Cos’è la cristallografia a raggi X?

Cristallografia a raggi X è una tecnica non distruttiva utilizzata per determinare la struttura cristallina di un cristallo. Implica l'uso di raggi X e tecniche di diffrazione per determinare la disposizione spaziale di atomi, ioni o molecole all'interno di un cristallo.

I raggi X sono un tipo di radiazione elettromagnetica, proprio come la luce visibile, ma hanno una lunghezza d'onda più corta e un'energia maggiore rispetto alla luce visibile. Ciò consente ai raggi X di passare attraverso la maggior parte dei materiali ma di interagire comunque con i nuclei atomici all'interno del materiale.

Ecco una spiegazione passo passo di come funziona la cristallografia a raggi X:

1. Preparazione dei cristalli: È necessario utilizzare cristalli che abbiano dimensioni e regolarità sufficienti per la diffrazione dei raggi X.

2. Generazione di raggi X: Un fascio altamente focalizzato di raggi X monocromatici (singola lunghezza d'onda) viene prodotto utilizzando una sorgente di raggi X come un anodo rotante o un sincrotrone.

3. Montaggio in cristallo: Il cristallo è accuratamente allineato nel percorso del fascio di raggi X.

4. Diffrazione :I raggi X interagiscono con le nubi di elettroni degli atomi all'interno del cristallo, provocando la dispersione dei raggi e producendo una figura di diffrazione. Lo schema di diffrazione consiste in una serie di punti o riflessioni discreti su un rilevatore, come una pellicola fotografica o un sensore elettronico.

5. Raccolta dati: I modelli di diffrazione raccolti da diversi orientamenti o angoli del cristallo vengono catturati utilizzando un rilevatore. Ciò si traduce in una serie di dati sperimentali che rappresentano l'intensità e la posizione dei fasci di raggi X diffratti.

6. Elaborazione dati: I dati raccolti vengono poi sottoposti a vari processi computazionali per estrarre le informazioni strutturali. Ciò comporta passaggi come la determinazione della simmetria cristallina, il calcolo del fattore di struttura (un'espressione matematica correlata alla densità elettronica) e la correzione di vari errori sperimentali.

7. Costruzione di modelli strutturali: Utilizzando i dati elaborati, gli scienziati costruiscono un modello tridimensionale della struttura cristallina. Questa operazione viene in genere eseguita utilizzando un software per computer e richiede un processo di perfezionamento iterativo per garantire che il modello corrisponda accuratamente ai dati sperimentali.

8. Analisi: Il modello di struttura cristallina risultante consente agli scienziati di visualizzare e analizzare la disposizione degli atomi all'interno del cristallo e determinarne posizioni, simmetrie e schemi di legame. Queste informazioni forniscono preziose informazioni sulla struttura molecolare, sulla composizione chimica e sulle proprietà fisiche del materiale.

La cristallografia a raggi X è ampiamente utilizzata in vari campi, tra cui chimica, scienza dei materiali, mineralogia, biologia e farmacologia, per comprendere i dettagli a livello atomico di materiali cristallini e macromolecole come proteine, minerali e prodotti farmaceutici. I progressi nella potenza computazionale e nelle tecniche sperimentali hanno reso la cristallografia a raggi X un potente strumento per indagare e comprendere le strutture e le proprietà di un'ampia gamma di materiali.