Зависимость мощности максимумов от атомных номеров. Как электронная плотность атома, так и его электростатическое поле возрастают симбатно с ростом атомного номера. Поэтому в методе РСА есть затруднения, когда требуется различить атомы с близкими атомными номерами.
Атомы с соседними номерами, например Fe, Co и Ni, дают в нейтронографических Фурье-синтезах максимумы, совершенно различные по высоте. Особенно удобен НСА для установления позиций самых лёгких атомов-атомов водорода, фиксация которых в случае РСА не всегда возможна, а точность определения координат заведомо низка. Кроме того дифракция нейтронов зависит от спиновых магнитных моментов ядер. Для потока нейтронов ядра одного и того же элемента, являются разными ядрами. Поэтому НСА используют для решения таких задач как анализ упорядоченности сплавов, образованных металлами с близкими атомными номерами; анализ “магнитной структуры” кристалла; выявление и уточнение координат атомов водорода; отделение тепловых колебаний ядер от анизотропии распределения электронной плотности по химическим связям и др.
в)Расшифровка результатов.
Распределение электронной плотности по элементарной ячейке. Попытки выявить перераспределение электронной плотности при переходе от изолированных атомов к молекулам и кристаллам делались уже давно.
Постановка задачи довольно проста. Рентгеноструктурное исследование, выполненное при тщательном учёте всех побочных факторов, искажающих интенсивность дифракционных лучей, даёт распределение электронной плотности по ячейке. Используя данные по радиальному распределению электронной плотности в изолированных атомах и нейтронографические данные о координатах и тепловых колебаниях ядер, можно построить модельную структуру, состоящую из формально изолированных атомов, совершающих тепловые колебания.
Параметры ячейки. Параметры элементарной ячейки a, b, c входят непосредственно в условия Лауэ, их легко определить по положению дифракционных рефлексов на рентгенограммах.
Наиболее простой метод состоит в оценке параметра по слоевым линиям рентгенограммы вращения. Положение слоевых линий на рентгенограмме определяет растворы дифракционных конусов, коаксиальных оси вращения кристалла, а следовательно и период повторяемости в узловых рядах, параллельных оси вращения.
Из трех рентгенограмм вращения определяются все три параметра решетки: a, b и c. Точность определения этим методом периодов невысока. Но его преимущество заключается в том, что для нахождения параметров не требуется знание всех трех индексов каждого рефлекса. Но даже грубая оценка параметров решётки существенно облегчает индицирование рентгенограмм или установку кристалла и счетчика дифрактометра в отражающее положение для разных отражений. Затем можно уточнить параметры решётки, используя координаты наиболее дальних рефлексов дифракционных лучей с высокими индексами.
По геометрии размещения рефлексов на рентгенограммах можно оценить и угловые параметры решётки. Это существенно только при исследовании моноклинных и триклинных кристаллов.
Тепловые колебания независимых атомов в кристалле. Константы изотропных тепловых колебаний или анизотропных, входящих в выражение для температурного фактора при атомных амплитудах ,имеют физический смысл среднеквадратичных значений амплитуд тепловых колебаний атомов. При относительно низкой точности эксперимента и недостаточно высоком уровне учета побочных факторов такое содержание констант остаётся лишь номинальным. Они аккумулируют основную долю систематических погрешностей измерения и обработки интенсивности отражений, освобождая от этих погрешностей те компоненты структурных амплитуд, которыми определяются координаты атомов. При повышении точности эксперимента и обработке данных физическое содержание констант восстанавливается.
Сопоставление ориентации эллипсоида тепловых колебаний атома с направлениями его связей с соседями позволяет судить об относительной прочности этих связей и об их влиянии на характер колебаний атома.
В структурном анализе тепловые колебания атомов рассматриваются как полностью независимые, что, вообще говоря, неправильно. Поэтому при более детальном количественном анализе структурных данных требуется прежде всего отделить групповые колебания атомов от их индивидуальных колебаний. Это касается прежде всего кристаллов молекулярных и комплексных соединений.
2.Важнейшие журналы и система доступа к файлам кристаллографической информации.
Самыми крупными российскими журналами в этой области являются ”Координационная химия” и “Кристаллография”. Также огромное количество информации по структурной химии содержится в INTERNET. Это базы данных крупных университетов, статьи и файлы кристаллографической информации. Многие иностранные издания дублируются в сети (Crystallography Journals Online), и регулярно обновляются.
