Поиск структурно-химической информации в Internet
Другие рефераты
А.А. Максименко
Курсовая работа по химии
Тема:”Поиск структурно-химической
информации в Internet и её анализ с помощью
прикладных программ.”
Руководитель-доц. В.Б. Налбандян
г.Ростов-на-Дону.2001г.
План работы:
1.а) Дифракционные методы-рентгеноструктурный анализ и нейронография-
как важнейшие источники структурно-химической информации.
б) Их основы, возможности и ограничения.
в) Результаты расшифровки ( пространственные группы, параметры
ячейки, координаты, заселённости и тепловые параметры независимых
атомов)
2. Важнейшие журналы и система доступа к файлам кристаллографической
информации.
3. Базы данных и программы для визуализации и анализа структурных
данных(DIAMOND, TOPOS)
4. Примеры описания структуры.
5. Список использованной литературы.
1.Дифракционные методы исследования структур.
а) Роль возбудителя дифракционных эффектов в кристалле могут
выполнять рентгеновские лучи, поток нейтронов или поток электронов.
Соответственно существуют три дифракционных метода структурного
анализа: рентгеноструктурный, нейтронографический и
электронографический.
По общему принципу они родственны(основанные на эффекте дифракции), но
каждый имеет свои специфические черты и особенности, т.к. характер
взаимодействия волн разной природы с атомами кристалла различен.
Рентгеновские лучи рассеиваются электронами атомов, поток нейтронов-
ядрами, а поток электронов-электромагнитным полем ядра и электронов.
По целому ряду принципиальных и технических особенностей
рентгеноструктурный анализ наиболее эффективен для практического
исследования кристаллической структуры.
Рентгеноструктурный анализ появился в 1912г., когда Лауэ и его
сотрудники открыли эффект дифракции рентгеновских лучей при их
прохождении через кристалл.
Это явление аналогично дифракции световых лучей, пропускаемых через
штриховую решётку. Пучок монохроматических лучей, направленных на
пластинку с системой равноотстоящих отверстий, распространяется за
пластинкой по ряду избранных(дискретных) направлений. Происходит это
вследствие наложения сферических волн, исходящих из каждого отверстия.
В некотором произвольном направлении эти волны не совпадают по фазе и в
совокупности взаимно гасят друг друга. Но если разность фаз лучей ,
исходящих из соседних отверстий, составит целое число периодов, то они
не погасят, а взаимно усилят друг друга. Этому условию и удовлетворяют
дифракционные лучи.
Кристалл является периодической атомной структурой. Если
использовать такие лучи, которые рассеиваются атомами и имеют длину
волны, близкую к межатомным расстояниям, то должен наблюдаться
аналогичный эффект. Периоды повторяемости решётки кристалла лежат
обычно в пределах 35-130Е(1Е=0.1нм). Поэтому для дифракции на кристалле
требуется излучение с длинной волны несколько короче, иначе будет
наблюдаться малое число отражений.
Общую схему рентгеноструктурного анализа можно сравнить с работой
микроскопа. Роль объектива, разлагающего в спектр лучи, рассеянные
предметом, играет рентгеновская камера(дифрактометр) с исследуемым
кристаллом: первичный пучок лучей, создаваемый рентгеновским аппаратом,
разлагается кристаллом в дифракционный спектр. Роль окуляра,
собирающего лучи спектра в увеличенное изображение предмета, играет
ЭВМ: путем математической обработки дифракционных характеристик-
направлений и интенсивности дифракционных лучей, она воссоздаёт
увеличенное изображение распределения электронной плотности по
элементарной ячейке кристалла; позиции максимумов плотности отвечают
размещению атомов.
Нейтроноструктурный анализ. Нейтронография является относительно
дорогим и длительным методом, она служит для восполнения несовершенства
рентгеноструктурного анализа. По сравнению с рентгеновскими факторами
рассеяния, которые увеличиваются с атомным номером, сечение рассеяния
нейтронов на атомах изменяется в очень узких пределах. Поэтому
нейтронография более эффективна для определения атомных параметров
лёгких атомов в молекулах, содержащих тяжёлые атомы. Это в особенности
важно для изучения водородных связей как в малых молекулах, так и в
больших биологических макромолекулах. Нейтронография также полезна для
распознавания соседних в периодической таблице атомов, для которых
различие рентгеновских факторов рассеяния очень мало.
В отличии от рентгеновских факторов рассеяния, интенсивность
рассеяния нейтронов не убывает при увеличении угла рассеяния, т.к.
размеры ядер очень малы по сравнению с длинной волны нейтронов. Это
делает монокристальную нейтронографию особенно мощным методом для
определения молекулярной структуры с высокой точностью, поскольку число
отражений на один параметр может быть достаточно большим.
