.4C módszer: vagyis haegy anyagból megfelelő minőségű és méretű kristályt tudunk növeszteni(~ 0.1 mm élhossz), akkor: • az anyag kémiai összetételét (composition), • az atomok kapcsolódási rendjét (constitution), • az atomok egymáshoz képest elfoglalt relatív helyzetét (conformation) és •tükörképi viszonyait (configuration) is meg tudjuk határozni.

  4. Kismolekulás krisztallográfia • lehetővé teszi a molekulákat alkotó egyes atomok elkülönült elektronfelhőiről alkossunk képet

  5. Katódsugárcső Lénárd Fülöp (1862-1947) termoemisszió Katódsugár = nagy sebességű elektronnyaláb Előzmények 1905. fizikai Nobel-díj

  6. William Crookes (1832-1919) Crookes-cső katódsugárzást bocsájt ki

  7. Lénárd-cső - eltéríti a katódsugarakat, és bebizonyítja, hogy negatív töltésűek - kivezeti a katódsugarakat a levegőre J.J. Thomson: az elektron felfedezése Röntgen: a röntgensugarak felfedezése Lénárd és Röntgen között megosztva: Baumgartner-díj (Bécsi Akadémia) Rumford érem (Royal Society) Nobel-bizottság egyhangú Lénárd-Röntgen jelölése! Lénárd-cső katódsugaraknak a levegőbe való kivezetésére Beszerzés ideje: XX. sz. eleje Pannonhalmi Főapátság, Főapátsági Gyűjtemények

  8. Röntgensugárzás 1895. november 8. • fiókban lévő fotolemezen megjelent egy kulcs képe • Ba-Pt-cianiddal átitatott fluoreszkáló ernyő • vaslemezt tartó kezének a csontjai is meglátszódtak a képen X-sugárzás = röntgensugárzás 1895. december 28.würzburgi Fizikai- Orvosi Folyóirat „Egy újfajta sugárzásról: Előzetes közlemény” + 2 közlemény 1896. Eltört kar csontjainak az összeillesztése (Anglia) Wilhelm Konrad Röntgen (1845-1923) 1901. elsőként kapja meg a fizikai Nobel-díjat

  9. Röntgen által készített (röntgen)felvétel

  10. Mi történik a rendkívül rövid hullámhosszú fénnyel a kristályban? • a röntgensugarak a kristályokon áthaladva valószínűleg diffrakciót szenvednek, mivel a hullámhosszuk összemérhető a rácssíkok közti távolsággal A krisztallográfiában elért eredményeiért 1914-benfizikai Nobel-díjat kap. Max Theodor Felix von Laue (1879-1960)

  11. d d λ d>>λ Hullámfront modell

  12. • 1912 Walter FriedrichésPaul Knipping Első röntgendiffrakciós kísérlet CuSO4 és ZnS egykristályokon • 1916 DebyeésScherrer Első pordiffraktogram A röntgensugarak elektromágneses hullámok és a kristályok molekuláris szerkezete periodikus ismétlődést mutat.

  13. Kristály fogalmának a változása a történelem folyamán •a víztiszta kvarcot, a hegyikristályt az antik görögök a jéggel hozták rokonságba. Azt hitték, hogy örökre megfagyasztott jég (görög krüsztallosz = jég) •Niels Stensen (Nicolas Steno) (1669) kvarckristályokon felismeri a lapszögek állandóságának nevezett törvényt, azaz mindegyik kristály ugyanazon két lapja közötti szög állandó, függetlenül a kristály méretétől vagy alakjától •René Just Haüy (1784) arra következtet, hogy a kristályok sem szemmel sem nagyítóval nem látható, ám a kémiai tulajdonságokat még megörző paralelipipedonok sokaságából épülnek fel

  14. Kristályrács Elemi cella: a kristályrács legkisebb része, amelyet a tér három irányába eltolva megkapjuk az egész rácsot Elemi cella paraméterei: • élhossz: a, b és c • szögek: α, β és γ Angström (Å) = 10–10 m

  15. Síkok és irányok jelölése a kristályban. Miller indexek (hkl) hkl Miller-indexű kristálylap tengelyt metszi a/2 b/1 c/3  akkor a hkl = 213 tengelyt metszi a/1 2b 2c/3  akkor a hkl = 1 1/2 3/2  213, de a tengelyt metszi 3a/2 3bc/1  akkor a hkl = 2/3 1/3 1  213 A hkl Miller-index egész pozitív, vagy negatív szám vagy 0. William H. Miller (1801-1880)

  16. 1913! Sir Lawrence BraggésSir Henry Bragg (1890-1971) (1862-1942) 1915. fizikai Nobel-díjat kapnak a röntgendiffrakció terén elért eredményeikért.

