Κρυσταλλογραφία ακτίνων-Χ
Η κρυσταλλογραφία ακτίνων-Χ είναι ένας τρόπος για να δούμε την τρισδιάστατη δομή ενός μορίου. Το ηλεκτρονιακό νέφος ενός ατόμου κάμπτει ελαφρώς τις ακτίνες Χ. Αυτό δημιουργεί μια "εικόνα" του μορίου που μπορεί να δει κανείς σε μια οθόνη. Μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για οργανικά όσο και για ανόργανα μόρια. Το δείγμα δεν καταστρέφεται κατά τη διαδικασία.
Η τεχνική εφευρέθηκε από κοινού από τον Sir William Bragg (1862-1942) και τον γιο του Sir Lawrence Bragg (1890-1971). Κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής για το 1915. Ο Λόρενς Μπραγκ είναι ο νεότερος σε ηλικία βραβευμένος με Νόμπελ. Ήταν διευθυντής του εργαστηρίου Cavendish του Πανεπιστημίου του Κέιμπριτζ, όταν τον Φεβρουάριο του 1953 έγινε η ανακάλυψη της δομής του DNA από τους James D. Watson , Francis Crick , Maurice Wilkins και Rosalind Franklin.
Η παλαιότερη μέθοδος κρυσταλλογραφίας ακτίνων-Χ είναι η περίθλαση ακτίνων-Χ (XRD). Οι ακτίνες-Χ εκτοξεύονται σε έναν ενιαίο κρύσταλλο και ο τρόπος με τον οποίο σκεδάζονται παράγει ένα μοτίβο. Αυτά τα μοτίβα χρησιμοποιούνται για να υπολογιστεί η διάταξη των ατόμων στο εσωτερικό του κρυστάλλου.
Διάγραμμα περίθλασης ακτίνων Χ ενός κρυσταλλωμένου ενζύμου. Το μοτίβο των κηλίδων (αντανακλάσεις) και η σχετική ένταση κάθε κηλίδας (εντάσεις) χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία της δομής του ενζύμου.
Διάγραμμα περίθλασης ακτίνων Χ ενός κρυσταλλωμένου ενζύμου. Το μοτίβο των κηλίδων (αντανακλάσεις) και η σχετική ένταση κάθε κηλίδας (εντάσεις) χρησιμοποιούνται για την επεξεργασία της δομής του ενζύμου.
Ανάλυση κρυστάλλων με ακτίνες Χ
Οι κρύσταλλοι είναι κανονικές συστοιχίες ατόμων, που σημαίνει ότι τα άτομα επαναλαμβάνονται ξανά και ξανά και στις τρεις διαστάσεις. Οι ακτίνες Χ είναι κύματα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Όταν οι ακτίνες-Χ συναντούν άτομα, τα ηλεκτρόνια στα άτομα προκαλούν σκέδαση των ακτίνων-Χ προς όλες τις κατευθύνσεις. Επειδή οι ακτίνες-Χ εκπέμπονται προς όλες τις κατευθύνσεις, μια ακτίνα-Χ που προσκρούει σε ένα ηλεκτρόνιο παράγει δευτερογενή σφαιρικά κύματα που εκπέμπονται από το ηλεκτρόνιο. Το ηλεκτρόνιο είναι γνωστό ως σκεδαστής. Μια κανονική διάταξη σκεδαστών (εδώ το επαναλαμβανόμενο μοτίβο των ατόμων στον κρύσταλλο) παράγει μια κανονική διάταξη σφαιρικών κυμάτων. Αν και τα κύματα αυτά αλληλοεξουδετερώνονται στις περισσότερες κατευθύνσεις, αθροίζονται σε μερικές συγκεκριμένες κατευθύνσεις, που καθορίζονται από το νόμο του Bragg:
2 d sin θ = n λ {\displaystyle 2d\sin \theta =n\lambda } 
Εδώ d είναι η απόσταση μεταξύ των επιπέδων διάθλασης, θ {\displaystyle \theta } 
είναι η γωνία πρόσπτωσης, n είναι οποιοσδήποτε ακέραιος αριθμός και λ είναι το μήκος κύματος της δέσμης. Αυτές οι συγκεκριμένες κατευθύνσεις εμφανίζονται ως σημεία στο διάγραμμα περίθλασης που ονομάζονται ανακλάσεις. Έτσι, η περίθλαση ακτίνων Χ προκύπτει από την πρόσπτωση ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος (της ακτίνας Χ) σε μια κανονική διάταξη σκεδαστών (την επαναλαμβανόμενη διάταξη των ατόμων μέσα στον κρύσταλλο).
