Back to chapter

11.20:

X Işını Kristalografisi

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
X-ray Crystallography

Languages

Share

1913’te baba ve oğul bilim adamları William Henry Bragg ve William Lawrence Bragg, X ışınları kristal bir katıya belirli bir açıyla çarptığında, X ışınlarının kırıldığını ve düzenli aralıklarla bir desen oluşturduğunu fark ettiler. Bu, basit iyonik bileşiklerden nükleik asitler ve proteinler gibi karmaşık makromoleküllere kadar değişen kristal katı yapılarını belirlemek için bu fenomeni kullanan X-ışını kristalografisinin geliştirilmesine yol açtı. Kırınan elektromanyetik dalgaların yapıcı ve yıkıcı girişime maruz kaldığını hatırlayın.Bu, uzayda farklı noktalarda kırılan dalgaların değişen yoğunluğunu gösteren girişim desenleri veya kırınım desenleri üretir. Atomlar düzenli aralıklarla yerleştirilmişse ve X-ışını dalga boyu atomlar arası mesafeye benziyorsa, X ışınları atomların elektronları tarafından kırılır. X ışınları atomlardan farklı düzlemlerde kırıldığında, kırılan dalgalar aynı fazda olabilir veya olmayabilir.Bu, düzlemler arası boşluk d’ye ve X-ışınlarının atomlara çarptığı açıya veya geliş açısı, teta’ya bağlıdır. Bunun nedeni, X ışınlarının kaynaktan detektöre kadar aldığı yolların farklı uzunluklara sahip olmasıdır. Yol farkı, X ışınlarının dalga boyunun tam sayı katı ise, o zaman X ışınları yapısal olarak karışır.Bu, Braggs’ın gözlemlendiği düzenli aralıklı kırınım dalgaları modeline yol açar burada her nokta, yapıcı girişimle sonuçlanan bir kırınım açısını temsil eder. Kırınım açısı, düzlemler arası boşluk ve X-ışını dalga boyu arasındaki ilişki Bragg denklemi ile ifade edilir. Bu ilişki, kristaldeki atomların temelde yatan son derece düzenli düzenlenişi hakkında bilgi sağlar.Nihayetinde, kafes parametreleri bir dizi hesaplama yoluyla bu bilgilerden türetilebilir. Modern araçlar, birçok farklı yönden kırınım modellerini toplar ve gözlemlenen sonuç kombinasyonunu üretme olasılığı en yüksek olan kristal yapıyı tanımlamak için desenleri ve nokta yoğunluklarını kullanır.

11.20:

X Işını Kristalografisi

Birim hücrenin boyutu ve bir kristaldeki atomların düzeni, X ışınlarının kristalografisi olarak adlandırılan kristal tarafından X ışınlarının kırınımının ölçümlerinden belirlenebilir.

Kırınım

Kırınım, boyutları ışığın dalga boyuyla karşılaştırılabilir fiziksel bir engelle karşılaştığında elektromanyetik bir dalganın yaşadığı hareket yönündeki değişikliktir. X-ışınları, kristallerdeki komşu atomlar arasındaki mesafe kadar (birkaç angstrom düzeninde) dalga boylarına sahip elektromanyetik radyasyondur. Tek renkli X ışınları bir kristale çarptığında, kristalin içindeki atomlar tarafından ışınları her yöne dağılır. Aynı yönde hareket eden dağınık dalgalar birbirleriyle karşılaştıklarında, bir araya gelen dalgaların maksimumlarının ayrılma derecesine bağlı olarak dalgaların genlikte (yoğunluk) bir artış veya azalma sağlamak için birleştiği bir işlem olan girişimden geçerler.

Bragg Yasası ve Bragg Denklemi

Belirli bir dalga boyundaki X-ışınları, λ, bir mesafe d ile ayrılan bitişik kristal düzlemlerdeki atomlar tarafından saçıldığında, kombinasyonlarından önceki iki dalga, dalga boyunun bir tamsayı faktörü olan n‘dir. Bu Bragg's law. Kırınımlı ışının açısı θ, dalga boyu ve atomlar arası mesafe ile = 2d sin θ denklemiyle ilişkilendirildiğinde bu koşul sağlanır. Bu ilişki, bu fenomeni açıklayan İngiliz fizikçiler W.H. Bragg ve W.L. Bragg onuruna Bragg equation olarak bilinir. Katkılarından dolayı 1915’te Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldüler.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır Openstax, Chemistry 2e, Section 10.6: Lattice Structures in Crystalline Solids.