矿物学中的X射线衍射

X射线衍射是根据散射X射线的角度和强度来识别矿物并确定其晶体结构的主要方法。

Definition

应用X射线衍射技术来识别矿物、测量其晶胞尺寸并确定其原子的三维排列。

Scope

本主题涵盖X射线被晶格平面散射的物理学、布拉格定律、单晶和粉末方法的区别、d间距和参考数据库在物相鉴定中的应用、晶胞精修以及专门的粘土矿物分析。它是晶体学理论与实际矿物表征之间的桥梁。

Core questions

• 布拉格定律如何将衍射角与晶面间距联系起来？
• 如何根据矿物的粉末衍射图谱来鉴定矿物？
• 单晶衍射和粉末衍射分析有什么区别？
• 如何通过乙二醇处理和加热来区分可膨胀粘土矿物？

Key theories

布拉格定律

当nλ等于2d sin(θ)时，发生衍射极大值，因此测量散射X射线的角度可以得到作为矿物特征并限制其晶胞的晶面间距。

粉末衍射指纹图谱

每种结晶矿物都会产生一套特征性的d间距和相对强度；将测得的图谱与参考数据库进行匹配，即使在细粒混合物中也能提供明确的物相鉴定。

Clinical relevance

X射线衍射对于识别细粒或共生矿物、表征粘土和矿石相、量化岩石中的矿物比例是不可或缺的，并且是地质学、土壤科学和材料工业中的常规分析工具。

History

劳厄于1912年发现晶体可以衍射X射线，紧接着布拉格父子提出了反射定律并确定了简单的结构，这奠定了结构矿物学的基础。德拜、谢勒和赫尔于1916-1917年开发的粉末方法使常规矿物鉴定成为可能。

Key figures

• William Lawrence Bragg
• William Henry Bragg
• Max von Laue
• Peter Debye

Seminal works

• bragg1913
• klein2007
• cullity2001

Frequently asked questions

什么是d间距？

晶体中相邻平行原子平面之间的垂直距离；每组平面都会产生一个衍射峰，其位置通过布拉格定律取决于这个间距。

X射线衍射能否识别非晶态材料？

不能直接识别，因为衍射依赖于长程周期性有序；火山玻璃等非晶相只会产生宽泛的驼峰而不是尖锐的峰。