11.20 : Cristalografía de Rayos-X

En 1913, los científicos padre e hijo William Henry Bragg y William Lawrence Bragg notaron que cuando los rayos X inciden en un sólido cristalino en cierto ángulo, los rayos X se difractan y producen un patrón de puntos regularmente espaciados. Esto llevó al desarrollo de la cristalografía de rayos X, que utiliza este fenómeno para determinar las estructuras de los sólidos cristalinos que van desde compuestos iónicos simples a macromoléculas complejas como ácidos nucleicos y proteínas. Recuerde que las ondas electromagnéticas difractadas sufren interferencias constructivas y destructivas.

Esto produce patrones de interferencia, o patrones de difracción, que muestran la intensidad variable de las ondas difractadas en diferentes puntos del espacio. Los rayos X son difractados por los electrones de los átomos si los átomos están espaciados regularmente y la longitud de onda de los rayos X es similar a la distancia interatómica. Cuando los rayos X se difractan de los átomos en diferentes planos, las ondas difractadas pueden estar en fase o no.

Esto depende del espaciamiento interplanar, d, y del ángulo en el que los rayos X inciden en los átomos, o del ángulo de incidencia, theta. Esto se debe a que los caminos que toman los rayos X desde la fuente hasta el detector tienen diferentes longitudes. Si la diferencia de trayectoria es un múltiplo entero de la longitud de onda de los rayos X, entonces los rayos X interfieren constructivamente.

Esto da como resultado el patrón de puntos regularmente espaciados de ondas difractadas observado por los Braggs, donde cada punto representa un ángulo de difracción que da como resultado una interferencia constructiva. La relación entre el ángulo de difracción, el espaciado interplanar y la longitud de onda de los rayos X se expresa con la ecuación de Bragg. Esta relación proporciona información sobre la disposición subyacente altamente ordenada de los átomos en el cristal.

En última instancia, los parámetros de la red se pueden derivar de esta información mediante una serie de cálculos. Los instrumentos modernos recopilan patrones de difracción de muchas orientaciones diferentes y utilizan los patrones y las intensidades de los puntos para identificar la estructura cristalina que es más probable que produzca la combinación de resultados observada.