1. - erciyes university
TRANSCRIPT
Bragg kırınım denklemini yazınız, parametrelerini açıklayınız!
1.
2.
Amaç
• Kristal içindeki düzlem kavramının öğrenilmesi
• Düzlemlerin Miller İndisleri ile tanımlanması ve
aralarındaki d uzaklığının hesaplanması
• Düzlemler için Miller İndislerinin hesaplanması
• Ortogonal kristaller için d uzaklığı denklemi
• Kristal içinde difraksiyon olayının anlaşılması
• Bragg yasasının çıkartılması ve kullanılması
d uzaklığı formülü
orthogonal kristal sistemleri için : (===90) 2
2
2
2
2
2
2 c
l
b
k
a
h
d
1
kübik kristaller için (ortogonalin
özel hali) a=b=c2
222
2 a
lkh
d
1
(1 0 0) d = a
(2 0 0) d = a/2
(1 1 0) d = a/2
Bir teragonal kristalin kenar uzunlukları a=4.7 Å, c=3.4
Å. dir. Aşağıdaki düzlemler arasındaki uzaklıkları
hesaplayınız.
(1 0 0)
(0 0 1)
(1 1 1)
Bir kübik kristalin kenarı a=5.2 Å (=0.52nm) uzunluğundadır.
(1 1 0) düzlemleri arasındaki uzaklığı hesaplayınız.
O2
22
222
2
A7.32
2.5d
2.5
11
a
lkh
d
1
4.7 Å
3.4 Å
2.4 Å
]ba[c
l
a
kh
d
12
2
2
22
2
Difraksiyon – bir optik örgü
XY
1
2
a
Coherent incident light Diffracted light
Difraksiyona uğramış 1 v 2
demetleri arasındaki yol farkı
XY ise
sin = XY/a
XY = a sin
yazılabilir
1 ve 2 aynı fazda iseler dalgalar üstüste binerek ışık şiddetini arttırır. Dalgaların aynı
fazda olması için XY yol farkı kullanılan ışığın dalga boyunun tam katları kadar
olmalıdır. XY = , 2, 3, 4…..n
Dolayısıyla,
a sin = n
yazılabilir. Burada n, difraksiyonun mertebesidir.
X-ray Diffraction
Koherent gelen ışık Difraksiyona uğramış ışık
Sonuç olarak ’nın difraksiyon yapan maksimum değeri,
sin = 1 a =
Gerçekçi olarak ise , sin <1 a >
Dolayısıyla a aralığı ışığın dalgaboyu mertebesinde fakat
dalgaboyundan daha büyük olmalıdır.
Bu nedenle kristalde difraksiyon olabilmesi için :
Atomlararası uzaklık 0.1 - 2 Å ile
= 0.1 - 2 Å olmalıdır. Bu özelliklere
X-ışınları, elektronlar ve nötronlar sahip olduklarından
kristallerde difraksiyona neden olabilirler
Kristallerde Difraksiyon
X
Y
Z
d
Incident radiation “Reflected” radiation
Transmitted radiation
1
2
Gelen radyasyon Yansımış radyasyon
Geçen radyasyon
2 demetinin 1 demetinden geri kalma mesafesi
XYZ = 2d sin
dır.
Dolayısıyla 2d sin = n Bragg’s Law
X
Y
Z
d
Incident radiation “Reflected” radiation
Transmitted radiation
1
2
Gelen radyasyon Yansımış radyasyon
Geçen radyasyon
Normal olarak n = 1 seçilir ve 2dhkl sin = olacak
şekilde Miller İndisleri ayarlanır.
2d sin = n
1,54Å dalgaboylu X-ışınları d = 1,2 Å olan düzlemlerden
yansımaktadır. İnterferens yaratan Bragg açısını
hesaplayınız.
= 1.54 x 10-10 m, d = 1.2 x 10-10 m, =?
d2
nsin
nsind2
1
n=1 : = 39.9°
n=2 : X (n/2d)>1
1d
ha
kb
lc2
2
2
2
2
2
2
Bragg’ yasası ve d uzaklığı denklemi
kullanılarak çok çeşitli problemler çözülebilir.
2d sin = n
veya
2dhkl sin =
Bragg yasasının iki şeklinin eşdeğerliliği ile ilgili örnek
Kenar uzunluğu a=5Å olan kübik kristalde =1.54 Å
için ’ yı hesaplayınız. 2d sin = n
(1 0 0) yansıması, d=5 Å
n=1, =8.86o
n=2, =17.93o
n=3, =27.52o
n=4, =38.02o
n=5, =50.35o
n=6, =67.52o
n7 için yansıma yok
(2 0 0) yansıması, d=2.5Å
n=1, =17.93o
n=2, =38.02o
n=3, =67.52o
n4 için yansıma yok
1.54 Å dalgaboylu X-ışınları birim hücresinin kenar
uzunluğu a = 6 Å olan kübik kristalin (100) düzlemlerinden
yansımaktadır. Bragg açısını tüm n yansıma mertebeleri
için hesaplayınız.
