Back to chapter

11.20:

קריסטלוגרפיית קרני רנטגן

JoVE Core
Chimie
Un abonnement à JoVE est nécessaire pour voir ce contenu.  Connectez-vous ou commencez votre essai gratuit.
JoVE Core Chimie
X-ray Crystallography

Langues

Diviser

בשנת 1913, האב והבן המדענים ויליאם הנרי בראג וויליאם לורנס בראג הבחינו שכשקרני רנטגן פוגעות במוצק גבישי בזווית מסוימת, יש עקיפה בצילומי הרנטגן ונוצרת תבנית של נקודות הנמצאות במרווחים קבועים זו מזו. זה הוביל להתפתחות של קריסטלוגרפיית רנטגן, המשתמשת בתופעה זו כדי לקבוע את המבנים של מוצקים גבישיים הנעים מתרכובות יוניות פשוטות למקרו-מולקולות מורכבות כמו חומצות גרעין וחלבונים. זכרו שגלים אלקטרומגנטיים עוקפים עוברים התאבכות בונה והורסת.זה מוביל לדפוסי התאבכות או עקיפה, המדגימים את העוצמה המשתנה של הגלים עוקפים על ידי נקודות שונות בחלל. קרני רנטגן עוקפות אלקטרונים של אטומים אם יש מרווחים קבועים בין האטומים ואורך הגל של קרני הרנטגן קרוב למרחק בין האטומים. כשקרני רנטגן עוקפות אלקטרונים במישורים שונים, הגלים העוקפים יכולים להיות באותה הפאזה או בפאזה הפוכה.הדבר תלוי במרווח שבין המישורים, d, ובזווית שבה קרני הרנטגן פגעו באטומים או בזווית הפגיעה, תטא. זאת משום שהמסלולים שקרני רנטגן עושות מהמקור עד לגלאי הם באורכים שונים. אם הפרש המסלול הוא מכפלה שלמה של אורך הגל של קרני רנטגן, אז קרני הרנטגן עוברות התאבכות בונה.זה מוביל לדפוס של מרווחים קבועים של גלים עוקפים שצפו האב והבן בראג, כשכל כתם מייצג זווית עקיפה, המובילה להתאבכות בונה. הקשר בין זווית העקיפה, המרווח הבין-מישורי ואורך הגל של קרני הרנטגן מבוטא במשוואת בראג. קשר זה מספק מידע על מבנה הבסיס המסודר ביותר של האטומים בגביש.בסופו של דבר, ניתן לחלץ את הפרמטרים של הסריג ממידע זה באמצעות סדרת חישובים. מכשירים מודרניים אוספים דפוסי עקיפה מאוריינטציות מגוונות ומשתמשים בדפוסים ובעוצמות של הכתמים כדי לזהות את מבנה הגביש שהכי סביר שייצר את שילוב התוצאות שנצפה.

11.20:

קריסטלוגרפיית קרני רנטגן

The size of the unit cell and the arrangement of atoms in a crystal may be determined from measurements of the diffraction of X-rays by the crystal, termed X-ray crystallography.

Diffraction

Diffraction is the change in the direction of travel experienced by an electromagnetic wave when it encounters a physical barrier whose dimensions are comparable to those of the wavelength of the light. X-rays are electromagnetic radiation with wavelengths about as long as the distance between neighboring atoms in crystals (on the order of a few angstroms). When a beam of monochromatic X-rays strikes a crystal, its rays are scattered in all directions by the atoms within the crystal. When scattered waves traveling in the same direction encounter one another, they undergo interference, a process by which the waves combine to yield either an increase or a decrease in amplitude (intensity) depending upon the extent to which the combining waves’ maxima are separated.

Bragg’s Law and Bragg’s Equation

When X-rays of a certain wavelength, λ, are scattered by atoms in adjacent crystal planes separated by a distance, d, they may undergo constructive interference when the difference between the distances traveled by the two waves prior to their combination is an integer factor, n, of the wavelength. This is Bragg's law. This condition is satisfied when the angle of the diffracted beam, θ, is related to the wavelength and interatomic distance by the equation: = 2d sin θ. This relation is known as the Bragg equation in honor of W. H. Bragg and W. L. Bragg, the English physicists who explained this phenomenon. They were awarded the Nobel Prize in Physics in 1915 for their contributions.

This text has been adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 10.6: Lattice Structures in Crystalline Solids.