دانلود کامل ترین جزوه کریستالوگرافی

جزوه جامع و تایپ شده کریستالوگرافی

دانلود فایل

مدرسان شریف دکتر خاندار دانشگاه پیام نور دکتر حسینی رشته های زمین شناسی – معدن – فیزیک – شیمی و متالورژی دانشگاه آزاد علمی کاربردی

( ) “” ( ) “” ( ) “” [1]

()، [2] () ‌‌‌‌‌ایکس
7 ادبیات مرجع
8 دانشمندان قابل توجه
9 همچنین ببینید
10 منابع
11 لینک های خارجی
نظریه
فیزیک ماده متراکم
QuantumPhaseTransition.svg
فازانتقال فازQCP
حالات ماده
پدیده های فازی
فازهای الکترونیکی
پدیده های الکترونیکی
فازهای مغناطیسی
شبه ذرات
ماده نرم
دانشمندان
آیکون پورتال فیزیک دسته بندی

کریستالوگرافی

با استفاده از تکنیک‌های تصویربرداری مرسوم مانند میکروسکوپ نوری ، گرفتن تصویر از یک جسم کوچک مستلزم جمع‌آوری نور با عدسی بزرگ‌نمایی است . وضوح هر سیستم نوری توسط حد پراش نور، که به طول موج آن بستگی دارد، محدود می شود. بنابراین، جزوه کریستالوگرافی کلی نقشه‌های چگالی الکترون کریستالوگرافی به‌شدت وابسته به وضوح داده‌های پراش است که می‌توان آن‌ها را به‌عنوان: کم، متوسط، زیاد و اتمی طبقه‌بندی کرد. [3] برای مثال، نور مرئی دارای طول موجی در حدود 4000 تا 7000 اونگستروم است که سه مرتبه بزرگتر از طول پیوندهای اتمی و اتم های معمولی است.خودشان (حدود 1 تا 2 Å). بنابراین، یک میکروسکوپ نوری معمولی نمی تواند آرایش فضایی اتم ها را در یک کریستال تشخیص دهد. برای انجام این کار، ما به تابش با طول موج های بسیار کوتاه تر، مانند پرتوهای اشعه ایکس یا نوترونی نیاز داریم.

متأسفانه، فوکوس کردن اشعه ایکس با لنزهای نوری معمولی می تواند یک چالش باشد. دانشمندان در تمرکز پرتوهای ایکس با صفحات میکروسکوپی منطقه فرنل ساخته شده از طلا و با انعکاس زاویه بحرانی در داخل مویرگ های مخروطی طولانی، موفقیت هایی داشته اند. [4] پرتوهای پراش اشعه ایکس یا نوترون را نمی توان برای تولید تصاویر متمرکز کرد، بنابراین ساختار نمونه باید از الگوی پراش بازسازی شود.

الگوهای پراش از تداخل سازنده تابش فرودی (اشعه ایکس، الکترون، نوترون)، که توسط ویژگی های دوره ای و تکرار شونده نمونه پراکنده شده است، ناشی می شود. کریستال ها به دلیل ساختار اتمی بسیار منظم و تکراری خود ( شبکه Bravais )، پرتوهای ایکس را به شیوه ای منسجم پراکنده می کنند که به آن بازتاب براگ نیز می گویند.

