晶体X射线衍射

X射线在晶体中发生的衍射现象

晶体 X射线衍射是X射线在晶体中发生的衍射现象。晶体具有点阵结构，点阵结构的周期（即晶胞边长，b，c）与X射线的波长属于同一数量级，X射线衍射现象是一种基于波叠加原理的干涉现象，干涉的结果随不同而有所不同（Δ为波程差；λ为波长）。

晶格参数

利用X射线衍射原理制造的X射线衍射仪，是测定晶体结构的最主要仪器。根据衍射的方向可以测定晶格参数或晶胞的大小和形状。根据衍射线强度分布能够测定原子在晶胞中的坐标，因此X射线衍射法也是测定分子空间构型的主要方法。

产生晶体X射线衍射的条件可用劳厄方程来描述，劳厄方程的标量表达式如下：

（cos－cos0）=hλ

b（cosβ－cosβ0）=kλ

c（cosγ－cosγ0）=lλ式中，b、c为晶胞边长；0、β0、γ0是入射线与晶胞基向量的夹角；、β、γ是衍射线与晶胞基向量的夹角；h、k、l是三个正整数，称为衍射指数；λ是X射线的波长。

布拉格方程

描述X射线衍射条件，还可以用布拉格方程：

2dsinθ=nλ式中d为相邻两个晶面之间的距离；θ为入射线或反射线与晶面的交角；λ为X射线波长；n 为正整数。布拉格方程与劳厄方程虽然表达方式不同，但其实质是相同的。

当 X射线的波长与入射线方向以及晶体方位确定以后，劳厄方程中的λ、、b、c、0、β0、γ0 都已确定，只有、β、γ是变量，它们必须满足劳厄方程，但是，、β、γ3个变量不是独立的，例如在直角坐标中应满足：

cos2+cos2β+cos2γ=1这就是说，3个变量、β、γ应同时满足4个方程，这在一般条件下是不可能的，因而得不到衍射图。为了解决这个问题，必须再增加一个变数，有两种办法可供选择：①晶体不动（0、β0、γ0固定），改变波长λ，即采用白色X射线，这种方法称为劳厄法；②波长不变，即用单色X射线，让晶体绕某晶轴转动，即改变0、β0、γ0 。这样可在某些特定的晶体方位得到衍射图，这种方法叫做转动晶体法。以上两种方法都是对单晶体而言的。如果晶体是多晶，每个小单晶体在空间的取向是随机的，劳厄方程总可以得到满足，这就是粉末法的基础。

发现历程

德国物理学家 M.von劳厄于1912年发现上述现象，他设想，如能找到一种波长为 10-8纳米的电磁波，让它通过晶体，必能发生衍射现象，能提供晶体内原子排布的信息。那时曾有些人为验证 X射线是电磁波而采用普通光栅作衍射实验而屡遭失败。由此劳厄想到,X射线是一种波长比可见光短得多的电磁波，它可能是晶体衍射的合适射线。通过实验，劳埃和助手们证实了他们的设想，他因此获得1914年的诺贝尔物理学奖。

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