Cristalografía
La cristalografía es la ciencia experimental de determinar la disposición de los átomos en sólidos cristalinos (ver estructura cristalina ). La palabra "cristalografía" se deriva de las palabras griegas crystallon "gota fría, gota congelada", cuyo significado se extiende a todos los sólidos con algún grado de transparencia, y graphein "escribir". En julio de 2012, las Naciones Unidas reconocieron la importancia de la ciencia de la cristalografía al proclamar que 2014 sería el Año Internacional de la Cristalografía. [1]
Antes del desarrollo de la cristalografía de difracción de rayos X (ver más abajo), el estudio de los cristales se basaba en mediciones físicas de su geometría utilizando un goniómetro . [2] Esto implicó medir los ángulos de las caras de los cristales entre sí y con los ejes de referencia teóricos (ejes cristalográficos), y establecer la simetría del cristal en cuestión. La posición en el espacio 3D de cada cara de cristal se traza en una red estereográfica como una red Wulff o una red Lambert . El polo a cada cara se traza en la red. Cada punto está etiquetado con su índice de Miller . El gráfico final permite establecer la simetría del cristal.
Los métodos cristalográficos ahora dependen del análisis de los patrones de difracción de una muestra dirigida por un haz de algún tipo. Los rayos X son los más utilizados; otros haces utilizados incluyen electrones o neutrones . Los cristalógrafos suelen indicar explícitamente el tipo de haz utilizado, como en los términos cristalografía de rayos X , difracción de neutrones y difracción de electrones . Estos tres tipos de radiación interactúan con la muestra de diferentes maneras.
Debido a estas diferentes formas de interacción, los tres tipos de radiación son adecuados para diferentes estudios cristalográficos.
Con las técnicas de imagen convencionales, como la microscopía óptica , obtener una imagen de un objeto pequeño requiere recolectar luz con una lente de aumento . La resolución de cualquier sistema óptico está limitada por el límite de difracción de la luz, que depende de su longitud de onda. Por lo tanto, la claridad general de los mapas de densidad de electrones cristalográficos resultantes depende en gran medida de la resolución de los datos de difracción, que se pueden clasificar como: baja, media, alta y atómica. [3] Por ejemplo, la luz visible tiene una longitud de onda de aproximadamente 4000 a 7000 ångström , que es tres órdenes de magnitud más larga que la longitud de los enlaces atómicos y átomos típicos.ellos mismos (alrededor de 1 a 2 Å). Por lo tanto, un microscopio óptico convencional no puede resolver la disposición espacial de los átomos en un cristal. Para hacerlo, necesitaríamos radiación con longitudes de onda mucho más cortas, como rayos X o haces de neutrones.
Desafortunadamente, enfocar rayos X con lentes ópticos convencionales puede ser un desafío. Los científicos han tenido cierto éxito enfocando los rayos X con placas microscópicas de la zona de Fresnel hechas de oro y mediante la reflexión de ángulo crítico dentro de largos capilares cónicos. [4] Los rayos X difractados o los haces de neutrones no pueden enfocarse para producir imágenes, por lo que la estructura de la muestra debe reconstruirse a partir del patrón de difracción .
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