Cristalografía De Rayos X

Cristalografía de rayos X 1
Cristalografía de rayos X
Proceso de determinación de la estructura de una
molécula por cristalografía de rayos X
La cristalografía de rayos X es una técnica experimental para el
estudio y análisis de materiales, basada en el fenómeno de difracción
de los rayos X por sólidos en estado cristalino.
Los rayos X interactúan con los electrones que rodean los átomospor
ser su longitud de onda del mismo orden de magnitud que el radio
atómico. El haz de rayos X emergente tras esta interacción contiene
información sobre la posición y tipo de átomos encontrados en su
camino. En un cristal, donde la disposición de los átomos o moléculas
se repite periódicamente, los haces de rayos X dispersados
elásticamente por los átomos en ciertas direcciones resultanamplificados gracias al fenómeno de interferencia constructiva, dando
lugar a un patrón de difracción.[1] Los rayos X difractados son
interceptados por detectores y su intensidad y posición analizadas por
medios matemáticos para obtener una representación de las moléculas
del material estudiado a escala atómica.
Max von Laue realizó los primeros experimentos de cristalografía de
rayos X en1912. La teoría de difracción de cristales fue desarrollada
por von Laue, William Henry Bragg y William Lawrence Bragg. En la
actualidad es una de las técnicas más usadas para determinar las
propiedades estructurales de todo tipo de moléculas: sales, hielo,
proteínas y hasta orgánulos celulares como los ribosomas. Es posible trabajar con monocristales o con polvo
microcristalino, consiguiéndosediferentes datos en ambos casos. Para las aplicaciones que requieren solo una
caracterización precisa de los parámetros de la red cristalina, puede ser suficiente la difracción de rayos X por polvo;
para una dilucidación precisa de las posiciones atómicas se prefiere trabajar con monocristales.
La mayor limitación de este método es la necesidad de trabajar con sistemas cristalinos, por lo queno es aplicable a
disoluciones, a sistemas biológicos in vivo, a sistemas amorfos o a gases. En algunos casos, los rayos X pueden
romper los enlaces químicos que mantienen la integridad estructural, lo que resulta en un modelo distorsionado de la
molécula estudiada. Este problema afecta especialmente a los materiales de interés biológico.
Historia
Primeros experimentos
Pioneros de lacristalografía de rayos X. De arriba abajo: William H. Bragg, su hijo William L. Bragg y Max von
Laue.
La idea de que los cristales eran una repetición periódica de un grupo de moléculas ya se había propuesto
anteriormente a que Wilhelm Conrad Röntgen descubriera los rayos-X en 1895. Aunque las distancias típicas entre
los planos del la red cristalina se desconocían, se sabía que debían ser muypequeñas comparadas con la longitud de
onda de la luz visible. Esto dio la idea al físico alemán Max von Laue de utilizar cristales de sulfato de cobre para
determinar si los rayos X se componían de partículas u ondas: dedujo que, si fueran ondas, deberían generar un
patrón de difracción al atravesar los cristales. Los experimentos se realizaron en 1912, con la ayuda de Walter
Friedrich y PaulKnipping, ambos antiguos estudiantes de Röntgen. Estos experimentos confirmaron la presencia de
difracción.
Cristalografía de rayos X 2
Poco después, los británicos William Henry Bragg y William Lawrence Bragg (padre e hijo respectivamente)
reprodujeron el experimento y W.L. Bragg interpretó los resultados como la interferencia de los rayos X reflejados
por el cristal, introduciendo la descripciónconocida desde entonces como la ley de Bragg.[2] En 1913, Paul Ewald
demostró que las dos interpretaciones de los resultados publicadas respectivamente por von Laue y Bragg eran
equivalentes.[3] Von Laue recibió el premio Nobel de Física en 1914 por su descubrimiento del fenómeno, y los
Bragg recibieron el premio un año más tarde por su trabajo en las aplicaciones prácticas.[4][5]Hacia el...