Einführung in Die Röntgenfeinstrukturanalyse: Lehrbuch Für Physiker, Chemiker, Physikochemiker, Metallurgen, Kristallographen Und Mineralogen Im 2. St

ISBN-13: 9783322989734 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 196 str.

Harald Krischner

Opis

Auf dem Gebiet der Rontgenfeinstrukturanalyse sind seit dem ersten Erscheinen dieses Buches wesentliche Fortschritte erzielt worden. Ich bin daher gerne der Aufforde rung von verschiedener Seite nachgekommen, das Buch zu erganzen und modernen Ent wicklungen Rechnung zu tragen. Neben einer Reihe kleinerer Verbesserungen und Erganzungen wurden einige Abschnitte vollig neu gestaltet. Die Einfuhrung mikroprozessorgesteuerter Pulverdiffrakto meter, deren Aufbau und Wirkungsweise beschrieben wird, hat die Messtechnik bei Pulver untersuchungen stark verandert. Die direkte Datenerfassung und Datenauswertung an integrierten Rechenanlagen stellt hohe Anspruche an die Auswerteverfahren. Diese mussten daher eingehender, vor allem in Hinblick auf Automatisierungsmoglichkeiten, besprochen werden. Ein eigenes Kapitel beschaftigt sich mit den Direkten Methoden der Phasenbestim mung. Die Fortschritte auf diesem Gebiet haben eine universelle Anwendung der Beugungs methoden fur Kristallstrukturbestimmungen erst moglich gemacht und wesentlich dazu beigetragen, dass Kristallstrukturanalysen in fast allen Bereichen der Naturwissenschaften eine zunehmende Bedeutung erlangt haben. Da die Grundlagen Direkter Methoden bisher in der deutschsprachigen Literatur eher stiefmutterlich behandelt wurden, halte ich es fur durchaus gerechtfertigt, sie hier einem breiteren Kreis zuganglich zu machen. Um das Buch auch fur diejenigen Leser attraktiv zu gestalten, die vor allem an den Ergebnissen von Kristallstrukturanalysen interessiert sind, wurden verschiedene Abschnitte erweitert und der Interpretation von Ergebnissen, etwa in Hinblick auf Temperaturfaktoren oder den R-Wert, etwas ausfuhrlicher gestaltet. Ausserdem wurde eine ubersicht uber die gebrauchlichsten kristallographischen Programmsysteme gegeben und auf die kristallo graphischen Datenbanken hingewie

