33. Рассеяние молекулами рентгеновских лучей

Другой метод определения структуры молекулы, дающий, по крайней мере в простейших случаях, хорошие результаты, состоит в применении рентгеновских лучей, с помощью которых, как известно, может быть точно определена структура кристаллов.

Если пучок рентгеновских лучей падает на молекулу, то лучи, падающие на отдельные атомы, интерферируют между собой; при исследовании рассеянных лучей, в зависимости от угла рассеяния, наблюдаются максимумы и минимумы интенсивности.

Эксперимент производится следующим образом. Пучок рентгеновских лучей направляется на сосуд, содержащий пары исследуемого вещества. На своем пути через сосуд рентгеновские лучи встречают молекулы со всевозможными орнентациями. Таким образом, наблюдаемое в одном определенном направлении рассеянное излучение фактически является средним значением интенсивности рассеянного излучения. Если перпендикулярно к направлению первичного пучка лучей поставить фотографическую пластинку, то на ней будет видно изображение прямого луча, окруженное концентрическими кольцами. По положению и интенсивности этих колец можно сделать вывод о расположении атомов в молекуле. Конечно, этот способ применим только в простейших случаях, так как истолкование картин рассеяния затрудняется побочными явлениями.

Атомы не являются рассеивающими точками. Их протяженность имеет величину того же порядка, что и расстояния между ними в молекуле и длина волны рентгеновских лучей. Поэтому кольца оказываются размытыми, и детали их структуры легко теряются. Это влияние может быть учтено, если известно распределение электронов в атоме.. Далее, некогерентное рассеянное излучение за счет эффекта Комптона, создающее сплошной - фон, также ведет к возмущению первоначальной картины.

Кроме того, необходимо учесть, что легкими атомами, в частности водородом, рентгеновские лучи рассеиваются очень - слабо. Поэтому расположение легких атомов этим способом, вообще не может быть определено. Тепловое движение молекул также уменьшает резкость интерференционных колец.

Особенно неприятно то обстоятельство, что эти наблюдения не могут быть произведены над жидкостями, а только над газами и парами, хотя рассеивающая способность

последних значительно меньше. При рассеянии рентгеновских лучей в жидкостях, даже в одноатомных (например, в ртути), появляются диффузионные кольца, похожие на "молекулярные кольца". Появление этих колец объясняется тем, что благодаря своей протяженности частицы жидкости распределяются в пространстве не хаотически, а в известной степени упорядочение, поскольку расстояние между двумя частицами не может быть меньше суммы их радиусов. Это расстояние, при котором частицы соприкасаются, встречается тем чаще, чем плотнее расположены частицы, и дает в картинах рассеяния жидкостей диффузионное кольцо. Это "кольцо жидкости" исчезает, как только среднее расстояние между частицами становится ббльшим по сравнению с их диаметром. Поэтому структура молекулы может быть определена только по наблюдениям над газами и парами.

Вместо рентгеновских лучей могут употребляться и электронные лучи, для которых имеют место те же явления. Они дают даже значительно более интенсивные картины рассеяния. Однако разрешающая способность в случае рентгеновских лучей больше.