पदार्थों के लिए विवर्तन विधियाँ

विवर्तन विधियाँ एक्स-रे, न्यूट्रॉन या इलेक्ट्रॉनों के परमाणुओं की आवधिक व्यवस्था से बिखरने के तरीके को मापकर पदार्थों की क्रिस्टल संरचना और प्रावस्था संघटन का निर्धारण करती हैं।

Definition

विवर्तन विधियाँ लक्षण वर्णन तकनीकें हैं जिनमें अंतर-परमाणु रिक्ति के तुलनीय तरंग दैर्ध्य का विकिरण एक क्रिस्टलीय पदार्थ से बिखरता है, जिससे हस्तक्षेप पैटर्न उत्पन्न होते हैं जो आवधिक परमाणु संरचना और मौजूद प्रावस्थाओं को एन्कोड करते हैं।

Scope

यह विषय विवर्तन-आधारित लक्षण वर्णन को शामिल करता है: ब्रैग प्रकीर्णन का भौतिकी, प्रावस्था पहचान और संरचना निर्धारण के लिए एकल-क्रिस्टल और पाउडर एक्स-रे विवर्तन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन विवर्तन की पूरक भूमिकाएँ, और जालक मापदंडों, क्रिस्टलाइट आकार और तनाव को निकालने के लिए पैटर्न का विश्लेषण। यह बताता है कि विवर्तन कैसे प्रकट करता है कि कौन सी क्रिस्टलीय प्रावस्थाएँ मौजूद हैं और उनके परमाणु कैसे व्यवस्थित हैं।

Core questions

• ब्रैग का नियम विवर्तन कोणों को परमाणु रिक्ति से कैसे संबंधित करता है?
• प्रावस्थाओं की पहचान के लिए पाउडर विवर्तन का उपयोग कैसे किया जाता है?
• न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन विवर्तन कौन सी पूरक जानकारी प्रदान करते हैं?
• पैटर्न से जालक मापदंडों, क्रिस्टलाइट आकार और तनाव को कैसे निकाला जाता है?

Key concepts

• ब्रैग का नियम
• एकल-क्रिस्टल और पाउडर विवर्तन
• प्रावस्था पहचान
• न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन विवर्तन
• जालक मापदंड
• क्रिस्टलाइट आकार और तनाव

Key theories

ब्रैग विवर्तन

एक क्रिस्टल विकिरण को तभी विवर्तित करता है जब क्रमिक परमाणु तलों से बिखरी हुई तरंगों के बीच पथ अंतर तरंग दैर्ध्य की एक पूर्णांक संख्या हो; यह ब्रैग स्थिति उन कोणों को निर्धारित करती है जिन पर तीव्रता दिखाई देती है और पैटर्न को सीधे अंतर-तलीय दूरियों से जोड़ती है।

पाउडर विवर्तन और प्रावस्था विश्लेषण

एक पॉलीक्रिस्टलाइन नमूना सभी क्रिस्टल अभिविन्यास प्रस्तुत करता है, जो विशिष्ट कोणों पर वलयों या शिखरों का एक पैटर्न देता है जो प्रावस्था पहचान के लिए एक फिंगरप्रिंट के रूप में कार्य करता है और, पूर्ण-पैटर्न शोधन के माध्यम से, मात्रात्मक संरचना और सूक्ष्म संरचना विश्लेषण के लिए।

Mechanisms

आपतित विकिरण एक क्रिस्टल में इलेक्ट्रॉनों या नाभिकों से बिखरता है; आवधिक तलों में परमाणुओं द्वारा बिखरी हुई तरंगें हस्तक्षेप करती हैं, केवल ब्रैग कोणों पर प्रबल होती हैं, इसलिए मापी गई स्थितियाँ अंतर-तलीय दूरियाँ देती हैं और तीव्रताएँ इकाई सेल के भीतर परमाणु व्यवस्था देती हैं।

Clinical relevance

विवर्तन यह सत्यापित करने के लिए प्राथमिक उपकरण है कि एक संश्लेषण ने इच्छित क्रिस्टलीय प्रावस्था का उत्पादन किया है, अज्ञात प्रावस्थाओं और अशुद्धियों की पहचान करने के लिए, और प्रसंस्करण, प्रतिक्रिया और संचालन के दौरान संरचनात्मक परिवर्तनों का पालन करने के लिए, जिससे यह लगभग सभी ठोस-अवस्था और सामग्री रसायन विज्ञान के लिए मौलिक बन जाता है।

History

वॉन लाउ का 1912 का प्रदर्शन कि क्रिस्टल एक्स-रे को विवर्तित करते हैं, और ब्रैग्स का विवर्तन नियम और पहली संरचना निर्धारण, ने ठोस पदार्थों की परमाणु संरचना को मापने योग्य बना दिया। रीटवेल्ड की पूर्ण-पैटर्न शोधन विधि, जो 1960 के दशक के अंत में पेश की गई थी, ने पाउडर विवर्तन को संरचना और प्रावस्था विश्लेषण के लिए एक मात्रात्मक उपकरण में बदल दिया।

Key figures

• William Lawrence Bragg
• William Henry Bragg
• Hugo Rietveld

Seminal works

• cullity2014
• west2014

Frequently asked questions

क्रिस्टल का अध्ययन करने के लिए एक्स-रे का उपयोग क्यों किया जाता है?

एक्स-रे में एक क्रिस्टल में परमाणुओं के बीच की दूरी के तुलनीय तरंग दैर्ध्य होते हैं, जो विवर्तन के लिए आवश्यक शर्त है। लंबी-तरंग दैर्ध्य प्रकाश परमाणु तलों को हल नहीं कर सकता है, इसलिए एक्स-रे (और इसी तरह न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉन) क्रिस्टल संरचना के उपयुक्त जांचकर्ता हैं।

एकल-क्रिस्टल और पाउडर विवर्तन में क्या अंतर है?

एकल-क्रिस्टल विवर्तन विस्तृत संरचना समाधान के लिए प्रतिबिंबों का एक पूर्ण त्रि-आयामी सेट एकत्र करने के लिए एक उन्मुख क्रिस्टल का उपयोग करता है। पाउडर विवर्तन कई यादृच्छिक रूप से उन्मुख क्रिस्टलाइट्स का उपयोग करता है, जो एक आयामी पैटर्न देता है जो तीव्र प्रावस्था पहचान और मात्रात्मक विश्लेषण के लिए आदर्श है।