Das friedelsche Gesetz geht auf Georges Friedel zurück und wird in der Kristallographie bei der Kristallstrukturanalyse mit Hilfe von Röntgenstrahlung angewendet.

Es besagt, dass das Beugungsbild eines Kristalls immer zentrosymmetrisch ist, unabhängig davon, ob der Kristall selbst ein Symmetriezentrum besitzt. Oder genauer: Die Intensitäten der Reflexe hkl und hkl sind gleich, auch wenn der Kristall nicht zentrosymmetrisch ist:

Diese beiden Reflexe stammen von den beiden Seiten derselben Netzebenenschar (hkl) und werden auch als Friedel-Paare bezeichnet.

Herleitung

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Die Intensität Ihkl eines Braggreflexes eines Kristalls (beschrieben durch die Laue-Indizes hkl) ergibt sich als Betragsquadrat des Strukturfaktors Fhkl:

 

wobei * konjugiert komplex bedeutet.

Für den Strukturfaktor Fhkl gilt:

 ,

wobei die Summe sich über alle n Atome mit dem Atomformfaktoren fn der Basis eines Kristalls erstreckt, die an den Stellen xn, yn, zn liegen.

Für den dazu zentrosymmetrisch liegenden Reflex (hkl) gilt entsprechend:

 

Damit gilt auch:

 

Daraus folgt für die Intensitäten:

 

Umformung (1) gilt nur, wenn alle fn reelle Größen sind, was in der Regel erfüllt ist.

Anmerkung

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Das friedelsche Gesetz ist eine konkrete Anwendung einer Eigenschaft der Fouriertransformationen reeller Funktionen f(x):

Für die Fouriertransformation

 

der reellen Funktion f(x) gilt:

 .

Aufgrund des friedelschen Gesetzes kann man mit Röntgenbeugung eine Punktgruppe, die kein Symmetriezentrum hat, von derselben Punktgruppe mit einem zusätzlichen Symmetriezentrum nicht unterscheiden. Daher lassen sich nicht alle 32 Punktgruppen kristallographisch bestimmen, sondern nur die 11 Lauegruppen.

Abweichungen

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Grundlage des friedelschen Gesetzes ist, dass die Atomformfaktoren reelle Größen sind (vgl. oben Anmerkung).

Für Wellenlängen in der Nähe der Absorptionskante eines Atoms bekommt der Atomformfaktor aber einen deutlichen imaginären Anteil. Daher gilt die Beziehung   nicht mehr. Das friedelsche Gesetz ist dann nur noch erfüllt, wenn die Punktgruppe ein Symmetriezentrum besitzt.

Die Differenz   heißt Bijvoet-Differenz.[1] Durch ihre Auswertung kann man das Phasenproblem lösen.

Literatur

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Einzelnachweise

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  1. Lothar Spieß, u. a.: Moderne Röntgenbeugung. Vieweg und Teubner, 2009, ISBN 978-3-8351-0166-1.