Spis treści

1. Entstehung und Eigenschaften von Röntgenstrahlen.- 1.1. Definition.- 1.2. Das kontinuierliche Röntgenspektrum.- 1.3. Das charakteristische Röntgenspektrum.- 1.4. Erzeugung von Röntgenstrahlen.- 1.5. Strahlenschutz.- 1.6. Nachweis von Röntgenstrahlen.- 1.6.1. Röntgenfilme.- 1.6.2. Zählrohre.- 1.6.3. Festkörperdetektoren.- 1.7. Absorption von Röntgenstrahlen.- 1.7.1. Absorptionskoeffizient.- 1.7.1.1. Berechnung des Massenschwächungskoeffizienten für Ba(N3)2 für verschiedene Röntgenwellenlängen.- 1.7.1.2. Berechnung der Eindringtiefe von Röntgenstrahlen.- 1.7.2. Absorptionskanten.- 1.7.3. Absorptionsanalyse.- 1.8. Anregung der Eigenstrahlung.- 1.8.1. Elektronenstrahl-Mikrosonde.- 1.8.2. Anregung der Eigenstrahlung von Elementen durch Röntgenstrahlen, Emissionsanalyse (Röntgenfluoreszenzanalyse, RFA)..- 1.9. Brechung von Röntgenstrahlen.- 1.10. Streuung von Röntgenstrahlen.- 1.11. Beugung von Röntgenstrahlen.- 1.11.1. Die Lauegleichungen.- 1.11.2. Die Braggsche Reflexionsbedingung.- 1.11.3. Durchführung von Beugungsuntersuchungen.- 2. Pulveraufnahmeverfahren.- 2.1. Debye-Scherrer-Verfahren.- 2.1.1. Präparation.- 2.1.1.1. Stäbchenförmige Präparate.- 2.1.1.2. Einfüllen in Kapillaren.- 2.1.1.3. Präparation an Glasfäden.- 2.1.2. Kamera und Blendensystem.- 2.1.3. Vorbereitung und Einlegen des Filmes.- 2.1.4. Anbringen der Kamera an der Röntgenröhre und Wahl der geeigneten Röntgenstrahlen.- 2.1.5. Monochromatisierung der Röntgenstrahlung.- 2.1.6. Anfertigung einer Debye-Scherrer-Aufnahme des Cu-Drahtes...- 2.2. Aufnahmeverfahren nach Straumanis.- 2.2.1. Anfertigen einer Pulveraufnahme nach Straumanis.- 2.3. Ausmessen von Debye-Scherrer-Filmen und Straumanisfilmen und Berechnung der Netzebenenabstände.- 2.4. Seemann-Bohlin-Verfahren.- 2.5. Planfilm- und Kegelverfahren.- 2.6. Guinierverfahren.- 2.7. Zählrohrdiffraktometerverfahren.- 2.7.1. Präparation.- 2.7.2. Durchführung von Diffraktometeraufnahmen.- 2.7.3. Pulverdiffraktometer mit Monochromator und automatischem Divergenzspalt.- 2.7.4. Mikroprozessorgesteuerte Pulverdiffraktionsanlagen.- 2.7.5. Transmissionsdiffraktometer.- 2.7.6. Transmissionsdiffraktometer mit ortsempfindlichem Zähler.- 2.8. Pulveraufnahmen bei hoher und tiefer Temperatur.- 3. Auswertung von Pulveraufnahmen (Geometrie der Beugung).- 3.1. Identifizierung unbekannter Substanzen mit Hilfe des PDF.- 3.1.1. Index to the powder diffraction file, Hanawalt-Index.- 3.1.2. Fink-Index.- 3.1.3. KWIC-Index (Key Word in Context).- 3.1.4. Computermethoden.- 3.1.5. Identifizierung von Pulvergemischen.- 3.2. Kristallographische Datenbanken.- 3.3. Indizierung von Pulveraufnahmen.- 3.3.1. Achsensysteme und Bravaisgitter.- 3.3.2. Punktkoordinaten, Richtungsindizes und Flächenindizes.- 3.3.3. Netzebenenabstand dhkl.- 3.3.4. Indizierung kubischer Kristalle.- 3.3.4.1. Indizierung bei bekannter Gitterkonstante.- 3.3.4.2. Indizierung bei unbekannter Gitterkonstante.- 3.3.5. Graphische Indizierung kubischer und tetragonaler Kristalle.- 3.3.5.1. Graphische Indizierung von Rutil.- 3.3.5.2. Rechnerische Indizierung tetragonaler Kristalle.- 3.3.6. Graphische Indizierung hexagonaler Kristalle.- 3.3.6.1. Transformation einer hexagonalen Elementarzelle in eine orthohexagonale.- 3.3.6.2. Transformation einer hexagonalen Elementarzelle in eine rhomboedrische.- 3.3.7. Indizierungsverfahren mit Hilfe des reziproken Gitters.- 3.3.7.1. Das reziproke Gitter (RG).- 3.3.7.2. Graphische Konstruktion des RG.- 3.3.7.3. Vektordiskussion des RG.- 3.3.7.4. Indizierung von Röntgenpulveraufnahmen unter Zuhilfenahme des RG (Methode nach Ito).- 3.3.7.5. Indizierung von Bariumazid nach der Ito-Methode.- 3.3.8. Computermethoden zur Indizierung von Röntgenpulver-aufnahmen.- 3.3.9. Reduzierte Zelle.