б)Основные задачи рентгеноструктурного анализа в химии.
Стереохимические задачи. Основной задачей рентгеноструктурных
исследований является решение стереохимических вопросов. По-видимому,
это положение сохранится и в ближайшем будущем.
В качестве главных стереохимических проблем можно назвать следующие
четыре задачи:
1.Установление корреляции между структурными характеристиками вещества
и его физико-химическими свойствами. Эта задача остаётся актуальной,
поскольку с усложнением состава и многообразия исследуемых соединений,
привычные критерии тех или иных сторон строения, основанные на
спектральных, магнитных и других косвенных физико-химических данных,
часто оказываются недостаточно убедительными, а иногда и просто
ошибочными.
2.Получение опорных структурных данных для углубленной разработки
тех или иных сторон теории хим. связи. Весьма часто в результате
структурного исследования выдвигается качественная теоретическая
концепция, позволяющая интерпретировать отдельные специфические стороны
строения исследованного вещества. Необходимость проверки и
подтверждения выдвинутой гипотезы, оценки круга объектов, в которых она
должна проявляться, вызывает поток дальнейших структурных расшифровок
родственных кристаллических веществ. Так проблемы теории хим. связи,
квантовой химии становятся целью рентгеноструктурного анализа.
3.Изучение процесса химических реакций. Какие преобразования
происходят в многостадийном процессе химического реагирования-один из
самых актуальных и сложных вопросов многих реакций. Структурное
изучение исходных ве-в, промежуточных и конечных продуктов, возникающих
в разных термодинамических условиях, позволяет уяснить многие стороны
процесса. Особенно существенно в этом аспекте структурное изучение
продуктов, возникающих на разных стадиях каталитических реакций.
4.Установление стереохимических и кристаллохимических
закономерностей, управляющих строением соединений различных химических
классов. Ради установления, проверки и углубления стереохимических
закономерностей и проводятся, как правило, систематические структурные
исследования; это именно то направление, в котором работает большинство
специалистов-кристаллохимиков.
Новые задачи рентгеноструктурного анализа в физической химии.
Усовершенствование техники рентгеноструктурных исследований привело к
значительному повышению точности измерения интенсивности дифракционных
лучей. Одновременно разработка методов эффективного учёта различных
побочных факторов, влияющих на интенсивность, позволила существенно
понизить потери в точности при переходе от интенсивности к структурным
амплитудам, а следовательно, адекватно снизить уровень погрешности в
определении электронной плотности, координат атомов и констант
колебаний атомов. Это даёт возможность направить рентгеноструктурный
анализ на решение ряда новых физико-химических задач, лежащих за
пределами статической атомной структуры кристалла. Это прежде всего
следующие задачи: а)анализ тепловых колебаний атомов в кристаллах;
б)анализ деталей распределения электронной плотности по атомам и между
атомами в кристаллах; в)использование структурных данных для оценки
параметров, входящих в волновые функции и орбитальные энергии
молекулярных систем.
Сравнительные возможности рентгеноструктурного анализа и
нейтронографии кристаллов.
Основы структурного анализа кристаллов, его математический аппарат и
частные методические схемы исследований, вообще говоря, применимы как в
РСА, так и в нейтронографическом(НСА) структурном анализе. Оба метода
основаны на одном общем эффекте-дифракции волн, пропускаемых через
кристалл, и различаются лишь сущностью тех элементарных актов
рассеяния, из которых складывается дифракция. Рентгеновские лучи
рассеиваются электронами атомов, а поток нейтронов рассеивается ядрами
атомов.
Однако как технические, так во многих отношениях и принципиальные
возможности этих родственных методов далеко неодинаковы.
Степень размытости максимумов рассеивающей материи. В отдельно взятом
атоме ядро занимает очень небольшой объём; даже с учётом тепловых
колебаний ”ядерная плотность” представляется весьма острым максимумом.
Максимум электронной плотности всей совокупности оболочек атома размыт
значительно сильнее. Электростатическое поле ядра и электронов
ослабляется при удалении от центра атомов ещё медленнее. Это различие
сохраняется и в кристалле. Поэтому конечная точность фиксации координат
ядер в нейтронографии и центров тяжести электронного облака в РСА
существенно разная и понижается в ряду:
НСА>РСА
Сходимость рядов Фурье. Поскольку ядра практически точечные, поток
нейтронов рассеивается ядром почти одинаково интенсивно под любыми
углами рассеяния. Размытость электронной плотности атомов приводит к
ослаблению рассеяния с увеличением угла((). Ещё быстрее затухают с
увеличением угла атомные амплитуды рассеяния электронов. Т.е., чем
более размыты склоны максимума рассеивающей плотности атома, тем резче
ослабляется рассеяние с увелич
| |  скачать работу |
Другие рефераты
| 