Адреса сайтов:
www.oldenbourg.de/verlag/zkristallogr
www.elsevier.nl
www.idealibrary.com/links/toc/jssc
www.pubs.acs.org/journals
www.wiley-vch.de/contents/jc_2260/index.html
3.Базы данных и программы для визуализации и анализа структурных данных(TOPOS,DIAMONT).
В настоящее время имеются данные о строении кристаллов более 500 тысяч соединений и их полиморфных модификаций. Большой объём накопленной кристаллоструктурной информации требует разработки новых методов её обработки, классификации и поиска общих кристаллохимических закономерностей. Широко распространенная в кристаллохимии концепция структурного типа становится неэффективной при классификации соединений достаточно сложного состава и строения, т.к. почти каждое вновь исследованное соединение представляет собой новый структурный тип. Приходится констатировать, что немногочисленные общепризнанные кристаллохимические концепции и закономерности(модель плотнейшей упаковки, правила Полинга, правила Юм-Розери и др.) выполняются для ограниченного круга соединений сравнительно простого химического состава.
Использование компьютерных баз данных для анализа больших объёмов кристаллоструктурной информации. Для эффективного поиска общих закономерностей, охватывающих большое количество веществ разнообразного состава и строения, необходимо использование имеющихся больших баз кристаллоструктурных данных:
Кембриджская структурная база данных(CSD), последняя которой охватывает сведения по строению 170409 химических соединений, содержащих “органический” углерод.
База данных по кристаллическим структурам неорганических соединений(ICSD), содержащая информацию по 47487 соединениям.
База данных по кристаллическим структурам металлов и сплавов(CRYST) включает более 54000 записей.
Брукхэвенский банк данных по строению белков и нуклеиновых кислот(PDB) содержит результаты структурных исследований 8084 биомакромолекул.
Несмотря на огромные потенциальные возможности эти базы данных в настоящее время функционируют фактически только как электронные справочники, поскольку организованные на их основе справочно-информационные системы предусматривают именно такой вариант их использования. Только CSD содержит прикладные программы, предназначенные для исследования особенностей геометрии ближнего окружения атомов. Поэтому примеры поиска кристаллохимических закономерностей глобального характера с использованием указанных баз данных немногочисленны(например, анализ частоты встречаемости пространственных групп симметрии на основе данных CSD и ICSD или установление зависимостей “длина связи-прочность связи” в неорганических соединениях).
Компьютерные программы для кристаллохимического анализа.
Количество компьютерных программ, реализующих различные методы кристаллохимического анализа, в настоящее время исчисляется сотнями.
Так в наиболее обширной коллекции французского кристаллографического сервера SinCris на ноябрь 1998г. (адрес Internet: http://www.Imcp.jusseiu.fr/Sincris-top/logiciel/result/html) насчитывается 485 программ и их число непрерывно растёт. Преобладающими программами являются программы, ориентированные на определение структуры кристалла.
А также на визуализацию структурных данных и сопутствующий геометрический анализ ближнего окружения.
Комплекс программ для кристаллохимического анализа TOPOS.
Общая структура программного комплекса. Комплекс структурно-топологических программ TOPOS представляет собой интегрированную интерактивную многооконную среду, позволяющую редактировать и анализировать кристаллоструктурную информацию. При создании комплекса TOPOS преследовались две основные задачи:
-программно реализовать и объединить указанные выше методы кристаллохимического анализа в рамках одной информационно-аналитической системы, чтобы пользователь мог проводить комплексное исследование кристаллической структуры конкретного соединения непосредственно после поиска его в базе данных;
-предоставить возможности комплексного анализа больших групп химических соединений из базы данных в автоматическом режиме для поиска кристаллочимических закономерностей общего характера. Версия TOPOS 3.1 включает систему управления реляционной кристаллоструктурной базой данных (СУБД) и шесть расчётных программ для проведения комплексного кристаллохимического анализа.
СУБД. Субд является основой комплекса, реализуя все стандартные операции редактирования, поиска и извлечения кристаллоструктурной информации из баз данных и представление в текстовом или графическом виде. По ряду возможностей СУБД комплекса TOPOS и СУБД ICSD аналогичны, однако TOPOS представляет набор средств для создания собственных баз данных, которые отсутствуют во всех крупных кристаллоструктурных информационных системах. Все прикладные программы, за исключением программ StatPack, интегрированы в СУБД. Их запуск позволяет провести анализ активного в данный момент соединения или выделенной группы соединений.