11.20 : Cristallografia a raggi X.

Nel 1913, gli scienziati padre e figlio, William Henry Bragg e William Lawrence Bragg, notarono che quando i raggi X colpivano un solido cristallino con una certa angolazione, i raggi X diffrangevano e producevano uno schema di punti regolarmente distanziati. Ciò ha portato allo sviluppo della cristallografia a raggi X, che utilizza questo fenomeno per determinare le strutture dei solidi cristallini, che vanno da semplici composti ionici a macromolecole complesse, come acidi nucleici e proteine. Ricordiamo che le onde elettromagnetiche diffratte subiscono interferenze costruttive e distruttive.

Questo produce modelli di interferenza, o modelli di diffrazione, che mostrano l'intensità variabile delle onde diffratte in diversi punti nello spazio. I raggi X sono diffratti dagli elettroni degli atomi e, se gli atomi sono regolarmente distanziati e la lunghezza d'onda dei raggi X è simile alla distanza interatomica. Quando i raggi X diffrangono dagli atomi su piani diversi, le onde diffratte possono essere o meno in fase.

Ciò dipende dalla spaziatura interplanare, D, e dall'angolo al quale i raggi X hanno colpito gli atomi, o dall'angolo di incidenza, theta. Questo perché i percorsi che i raggi X prendono dalla sorgente al rivelatore hanno lunghezze diverse. Se la differenza di percorso è un multiplo intero della lunghezza d'onda dei raggi X, allora i raggi X interferiscono costruttivamente.

Ciò si traduce nel modello di punti regolarmente distanziati di onde diffratte osservati da Braggs, dove ogni punto rappresenta un angolo di diffrazione da cui ne consegue un'interferenza costruttiva. La relazione fra l'angolo di diffrazione, la spaziatura interplanare e la lunghezza d'onda dei raggi X è espressa con l'equazione di Bragg. Questa relazione fornisce informazioni sulla disposizione altamente ordinata sottostante degli atomi nel cristallo.

Infine, i parametri del reticolo possono essere ricavati da queste informazioni tramite una serie di calcoli. Gli strumenti moderni raccolgono modelli di diffrazione da molti orientamenti diversi e usano le intensità dei modelli e degli spot per identificare la struttura cristallina che è più probabile che produca la combinazione di risultati osservata.