Bragg ve d-uzaklığı denkleminin birleştirilmesi
056.06
0112
2
222
2 a
lkh
d
1
18d2 d = 4.24 Å
d = 4.24 Å
d2
nsin 1
n = 1 : = 10.46°
n = 2 : = 21.30°
n = 3 : = 33.01°
n = 4 : = 46.59°
n = 5 : = 65.23°
= (1 1 0)
= (2 2 0)
= (3 3 0)
= (4 4 0)
= (5 5 0)
2dhkl sin =
Özet Bir kristal içinde düzlemler hayal edebiliriz
Düzlemlerin her bir takımı uygun (hkl) Miller
İndisleri ile tanımlanabilir.
We can calculate the separation, d, for each set
of planes (h k l)
Kristaller atomlararası uzaklıklar byutunda olan
radyasyonları difraksiyona uğratır
Bu difraksiyon olayını Bragg yasası ile analiz
edebiliriz
Amaç
• Bazı X-ışını difraksiyon deneyleri hakkında bilgi
edinmek
• Tek kristal ile toz metodu arasındaki farkı
incelemek
• Dalgaboyu seçimi için filtre ve monokromatör
kullanılması
Yöntemler ve Cihazlar
Genel İlke:
X-ışını
KaynağıÖrnek Detektör
Örnek
• tek kristal
• toz
olabilir
Beyaz
X-ışını
kaynağı
Laue Yöntemi
Kolimatör
sabit
tek
kristal
Detektör
fotoğraf filmi
Laue Yöntemi
Her bir nokta farklı bir
kristal düzlemi ile ilgilidir
KULLANIM ALANI:
• Tek kristal sıralanması
• Birim hücre hakkında bilgi
• Kristal içindeki kusurlar ve
bozukluklar hakkında bilgi
4 Çember Yöntemi
Monokromatik
X-ışınlarıHareketli
detektör
Hareketli
tek
kristal
Kristal herhangi bir (hkl)
düzleminden yansıyan
şiddete göre yönlendirilebilir
KULLANIMI: birim hücre tayini
kristal yapı tayini
Gelen
dönme
dönme
sayıcı
dönmedönme
Toz Yöntemi
Toz kelimesi ile polikristal malzeme kastedildiğinden bir
parça metal veya kemik kullanılabilir.
Kristaller gelişi güzel yönlenmiş olduğundan Bragg
koşulunu sağlayacak bazı kristaller daima bulunacaktır
Monokromatik
X-ışınları
Dedektör
• Film
• Sayıcı
Film - Debye Scherrer Kamerası
Kamera yarıçapı = R
360
4
R2
S
Toz
çizgisi
0
2 0 0
4 0 0
6 0 0
8 0 0
1 0 0 0
2 0 3 0 4 0 5 0 6 0 7 0 8 0
2
I/I o
Sayıcı - Difraktometre
Diğer Parçalar!
İki dalgaboyunun aynı anda kullanılması istenmez.
Bunedenle K veya K nın birinden kurtulmak gerekir.
I
E
Genellikle iki yöntem kullanılır:
Filtre
Elementler karakteristik emisyon spektrumuna olduğu
kadar karakteristik absorbsiyon dalgaboylarına
sahiptirler. Örneğin bakır gibi
K absorbsiyon kenarı (1s - ∞)
1,38 Ao
K [yüksek enerji / beyaz radyasyon] absorbsiyonuna,
karşılık alçak K emisyonuna sahip dalgaboyu tercih
edilir. Örneğin Ni’ in absorbsiyon kenarı 1,45 Å dür
Bir genel kural
olarak yayın yapan
atomdan bir iki
daha küçük Z
sayısına sahip
element kullanılır
MonokromatörDüzlemlerinden birinden güçlü bir yansıma
olan,kuartz veya germanyum gibi bir kristal seçilir
daha sonra K1 ile Bragg açısı oluşturacak şekilde
kristal üzerine yönlendirilir.
= 1.540 Å = 2dhklsin
Ge örgü
düzlemleri
Örnek: Bir monokromatör kübünün kenar uzunluğu
a=5.66Å olan Ge’un (111) düzlemleri kullanılarak
yapılmıştır. CuK1 radyasyonun elde etmek için kristalin
yönelme açısını hesaplayınız.
22
222
2 )66.5(
3
a
lkh
d
1
)27.32(
540.1sin
d2sin 11
d=3.27Å
=2d sin
= 13.62°
Özet
Difraksiyon deneyleri kaynak, örnek ve
detektörden ibarettir
Örnekler tek kristal veya toz şeklinde olabilir
Difraksiyon deneyleri kullanılarak birim
hücreyi ve kristalin tüm yapısını tayin
edebiliriz
K ışımasını elimine etmek için filtreler
kullanılabilir veya K1 radyasyonunu kullanan
monokromatörler kullanılabilir