La dimensione della cella unitaria e la disposizione degli atomi in un cristallo possono essere determinate dalle misurazioni della diffrazione dei raggi X da parte del cristallo, direttamente cristallografia a raggi X.
Diffrazione
La diffrazione è il cambiamento nella direzione di marcia sperimentato da un’onda elettromagnetica quando incontra una barriera fisica le cui dimensioni sono paragonabili a quelle della lunghezza d’onda della luce. I raggi X sono radiazioni elettromagnetiche con lunghezze d’onda lunghe circa la distanza tra gli atomi vicini nei cristalli (dell’ordine di pochi angstrom). Quando un fascio di raggi X monocromatici colpisce un cristallo, i suoi raggi sono sparsi in tutte le direzioni dagli atomi all’interno del cristallo. Quando le onde sparse che viaggiano nella stessa direzione si incontrano, subiscono interferenze, un processo attraverso il quale le onde si combinano per produrre un aumento o una diminuzione dell’ampiezza (intensità) a seconda della misura in cui i massimi delle onde combinate sono separati.
Legge di Bragg ed equazione di Bragg
Quando i raggi X di una certa lunghezza d’onda, λ, sono sparsi da atomi in piani cristallini adiacenti separati da una distanza, d, possono subire interferenze costruttive quando la differenza tra le distanze percorse dalle due onde prima della loro combinazione è un fattore intero, n, della lunghezza d’onda. Questa è la legge di Bragg. Questa condizione è soddisfatta quando l’angolo del fascio diffratta, θ, è correlato alla lunghezza d’onda e alla distanza interatomica dall’equazione: nλ = 2d sin θ. Questa relazione è nota come equazione di Bragg in onore di W. H. Bragg e W. L. Bragg, i fisici inglesi che spiegano questo fenomeno. Ricevettero il Premio Nobel per la fisica nel 1915 per i loro contributi.
Questo testo è stato adattato da Openstax, Chemistry 2e, Section 10.6: Lattice Structures in Crystalline Solids.