  17. Hullám hkl |F|-amplitúdó hkl–origóra vonatkoztatott relatív fázis

  18. Hullámok interferenciája

  19. Szórt nyaláb-Bragg-reflexió hkl Beeső sugárzás   hkl   dhkl s1 s2 hkl dhklsin dhklsin A kristályrácson történő röntgensugár szóródás Bragg-féle értelmezése Δs = s1 + s2 = nλ 2dhklsinθ = nλ dhkl- rácsállandó - Bragg-féle szög •Bragg értelmezésében a kristály párhuzamos, atomokkal terhelt síkokból álló rendszer, melyben a síkok egymástól való távolsága (dhkl) állandó • egydhklrácsállandójúsíkseregről a szórt nyalábok csak akkor hoznak létre észlelhető interferencia maximumokat ha az útkülönbségük a röntgensugár hullámhosszának valamilyen egész számú többszöröse (n) beeső nyaláb a síksereget olyan  szög alatt éri, melyre érvényes, hogy az egymást követő síkokról szórt nyalábok által befutott utak közötti különbség (Δs = 2dsin) a hullámhossz valamilyen egész számú többszöröse (n)

  20. Röntgensugarak szóródásának a mechanizmusa A beeső röntgensugárzás a kristályt felépítő atomok elektronfelhőjével lép kölcsönhatásba és azt a beeső sugárzás frekvenciájával megegyező frekvenciájú rezgésre készteti (koherens szórás). A rezgő töltés sugárzást kelt és ezt szórt sugárzásként észleljük (detektáljuk).

  21. Kristályok • olyan szilárd halmazállapotú anyagok, melyekben az atomok, molekulák vagy ionok szabályos rendben, a tér minden irányába ismétlődő minta szerint helyezkednek el Hegyikristály (víztiszta kvarc) Kvarc

  22. Amarra mint jegec, Emerre mint rügy Madách- Az ember tragédiája

  23. NaCl Konyhasó A KRISTÁLY •térrács szerkezettel rendelkezőszilárd anyag, mely egyes sajátságait tekintve anizotrop, homogén diszkontinuum • a kristályos anyag alapvetőjellegzetessége a belsőszerkezeti rendezettség, ami tükröződhet a kristályok makroszkopikusan megfigyelhetőalakján is = a kristályrácsban szabályos ismétlődéseket (szimmetriát) találunk

  24. Szimmetria •a szó görög eredetű, jelentése „azonos mérték”, a részek ismétlődésére, egymásra való megfelelésére vonatkozik Hargittai Magdolna, Hargittai István-Képes szimmetria • a szimmetriával lépten nyomon találkozunk a természetben, emberi-alkotásokban és a különböző tudományokban is • a szimmetria egységesítő elv lehet a különböző tudományok, a tudományok és a művészet és tágabb értelemben az emberi tevékenység különböző megnyilvánulásai és a természet között Alapmotívum megismétlése valamilyen szabály (szimmetria) szerint.

  25. tükörszimmetria

  26. forgási szimmetria ismétléses szimmetria tükörszimmetria

  27. Szimmetria • belépő a kristályok világába

  28. Szimmetria • belépő a kristályok világába • a szimmetria a kristálytanban a kristályokat fölépítő atomi és molekuláris szerveződések csoportosítására (leírására) használható

  29. 10 alapszimmetria művelet A kristályt határoló lapokon felismerhető szimmetriák: • identitás (1) Herman-Maguin jelölés • 2-, 3-, 4-, és 6-fogású tengelyek körüli forgatás szimmetriatengelyek (2, 3, 4 és 6) • inverzió (1) • síkon való tükrözés (2) • inverziós 3-, 4-, és 6-fogású tengelyek (3, 4 és 6) forgatásos(rotációs)-inverzió

  30. Szimmetriaműveletek •Szimmetriatengely: n-fogású tengely körüli forgatás 2-fogású (2) forgatás 3-fogású (3) 4-fogású (4) 6-fogású (6)

  31. Hermann Mauguin Schoenflies sztereografikus projekció

  32. Forgási szimmetria

  33. •szimmetriacentrum vagy inverziós pont (1 = i ) 1 Maurits Cornelis Escher (1898—1972)

