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

ISBN-13: 9783322989949 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 172 str.

Harald Krischner

Opis

Rontgenstrahlen sind elektromagnetische Wellen, deren Wellenliinge kiirzer ist als die des sichtbaren Lichtes und in der Gro enordnung atomarer Absmnde in Kristallen liegt (ca. 100 pm). Sie bilden die Grundlage fUr eine Reihe verschiedener Untersuchungsver fahren, die man in vier gro e Gruppen einteilen kann: 1. Rontgendurchleuchtungstechnik und Grobstrukturanalyse 2. Rontgenbeugungsverfahren bzw. Feinstrukturanalyse 3. Rontgen-Emissionsanalyse (Fluoreszenzanalyse) 4. Sonderverfahren Das vorliegende Buch beschaftigt sich vorwiegend mit der zweiten Gruppe von Unter suchungsverfahren, mit Beugungsphiinomenen. Rontgenstrahlen werden namlich an den periodisch angeordneten atomaren Bausteinen kristallinen Materials gebeugt, wobei charak teristische Beugungsbilder entstehen konnen. Es ist hierbei keineswegs notwendig, d immer gut ausgebildete Einkristalle vor liegen. Sehr viele Untersuchungsverfahren werden an feinen Kristallpulvern durchgefiihrt, die man von den meisten Materialien leicht erhiilt. Da die Beugungsbilder fUr jede Substanz charakteristisch sind, konnen sie iihnlich wie Fingerabdrticke, zur IdentiflZierung mikro kristalliner Materialien herangezogen werden. Die Analyse von Pulveraufnahmen ermoglicht ferner die Bestimmung des Kristallsystems sowie der Gitterkonstanten. In giinstigen Fallen kann man allein aus Pulveraufnahmen Angaben tiber die Anordnung der Atome im Kristall machen, also eine Kristallstrukturanalyse durchfiihren. Dartiber hinaus erhiilt man aus Pulveraufnahmen Aussagen tiber den Kristallisations grad, liber Gitterfehler sowie tiber Primiirteilchengro en. Auch quantitative Phasenanalysen und Texturbestimmungen sind moglich. Dieser vieWiltige Anwendungsbereich von Rontgen pulveraufnahmen hat dazu gefiihrt, d sich heute nicht nur Kristallographen und Mineralo gen mit diesem Gebiet beschiiftigen, sondern vor allem Chemiker, Metallurgen und ganz allgemein Naturwissenschaftler bedienen sich dieser Verfahren.

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 eines 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.- 2.8. Pulveraufnahmen bei hoher und tiefer Temperatur.- 3. Auswertung von Pulveraufnahmen (Geometrie der Beugung).- 3.1. Identifizierung unbekannter Substanzen mit Hilfe der ASTM-Kartei (JCPDS-Index).- 3.1.1. Index to the powder diffraction file, ASTM-Index.- 3.1.1.1. Identifizierung einer Substanz mit Hilfe des ASTM-Index.- 3.1.2. Fink-Index.- 3.1.3. KWIC-Index (Key Wort in Context).- 3.1.4. Computermethoden.- 3.2. Identifizierung von Pulvergemischen.- 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. Transfonnation 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 Röntgenpulveraufnahmen.- 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.- 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. Sayre-Methode.- 6.9. Isomorpher Ersatz.- 6.10. Anormale Dispersion.- 6.11. Strukturverfeinerung.- 6.12. Interatomare Abstände und Winkel.- 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 $$ \frac{{1 + {{\cos }^}2\vartheta }}{{{{\sin }^}\vartheta \cdot \cos \vartheta }} $$.- 8.2.3. Die Funktion $$ \frac{{1 + {{\cos }^}2\vartheta }}{{{{\sin }^}\vartheta }} $$.- 8.2.4. Die Funktion $$ \frac\left[ {\left( {\frac{{{{\cos }^}\vartheta }}{{\sin \vartheta }}} \right) + \left( {\frac{{{{\cos }^}\vartheta }}{\vartheta }} \right)} \right] $$.- 8.2.5. Einheitskreis zur Berechnung von cos 2? hx und sin 2? hx.- 8.2.6. Atom- und Ionenradien.- Literatur.- Sachwortverzeichnis.