ЛЕКЦИЯ 14

Методы исследования структуры и химического состава минералов. Дифракция рентгеновских лучей. Виды дифракционных исследований. Порошковый метод рентгенографии. Монокристалльный метод рентгенографии. Дифракция нейтронов. Дифракция электронов и электронный микроскоп. Электронно-зонжовый микроанализ. Рентгеновский флуоресцентный микроанализ.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ МИНЕРАЛОВ

Для идентификации минералов часто бывает необходимо установить их структуру, т.е. пространственное расположение атомов в элементарной ячейке. Главные из этих методов основаны на дифракции рентгеновских лучей и других видов излучений, которая вызывается плоскостями атомов, входящих в структуру минерала. Детально определить строение кристаллической структуры минерала по полученной дифракционной картине достаточно трудно, но эту картину можно использовать для целей идентификации. Важное место в определении структуры является установление ее симметрии, для чего используется дифракционная картина, а не морфология кристалла. Методы дифракции рентгеновских лучей используются довольно широко, поэтому мы рассмотрим их более детально, а затем рассмотрим дифракцию нейтронов и электронов.

В 1912 г. Фридрих, Книппинг и фон Лауэ установили, что, проходя через кристалл, рентгеновские лучи рассеиваются, и с этого момента начался мощный прогресс в науке XX в. Почти сразу же У. Л. Брэгг показал, что рассеянные лучи можно рассматривать как результат отражения от плоскостей атомов, входящих в кристаллическую структуру. Он также продемонстрировал, каким образом по дифракционной картине можно определить пространственное расположение атомов на этих плоскостях и, следовательно, в кристаллической структуре. За последние 90 лет были детально изучены структуры почти всех минералов, а также большого числа неорганических, органических и биологически важных соединений. За эти исследования, выполненные на уровне открытий, в 1914 г. Лауэ была присуждена Нобелевская премия по физике, а У. Л. Брэгг и его отец У. Г. Брэгг получили такую же награду в 1915 г. Не менее 14 Нобелевских премий было присуждено за открытия, сделанные с использованием рентгеновского структурного анализа кристаллов и тесно связанных с ним методов, что свидетельствует большом значении их для современной науки.

ДИФРАКЦИЯ РЕНТГЕНОВСКИХ ЛУЧЕЙ

По дифракции рентгеновских лучей было установлено, что минералы имеют определенную структуру с заданным набором атомов соответствующих размеров и заряда, занимающих в ней определенные позиции (узлы).

Рентгеновские лучи представляют собой электромагнитное излучение с длинами волн от 0,002 до 10 нм (для дифракционных исследований обычно используют длины волн от 0,07 до 0,23 нм). Рентгеновское излучение с более ко-

88