  34. 4 + sík felett, sík alatt •inverziós n-fogású tengely tengely körüli forgatás + inverzió inverziós pont Hermann Mauguin Schoenflies inverzióstükörsík pont

  35. Tükörsík (szimmetriasík) • Síkon való tükrözés (2 = m) M. C. Escher

  36. A könyveik nagyon hasonlítanak a mi könyveinkhez, csak a szavak fordítva vannak bennük. Ezt onnan tudom, hogy egyszer fölmutattam egy könyvet a tükör előtt, és ők is föltartottak egyet odaát. Lewis Carroll-Alice Tükörországban (A tükörház) Jabberwock

  37. Louis Pasteur (1822-1895) tükörszimmetria • kiralitás Szeretnél a Tükörházban élni, Cili? Vajon adnának-e ott neked tejecskét? Lehet, hogy azt a tejet meg sem lehet inni... Lewis Carroll-Alice Tükörországban (A tükörház)

  38. Balkezes és jobbkezes molekulák •Talidomid (Contergan): „jobbkezes” enantiomer gyógyszer, a „balkezes”teratogén •Penicillamin: „jobbkezes” enantiomer hatásos gyógyszer ízületi problémákra, míg a „balkezes” párja rendkívül mérgező •Naproxén: „jobbkezes” gyulladásgátló gyógyszer, míg a „balkezes” mérgezi a májat •Propoxifén: „jobbkezes” enantiomer DARVON néven kerül forgalomba fájdalomcsillapítóként; tükörképe a „balkezes” enantiomer NOVRAD köhögéscsillapító gyógyszer •Aszpartám: „jobbkezes” enantiomer keserű, „balkezes” enantiomerje édes •Limonén: „jobbkezes” citrom, „balkezes” párja narancs illatú •Karvon: „jobbkezes” köménymagra emlékeztető, „balkezes” párja fodormenta illatú

  39. St. Etienne du Mont-templom, Párizs

  40. Tükörsík (szimmetriasík)

  41. Michelangelo-Dávid

  42. 7 kristályrendszer abc α      90° Triklin (háromhajlású) rácsszimmetria: 1 abc α =  = 90°  Monoklin (egyhajlású) rácsszimmetria: 2/m abc α =  =  = 90° Rombos rácsszimmetria: mmm albit vivianit topáz Osztályozás:Weiss (1817) ésMohs (1822)

  43. a=bc α =  =  = 90° Tetragonális (négyzetes) rácsszimmetria: 4/mmm a=b=c α =  =   90 ° Trigonális (romboéderes) rácsszimmetria: 3m a=bc α =  = 90 °  = 120° Hexagonális rácsszimmetria: 6/mmm cirkon rodokrozit berill

  44. a = b = c • =  =  = 90° Köbös (szabályos) rácsszimmetria: m 3m Gyémánt hegyikristály ametiszt citrin füstkvarc rózsakvarc

  45. BRAVAIS rácsok: 7 kristályrendszer + négyféle centrálás (transzláció) • MONOKLIN • TRIKLIN A, B, C-lappáron centrált P-primitív • ORTOROMBOS F-lapcentrált • TETRAGONÁLIS I-tércentrált • TRIGONÁLIS • HEXAGONÁLIS • KÖBÖS

  46. 10 alap szimmetria művelet • identitás (1) • 2-, 3-, 4-, és 6-fogású tengelyek körüli forgatás (2, 3, 4 és 6) • inverzió (1) • síkon való tükrözés (2) • inverziós 3-, 4-, és 6-fogású tengelyek (3, 4 és 6) Az elemi celláknak hiánytalanul ki kell tölteni a teret. Hogyan valósulhat ez meg? 10 szimmetria művelet kombinálásával,a műveletekből összesen 32 független pontcsoport azaz 32 KRISTÁLYOSZTÁLY generálható Johann Friedrich Christian HESSEL (1830)

  47. 32 KRISTÁLYOSZTÁLY (pontcsoport) • triklin: 1, 1 • monoklin: 2, 2 = m, 2/m • ortorombos: 222, mm2, 2/m2/m2/m = mmm • tetragonális: 4, 4, 4/m, 42m, 422, 4mm, 4/mmm • trigonális: 3, 3m, 32, 3, 3m • hexagonális: 6, 6, 6/m, 6m2, 622, 6mm, 6/mmm • köbös: 23, m3, 432, 43m, m3m Pl: 2/m 2-fogású tengelyre merőleges tükörsík

More Related