نشانه گذاری
مقاله اصلی: شاخص میلر
مختصات در براکت های مربع مانند [100] بردار جهت (در فضای واقعی) را نشان می دهد.
مختصات در براکت‌های زاویه یا شورون‌هایی مانند <100> نشان‌دهنده خانواده‌ای از جهت‌ها هستند که با عملیات تقارن به هم مرتبط هستند. برای مثال، در سیستم کریستالی مکعبی ، <100> به معنای [100]، [010]، [001] یا منفی هر یک از آن جهت ها است.
شاخص های میلر در پرانتز مانند (100) صفحه ای از ساختار بلوری و تکرارهای منظم آن صفحه را با یک فاصله خاص نشان می دهد. در سیستم مکعب، نرمال به صفحه (hkl) جهت [hkl] است، اما در موارد با تقارن پایین تر، نرمال به (hkl) با [hkl] موازی نیست.
شاخص‌های موجود در براکت‌های فرفری یا مهاربندی‌هایی مانند {100} نشان‌دهنده یک خانواده از هواپیماها و نرمال آنها است. در مواد مکعبی، تقارن آنها را معادل می‌کند، درست همانطور که براکت‌های زاویه یک خانواده از جهت‌ها را نشان می‌دهند. در مواد غیر مکعبی، <hkl> لزوماً عمود بر {hkl} نیست.
تکنیک ها
برخی از موادی که به صورت کریستالوگرافی آنالیز شده اند، مانند پروتئین ها ، به طور طبیعی به عنوان کریستال وجود ندارند. به طور معمول، چنین مولکول هایی در محلول قرار می گیرند و اجازه می دهند تا به آرامی از طریق انتشار بخار متبلور شوند . قطره ای از محلول حاوی مولکول، بافر و رسوب دهنده ها در ظرفی با مخزن حاوی محلول رطوبت گیر بسته می شود. آب در قطره به مخزن پخش می شود و به آرامی غلظت را افزایش می دهد و اجازه می دهد تا یک کریستال تشکیل شود. اگر غلظت سریع‌تر افزایش یابد، مولکول به سادگی از محلول رسوب می‌کند و منجر به ایجاد گرانول‌های نامنظم می‌شود تا یک کریستال منظم و قابل استفاده.

هنگامی که یک کریستال به دست آمد، می توان داده ها را با استفاده از یک پرتو تابش جمع آوری کرد. اگرچه بسیاری از دانشگاه‌هایی که درگیر تحقیقات کریستالوگرافی هستند، تجهیزات تولید اشعه ایکس مخصوص به خود را دارند، سینکروترون‌ها اغلب به‌عنوان منابع پرتو ایکس استفاده می‌شوند، زیرا الگوهای خالص‌تر و کامل‌تری که چنین منابعی می‌توانند تولید کنند. منابع سنکروترون همچنین دارای شدت بسیار بالاتری از پرتوهای اشعه ایکس هستند، بنابراین جمع‌آوری داده‌ها کسری از زمانی را که معمولاً در منابع ضعیف‌تر لازم است، طول می‌کشد. از تکنیک‌های کریستالوگرافی نوترونی تکمیلی برای شناسایی موقعیت اتم‌های هیدروژن استفاده می‌شود، زیرا پرتوهای ایکس تنها با عناصر سبک مانند هیدروژن برهمکنش بسیار ضعیفی دارند.

دانلود جزوه کریستالوگرافی کتاب پی دی اف pdf رایگان

تولید یک تصویر از الگوی پراش به ریاضیات پیچیده و اغلب یک فرآیند تکراری مدل‌سازی و اصلاح نیاز دارد. در این فرآیند، الگوهای پراش پیش بینی شده ریاضی یک ساختار فرضی یا “مدل” با الگوی واقعی تولید شده توسط نمونه کریستالی مقایسه می شود. در حالت ایده‌آل، محققان چندین حدس اولیه را انجام می‌دهند که از طریق پالایش، همه بر روی یک پاسخ همگرا می‌شوند. مدل‌ها تا زمانی که الگوهای پیش‌بینی‌شده آن‌ها تا حدی که بدون تجدیدنظر اساسی در مدل به دست می‌آید، مطابقت داشته جزوه کریستالوگرافی ، اصلاح می‌شوند. این یک فرآیند پر زحمت است که امروزه توسط رایانه ها بسیار آسان تر شده است.

روش های ریاضی برای تجزیه و تحلیل داده های پراش فقط برای الگوها اعمال می شود، که به نوبه خود تنها زمانی نتیجه می شود که امواج از آرایه های منظم پراکنده شوند. از این رو کریستالوگرافی در بیشتر موارد فقط در مورد کریستال ها یا مولکول هایی که می توانند برای اندازه گیری متمایل شوند تا کریستال شوند کاربرد دارد. با وجود این، مقدار معینی از اطلاعات مولکولی را می توان از الگوهای تولید شده توسط الیاف و پودرها استنباط کرد ، که اگرچه به اندازه یک کریستال جامد کامل نیستند، اما ممکن است درجه ای از نظم را نشان دهند. این سطح از نظم می تواند برای استنباط ساختار مولکول های ساده یا تعیین ویژگی های درشت مولکول های پیچیده تر کافی باشد. به عنوان مثال، ساختار دو مارپیچ DNAاز یک الگوی پراش اشعه ایکس که توسط یک نمونه فیبری تولید شده بود استنباط شد.

