11.21: Cristallographie aux rayons X

En 1913, les scientifiques père et fils William Henry Bragg et William Lawrence Bragg ont remarqué que lorsque les rayons X frappent un solide cristallin à un certain angle, les rayons X diffractent et produisent un motif de taches régulièrement espacées. Cela a conduit au développement de la cristallographie aux rayons X, qui utilise ce phénomène pour déterminer les structures des solides cristallins allant des simples composés ioniques aux macromolécules complexes comme les acides nucléiques et les protéines. Rappelez-vous que les ondes électromagnétiques diffractées subissent des interférences constructives et destructrices.

Cela produit des motifs d'interférence, ou modèles de diffraction, montrant l'intensité variable des ondes diffractées en différents points dans l'espace. Les rayons X sont diffractés par les électrons des atomes si les atomes sont régulièrement espacés et la longueur d'onde des rayons X est similaire à la distance interatomique. Lorsque les rayons X diffractent des atomes dans différents plans, les ondes diffractées peuvent ou non être en phase.

Cela dépend de l'espacement interplanaire, d, et l'angle auquel les rayons X ont frappé les atomes, ou l'angle d'incidence, thêta. En effet, les chemins empruntés par les rayons X à la source au détecteur ont des longueurs différentes. Si la différence de trajet un multiple entier de la longueur d'onde des rayons X, alors les rayons X interfèrent de manière constructive.

Cela se traduit par un schéma des taches espacées d'ondes diffractées observées par les Braggs, où chaque point représente un angle de diffraction résultant en une interférence constructive. La relation entre l'angle de diffraction, l'espacement interplanaire et la longeure d'onde des rayons X est représentée par l'équation de Bragg. Cette relation fournit des informations à propos de l'arrangement hautement ordonné sous-jacent des atomes dans le cristal.

Au final, les paramètres du maillage peuvent être dérivés de ces informations par une série de calculs. Les instruments modernes recueillent des modèles de diffraction de nombreuses orientations différentes et utilisent les modèles et les intensités des points pour identifier la structure cristalline la plus susceptible de produire la combinaison de résultats observés.