实验十-晶体结构分析虚拟仿真实验实验讲义

《晶体结构分析虚拟仿真实验》一、实验原理1.晶体结构分析技术原理结构化学是在原子、分子的水平上研究微观物质运动规律、微观物质结构以及其与化学性质之间关系的科学，是化学学科的理论基础。宏观世界和微观世界的尺度鸿沟使得人类的肉眼无法直接观察到这些微观结构，但化学研究者又必须基于微观结构解释物质的宏观性质，因此借助X射线衍射等仪器对物质的微观结构进行表征是认识宏观世界的重要手段。1912年，Lue设计将一束X射线穿过硫酸铜晶体，成功的观察到了X射线衍射图像。该实验解决了两个争论持久的问题：首先证明X射线是波长很短的波，其次证明晶体是原子有规则排列而成的固体。该实验揭开了通过X射线衍射测量晶体结构的序幕，令Laue在1914年得到了诺贝尔物理学奖。随后Bragg父子在Laue的基础上给出了晶体结构与衍射方向之间的定量关系，奠定了X射线晶体结构分析的基础，这就是著名的Bragg方程：2dSin0=nλ公式(1)式中d是晶体中的晶面间距，是入射X射线与晶面的夹角，入是X射线的波长。上述公式表明当n为正整数时若等号成立，即可观察到有波峰和波峰（或波谷与波谷)叠加而成的衍射光。亦即改变入射光和晶体的夹角，当观察到衍射光时即可根据该夹角和入射光的波长计算出晶面间距，即等于获得了晶胞的大小和形状。通过衍射光的方向（衍射角）可测得晶胞大小和形状，而衍射强度则决定了各原子在晶胞中的位置：-2ew公式(2)式中I。是衍射强度：I。为电子散射因子，为一常数：￡是元素散射因子，由元素类型决定：H,K,L为衍射指标，由衍射角决定：X,y,z即原子分数坐标，决定