علم مواد

کریستالوگرافی کتاب پی دی اف pdf رایگان

سایر خواص فیزیکی نیز با کریستالوگرافی مرتبط هستند. برای مثال، کانی‌های موجود در خاک رس ساختارهای کوچک، مسطح و صفحه‌ای را تشکیل می‌دهند. خاک رس را می توان به راحتی تغییر شکل داد زیرا ذرات صفحه مانند می توانند در امتداد یکدیگر در صفحه صفحات بلغزند، اما در جهت عمود بر صفحات به شدت متصل می مانند. چنین مکانیسم هایی را می توان با اندازه گیری بافت کریستالوگرافی مطالعه کرد .

در مثالی دیگر، آهن از یک ساختار مکعبی (bcc) به نام فریت به یک ساختار مکعبی محور (fcc) به نام آستنیت تبدیل می‌شود. [5] ساختار fcc برخلاف ساختار bcc یک ساختار بسته بندی شده است. بنابراین حجم آهن با وقوع این تغییر شکل کاهش می یابد.

کریستالوگرافی در شناسایی فاز مفید است. هنگام ساخت یا استفاده از یک ماده، به طور کلی مطلوب است که بدانیم چه ترکیبات و چه فازهایی در ماده وجود دارد، زیرا ترکیب، ساختار و نسبت آنها بر خواص مواد تأثیر می گذارد. هر فاز دارای آرایش مشخصه ای از اتم ها است. پراش اشعه ایکس یا نوترون را می توان برای شناسایی ساختارهای موجود در ماده و بنابراین ترکیبات موجود استفاده کرد. کریستالوگرافی شامل شمارش الگوهای تقارنی است که می توانند توسط اتم های یک بلور تشکیل شوند و به همین دلیل به نظریه گروه مربوط می شود .

زیست شناسی
کریستالوگرافی اشعه ایکس روش اولیه برای تعیین ترکیبات مولکولی ماکرومولکول های بیولوژیکی ، به ویژه پروتئین و اسیدهای نوکلئیک مانند DNA و RNA است. در واقع، ساختار دو مارپیچ DNA از داده های کریستالوگرافی استنباط شد. اولین ساختار بلوری یک ماکرومولکول در سال 1958 حل شد، یک مدل سه بعدی از مولکول میوگلوبین که با تجزیه و تحلیل اشعه ایکس به دست آمد. [6] بانک اطلاعات پروتئین (PDB) یک مخزن آزادانه برای ساختارهای پروتئین ها و سایر ماکرومولکول جزوه کریستالوگرافی بیولوژیکی است. برنامه های کامپیوتری مانند RasMol ، Pymol یاVMD می تواند برای تجسم ساختارهای مولکولی بیولوژیکی استفاده شود. کریستالوگرافی نوترونی اغلب برای کمک به اصلاح ساختارهای به دست آمده با روش های اشعه ایکس یا برای حل یک پیوند خاص استفاده می شود. این روش ها اغلب به عنوان مکمل در نظر گرفته می شوند، زیرا پرتوهای ایکس به موقعیت های الکترون حساس هستند و به شدت از اتم های سنگین پراکنده می شوند، در حالی که نوترون ها به موقعیت های هسته حساس هستند و حتی روی بسیاری از ایزوتوپ های نور از جمله هیدروژن و دوتریوم به شدت پراکنده می شوند. کریستالوگرافی الکترونی برای تعیین برخی ساختارهای پروتئینی، به ویژه پروتئین های غشایی و کپسیدهای ویروسی استفاده شده است.

مشارکت زنان در کریستالوگرافی اشعه ایکس
تعدادی از زنان پیشگام در کریستالوگرافی اشعه ایکس در زمانی بودند که از اکثر شاخه های دیگر علوم فیزیکی کنار گذاشته شدند. [7]