Η εισερχόμενη δέσμη (από πάνω αριστερά) αναγκάζει κάθε σκεδαστή (π.χ. ηλεκτρόνιο) να επανεκπέμψει ένα μέρος της ενέργειάς του ως σφαιρικό κύμα. Εάν τα άτομα είναι τοποθετημένα συμμετρικά με απόσταση d, αυτά τα σφαιρικά κύματα θα αθροιστούν μόνο εκεί όπου η διαφορά μήκους διαδρομής τους 2d sin θ ισούται με πολλαπλάσιο του μήκους κύματος λ. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται ένα σημείο ανάκλασης στο διάγραμμα περίθλασης
Ανάλυση κρυστάλλων με ακτίνες Χ
Οι κρύσταλλοι είναι κανονικές συστοιχίες ατόμων, που σημαίνει ότι τα άτομα επαναλαμβάνονται ξανά και ξανά και στις τρεις διαστάσεις. Οι ακτίνες Χ είναι κύματα ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας. Όταν οι ακτίνες-Χ συναντούν άτομα, τα ηλεκτρόνια στα άτομα προκαλούν σκέδαση των ακτίνων-Χ προς όλες τις κατευθύνσεις. Επειδή οι ακτίνες-Χ εκπέμπονται προς όλες τις κατευθύνσεις, μια ακτίνα-Χ που προσκρούει σε ένα ηλεκτρόνιο παράγει δευτερογενή σφαιρικά κύματα που εκπέμπονται από το ηλεκτρόνιο. Το ηλεκτρόνιο είναι γνωστό ως σκεδαστής. Μια κανονική διάταξη σκεδαστών (εδώ το επαναλαμβανόμενο μοτίβο των ατόμων στον κρύσταλλο) παράγει μια κανονική διάταξη σφαιρικών κυμάτων. Αν και τα κύματα αυτά αλληλοεξουδετερώνονται στις περισσότερες κατευθύνσεις, αθροίζονται σε μερικές συγκεκριμένες κατευθύνσεις, που καθορίζονται από το νόμο του Bragg:
2 d sin θ = n λ {\displaystyle 2d\sin \theta =n\lambda }
Εδώ d είναι η απόσταση μεταξύ των επιπέδων διάθλασης, θ {\displaystyle \theta } είναι η γωνία πρόσπτωσης, n είναι οποιοσδήποτε ακέραιος αριθμός και λ είναι το μήκος κύματος της δέσμης. Αυτές οι συγκεκριμένες κατευθύνσεις εμφανίζονται ως σημεία στο διάγραμμα περίθλασης που ονομάζονται ανακλάσεις. Έτσι, η περίθλαση ακτίνων Χ προκύπτει από την πρόσπτωση ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος (της ακτίνας Χ) σε μια κανονική διάταξη σκεδαστών (την επαναλαμβανόμενη διάταξη των ατόμων μέσα στον κρύσταλλο).
Η εισερχόμενη δέσμη (από πάνω αριστερά) αναγκάζει κάθε σκεδαστή (π.χ. ηλεκτρόνιο) να επανεκπέμψει ένα μέρος της ενέργειάς του ως σφαιρικό κύμα. Εάν τα άτομα είναι τοποθετημένα συμμετρικά με απόσταση d, αυτά τα σφαιρικά κύματα θα αθροιστούν μόνο εκεί όπου η διαφορά μήκους διαδρομής τους 2d sin θ ισούται με πολλαπλάσιο του μήκους κύματος λ. Σε αυτή την περίπτωση, εμφανίζεται ένα σημείο ανάκλασης στο διάγραμμα περίθλασης
Σχετικές σελίδες
Σχετικές σελίδες
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Q: Τι είναι η κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ;
A: Η κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται για να δούμε την τρισδιάστατη δομή ενός μορίου, η οποία δημιουργεί μια εικόνα σε μια οθόνη κάμπτοντας τις ακτίνες Χ από το νέφος ηλεκτρονίων ενός ατόμου.
Ερ: Μπορεί η κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ να χρησιμοποιηθεί τόσο για οργανικά όσο και για ανόργανα μόρια;
Α: Ναι, η κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μελέτη τόσο οργανικών όσο και ανόργανων μορίων.
Ερ: Ποιοι είναι οι εφευρέτες της κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ;
Α: Ο Sir William Bragg και ο γιος του Sir Lawrence Bragg εφηύραν από κοινού την κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ και κέρδισαν το βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1915 για την ανακάλυψή τους.
Ερ: Ποια είναι η παλαιότερη μέθοδος κρυσταλλογραφίας ακτίνων-Χ;
Α: Η παλαιότερη μέθοδος κρυσταλλογραφίας ακτίνων-Χ είναι η περίθλαση ακτίνων-Χ (XRD), κατά την οποία ακτίνες-Χ εκτοξεύονται σε έναν κρύσταλλο για να παραχθεί ένα μοτίβο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της διάταξης των ατόμων στο εσωτερικό του κρυστάλλου.
Ερ: Καταστράφηκε το δείγμα κατά τη διαδικασία της κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ;
Α: Όχι, το δείγμα δεν καταστρέφεται κατά τη διαδικασία κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ.
Ερ: Ποιος ήταν ο διευθυντής του εργαστηρίου Cavendish όταν έγινε η ανακάλυψη της δομής του DNA;
Α: Ο Sir Lawrence Bragg ήταν ο διευθυντής του εργαστηρίου Cavendish του Πανεπιστημίου του Cambridge, όταν έγινε η ανακάλυψη της δομής του DNA από τους James D. Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins και Rosalind Franklin τον Φεβρουάριο του 1953.
Ερ: Ποιος είναι ο νεότερος βραβευμένος με Νόμπελ Φυσικής;
Α: Ο Sir Lawrence Bragg είναι ο νεότερος βραβευμένος με Νόμπελ Φυσικής, καθώς κέρδισε το βραβείο το 1915 για την από κοινού ανακάλυψη της κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ με τον πατέρα του Sir William Bragg.
