Röntgenstrukturanalyse

Als Röntgenstrahlung bezeichnet man elektromagnetische Strahlung, die aus hochenergetischen Prozessen mit Elektronen generiert wurde. Die Wellenlängen dieser Strahlung reichen von ca. 1 pm bis 250 pm und liegen im gleichen Bereich wie typische interatomare Abstände bzw. Bindungslängen im Festkörper. Die elektromagnetische Röntgenstrahlung kann mit den Elektronen eines Atoms wechselwirken, beispielsweise wird durch elastische Streuung an einem Atom eine kugelförmige Streuwelle erzeugt. Daher können kristalline Stoffe, also aus regelmäßigen Anordnungen von Atomen oder Molekülen bestehende Festkörper, als optische Gitter für Röntgenstrahlung fungieren. Dank der Interferenz der an verschiedenen Streuzentren gestreuten Strahlung kann man die resultierende Strahlung mathematisch als Spiegelung an Ebenen von Atomen, sogenannten Netzebenen, behandeln. Die Intensitätsmaxima der gestreuten („gebeugten“) Strahlung bezeichnet man als Reflexe. Der Zusammenhang zwischen der einfallenden Röntgenwellenlänge l, dem kürzesten Abstand zwischen parallelen Netzebenen d und dem beobachteten Beugungswinkel θ eines Reflexes wird durch die „Bragg‘sche Gleichung“ beschrieben:

nl = 2d sinθ

(n = Beugungsordnung). Mit Hilfe hiervon abgeleiteter Gleichungen kann aus dem Interferenzmuster der gebeugten Strahlung die Verteilung der Elektronendichte im Raum berechnet und damit die Position von Atomen, die Kristallstruktur, bestimmt werden.