- 3.4. Präzisionsbestimmung von Gitterkonstanten.- 3.5. Quantitative Mengenanalyse.- 3.5.1. Quantitative Bestimmung von ZnO in ?-Al2O3.- 3.6. Teilchengrößenbestimmung.- 3.6.1. Röntgenkleinwinkelstreuung.- 4. Die Intensität gebeugter Röntgenstrahlen.- 4.1. Der atomare Streufaktor (Atomformfaktor).- 4.2. Temperaturfaktor.- 4.3. Strukturamplitude und Strukturfaktor.- 4.4. Flächenhäufigkeitsfaktor.- 4.5. Polarisationsfaktor.- 4.6. Lorentzfaktor und kombinierter LP-Faktor.- 4.7. Absorptionsfaktor.- 4.8. Extinktion.- 4.9. Ausdrücke für die relativen Intensitäten.- 5. Einkristallverfahren.- 5.1. Lauemethode.- 5.2. Drehkristallverfahren.- 5.3. Die Ewaldsche Konstruktion.- 5.4. Gitterkonstantenbestimmung aus Drehkristallaufnahmen.- 5.5. Aufnahmeverfahren mit bewegtem Film.- 5.5.1. Weissenbergverfahren.- 5.5.2. Weitere Einkristallkameras.- 5.5.3. Einkristalldiffraktometer.- 5.5.3.1. Auswahl der Kristalle.- 5.5.3.2. Orientierungsmatrix und Gitterkonstanten.- 5.5.3.3. Messen der Intensitäten.- 6. Kristallstrukturanalyse.- 6.1. Anzahl der Formeleinheiten in der Elementarzelle.- 6.1.1. Berechnung der Anzahl der Formeleinheiten in Ba(N3)2.- 6.2. Punktgruppen und Raumgruppen.- 6.3. Raumgruppenbestimmung.- 6.4. Das Phasenproblem.- 6.5. Iterative Methoden der Kristallstrukturanalyse.- 6.5.1. Kristallstrukturanalyse von NaCl.- 6.6. Bestimmung der Elektronendichteverteilung mittels Fourierreihen.- 6.7. Pattersonsynthese.- 6.8. Direkte Methoden der Phasenbestimmung.- 6.8.1. Normalisierte Strukturfaktoren EH.- 6.8.2. Die Verteilung der EH-Werte.- 6.8.3. Strukturinvariante.- 6.8.4. Strukturseminvariante.- 6.8.5. Das Nachbarschaftsprinzip.- 6.8.6. Identitäten.- 6.8.7. Repräsentationen.- 6.8.8. Wahl des Koordinatenursprungs und Phasenbestimmung mittels der Sayre-Gleichung.- 6.8.9. Symbolische Addition.- 6.8.10. MultiSolution, Permutationsmethode.- 6.8.11. Durchführung Direkter Methoden.- 6.9. Isomorpher Ersatz.- 6.10. Anormale Dispersion.- 6.11. Strukturverfeinerung.- 6.11.1. Die Methode der kleinsten Fehlerquadrate (Least Squares).- 6.11.2. Differenzfouriersynthesen.- 6.11.3. Der Übereinstimmungsfaktor R.- 6.12. Interatomare Abstände und Winkel.- 6.13. Grenzen der Methode und Möglichkeiten.- 6.14. Kristallographische Programmsysteme.- 7. Anwendungsbeispiele für Röntgenuntersuchungen in der Chemie.- 7.1. Bestimmung kinetischer Daten.- 7.1.1. Die kinetische Verfolgung des Silberoxidzerfalles.- 7.2. Aufstellen eines Zustandsdiagramms.- 7.3. Aufstellen des Zustandsdiagramms für ein System Salz-Wasser.- 7.4. Festlegen optimaler Bildungsbedingungen.- 8. Anhang.- 8.1. Vektorrechnung.- 8.2. Tabellen und Tafeln.- 8.2.1. Die quadratische Form für kubische, tetragonale und hexagonale Systeme.- 8.2.2. Die Funktion % MathType!MTEF!2!1!+- % feaagCart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcbaaeaaaaaaaaa8 % qadaWcaaWdaeaapeGaaGymaiabgUcaRiGacogacaGGVbGaai4Ca8aa % daahaaWcbeqaa8qacaaIYaaaaOGaaGOmaiabeg9akbWdaeaapeGaci % 4CaiaacMgacaGGUbWdamaaCaaaleqabaWdbiaaikdaaaGccqaHrpGs % caGG3cGaci4yaiaac+gacaGGZbGaeqy0dOeaaaaa!4990!$$ \frac{{1 + {{\cos }^2}2\vartheta }}{{{{\sin }^2}\vartheta \cdot\cos \vartheta }}$$.- 8.2.3. Die Funktion % MathType!MTEF!2!1!+- % feaagCart1ev2aaatCvAUfeBSjuyZL2yd9gzLbvyNv2CaerbuLwBLn % hiov2DGi1BTfMBaeXatLxBI9gBaerbd9wDYLwzYbItLDharqqtubsr % 4rNCHbGeaGqiVu0Je9sqqrpepC0xbbL8F4rqqrFfpeea0xe9Lq-Jc9 % vqaqpepm0xbba9pwe9Q8fs0-yqaqpepae9pg0FirpepeKkFr0xfr-x % fr-xb9adbaqaaeGaciGaaiaabeqaamaabaabaaGcqaaaaaaaaaWdbe % aadaWcaaWdaeaapeGaaGymaiabgUcaRiGacogacaGGVbGaai4Ca8aa % daahaaWcbeqaa8qacaaIYaaaaOGaaGOmaiabeg9akbWdaeaapeGaci % 4CaiaacMgacaGGUbWdamaaCaaaleqabaWdbiaaikdaaaGccqaHrpGs % aaaaaa!43DA!$$ \frac{{1 + {{\cos }^2}2\vartheta }}{{{{\sin }^2}\vartheta }}$$.- 8.2.4. 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