کاتلین لونزدیل دانشجوی پژوهشی ویلیام هنری براگ بود که به همراه پسرش لارنس علم کریستالوگرافی اشعه ایکس را در آغاز قرن بیستم پایه گذاری کردند. او هم برای کارهای تجربی و هم برای کارهای نظری اش شناخته شده است. براگ 11 دانشجوی پژوهشگر زن از مجموع 18 دانشجو داشت. کاتلین در سال 1923 به تیم تحقیقاتی کریستالوگرافی خود در موسسه سلطنتی لندن پیوست و پس از ازدواج و بچه دار شدن، به عنوان محقق با براگ کار کرد. او ساختار حلقه بنزن را تایید کرد، مطالعات الماس را انجام داد و یکی از دو زن اول بود که به انجمن سلطنتی انتخاب شد.در سال 1945 و در سال 1949 به عنوان اولین استاد زن شیمی و رئیس دپارتمان کریستالوگرافی دانشگاه کالج لندن منصوب شد . [8] کاتلین همیشه از مشارکت بیشتر زنان در علم حمایت می کرد و در سال 1970 گفت: “هر کشوری که بخواهد از تمام دانشمندان و فناوران بالقوه خود استفاده کامل کند، می تواند این کار را انجام دهد، اما نباید انتظار داشته باشد که زنان را به این سادگی جذب کند. مردان را به دست می آورد … پس آرمان شهری است که پیشنهاد کنیم هر کشوری که واقعاً می خواهد زنان متاهل به حرفه علمی بازگردند، در زمانی که فرزندانش دیگر به حضور فیزیکی او نیازی ندارند، باید جزوه کریستالوگرافی ویژه ای برای تشویق او به این کار انجام دهد. بنابراین؟”. [9]در این دوره، کاتلین همکاری خود را با ویلیام تی استبری روی مجموعه ای از 230 میز گروه فضایی آغاز کرد که در سال 1924 منتشر شد و به ابزاری ضروری برای کریستالوگراف ها تبدیل شد.

مدل مولکولی پنی سیلین توسط دوروتی هاجکین، 1945
در سال 1932 دوروتی هاجکین به آزمایشگاه فیزیکدان جان دزموند برنال که شاگرد سابق براگ بود در کمبریج انگلستان پیوست. او و برنال اولین عکس های اشعه ایکس از پروتئین های کریستالی را گرفتند. هوچکین همچنین در تأسیس اتحادیه بین المللی کریستالوگرافی نقش داشت. او در سال 1964 جایزه نوبل شیمی را به خاطر کارش با استفاده از تکنیک های اشعه ایکس برای مطالعه ساختار پنی سیلین، انسولین و ویتامین B12 دریافت کرد. کار او بر روی پنی سیلین در سال 1942 در طول جنگ و روی ویتامین B12 در سال 1948 آغاز شد. در حالی که گروه او به آرامی رشد کرد، تمرکز غالب آنها بر روی تجزیه و تحلیل اشعه ایکس محصولات طبیعی بود. او تنها زن بریتانیایی است که تا به حال برنده جایزه نوبل در یک موضوع علمی شده است.

عکس DNA (عکس 51)، روزالیند فرانکلین، 1952
روزالیند فرانکلین عکس پرتو ایکس یک فیبر DNA را گرفت که کلید کشف مارپیچ دوگانه توسط جیمز واتسون و فرانسیس کریک بود، که هر دوی آنها جایزه نوبل فیزیولوژی یا پزشکی را در سال 1962 دریافت کردند. واتسون در شرح زندگی‌نامه خود فاش کرد. از کشف ساختار DNA، مارپیچ دوگانه ، [10] که او از عکس اشعه ایکس روزالیند بدون اجازه او استفاده کرده بود. فرانکلین در 30 سالگی بر اثر سرطان درگذشت، قبل از اینکه واتسون جایزه نوبل را دریافت کند. فرانکلین همچنین مطالعات ساختاری مهمی در مورد کربن موجود در زغال سنگ و گرافیت و ویروس‌های گیاهی و حیوانی انجام داد.

ایزابلا کارل از آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی ایالات متحده یک رویکرد تجربی برای نظریه ریاضی کریستالوگرافی توسعه داد. کار او سرعت و دقت تجزیه و تحلیل شیمیایی و زیست پزشکی را بهبود بخشید. با این حال، تنها همسرش جروم، جایزه نوبل شیمی 1985 را با هربرت هاپتمن، “به خاطر دستاوردهای برجسته در تو جزوه کریستالوگرافی عه روش های مستقیم برای تعیین ساختارهای بلوری” به اشتراک گذاشت. دیگر نهادهای اهداکننده ‌‌‌‌‌‌[11][12] ‌‌‌‌‌‌‌:

– – ‌- – – – – –