化學原理啟迪404-2
1.
結晶狀固體常用X光分析其結構。當光線穿過結晶狀固體排列整齊的質點或線後會散開，產生繞射現象；光波與組成元素之間的距離，會影響繞射圖案。
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2.
繞射導因於，光線穿越結晶狀固體後，反射出來的光波，彼此之間產生建設性干涉與破壞性干涉。當平行的幾條光線彼此是同相in phase，就會產生建設性干涉；當平行的幾條光線彼此是反相out of phase，就會產生破壞性干涉。
3.
單一波長的x光穿過晶體後，會投射出一個繞射圖案；在投影板上繞射圖案的明、暗區域來自於，光波穿越許多原子散開來後，某些反射光波之間產生建設性干涉而強化，某些反射光波產生破壞性干涉而抵銷。
4.
光波強化或抵銷的關鍵在於，穿越晶體的光波們的行走距離不同。這些光波撞擊到晶體的組成粒子前都是相同的，如果光撞擊到粒子後反射的移動距離，剛好等於波長的整數倍，那麼反射後的光線再度並行時，彼此是同相的、會產生建設性干涉。
5.
因為光波反射的移動距離，取決於原子間的距離，因此繞射圖案可作為判斷原子們彼此之間的空間距離。
6.
下圖顯示，2個同相的波撞擊到晶體2個不同層的原子後反射的情形：
7.
位置較低的光波（能量較弱）移動的距離較長，較低位置的光波額外移動的距離是xy和yz的總和。如果光波額外移動的距離，等於波長的整數倍，反射後的2個波彼此是同相：
xy＋yz＝nλ
注：n是整數，λ是x光的波長。
8.
我們可以用三角函數重寫上面的公式：
xy＋yz＝2d sinθ
注：d是原子間的距離，θ是X光波的入射角和反射角。
9.
上述2個方程式結合後，得到
nλ＝2d sinθ
這個方程式稱為布拉格方程式Bragg equation。
10.
為了紀念William
Henry Bragg與他的兒子William
Lawrence Bragg帶領開拓X光結晶學的新領域，nλ＝2d sinθ命名為布拉格方程式，他們在1915年獲得諾貝爾物理學獎。
11.
繞射儀是電腦控制的儀器，用來進行晶體的X光分析。繞射儀將晶體對準X光束轉動，收集X光穿越晶體時，撞擊各種原子平面後散射產生的資訊，然後再由電腦分析這些資訊。
12.
這種分析晶體結構的儀器，已經進步到相當複雜精密的水準，足以判斷非常複雜的晶體結構，包括在生物系統內的非常重要的物質。使用X光繞射儀，我們能夠獲得化學鍵鍵長與角度的資訊，檢驗我們預測的分子幾何構造模型是否正確。
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