11.20 : X Işını Kristalografisi

1913'te baba ve oğul bilim adamları William Henry Bragg ve William Lawrence Bragg, X ışınları kristal bir katıya belirli bir açıyla çarptığında, X ışınlarının kırıldığını ve düzenli aralıklarla bir desen oluşturduğunu fark ettiler. Bu, basit iyonik bileşiklerden nükleik asitler ve proteinler gibi karmaşık makromoleküllere kadar değişen kristal katı yapılarını belirlemek için bu fenomeni kullanan X-ışını kristalografisinin geliştirilmesine yol açtı. Kırınan elektromanyetik dalgaların yapıcı ve yıkıcı girişime maruz kaldığını hatırlayın.

Bu, uzayda farklı noktalarda kırılan dalgaların değişen yoğunluğunu gösteren girişim desenleri veya kırınım desenleri üretir. Atomlar düzenli aralıklarla yerleştirilmişse ve X-ışını dalga boyu atomlar arası mesafeye benziyorsa, X ışınları atomların elektronları tarafından kırılır. X ışınları atomlardan farklı düzlemlerde kırıldığında, kırılan dalgalar aynı fazda olabilir veya olmayabilir.

Bu, düzlemler arası boşluk d'ye ve X-ışınlarının atomlara çarptığı açıya veya geliş açısı, teta'ya bağlıdır. Bunun nedeni, X ışınlarının kaynaktan detektöre kadar aldığı yolların farklı uzunluklara sahip olmasıdır. Yol farkı, X ışınlarının dalga boyunun tam sayı katı ise, o zaman X ışınları yapısal olarak karışır.

Bu, Braggs'ın gözlemlendiği düzenli aralıklı kırınım dalgaları modeline yol açar burada her nokta, yapıcı girişimle sonuçlanan bir kırınım açısını temsil eder. Kırınım açısı, düzlemler arası boşluk ve X-ışını dalga boyu arasındaki ilişki Bragg denklemi ile ifade edilir. Bu ilişki, kristaldeki atomların temelde yatan son derece düzenli düzenlenişi hakkında bilgi sağlar.

Nihayetinde, kafes parametreleri bir dizi hesaplama yoluyla bu bilgilerden türetilebilir. Modern araçlar, birçok farklı yönden kırınım modellerini toplar ve gözlemlenen sonuç kombinasyonunu üretme olasılığı en yüksek olan kristal yapıyı tanımlamak için desenleri ve nokta yoğunluklarını kullanır.