Cristalografía de rayos X
La cristalografía de rayos X es una forma de ver la estructura tridimensional de una molécula. La nube de electrones de un átomo desvía ligeramente los rayos X. Así se obtiene una "imagen" de la molécula que puede verse en una pantalla. Puede utilizarse tanto para moléculas orgánicas como inorgánicas. La muestra no se destruye en el proceso.
La técnica fue inventada conjuntamente por Sir William Bragg (1862-1942) y su hijo Sir Lawrence Bragg (1890-1971). Ganaron el Premio Nobel de Física de 1915. Lawrence Bragg es el más joven en recibir un premio Nobel. Era el director del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge cuando James D. Watson , Francis Crick , Maurice Wilkins y Rosalind Franklin descubrieron la estructura del ADN en febrero de 1953.
El método más antiguo de cristalografía de rayos X es la difracción de rayos X (DRX). Los rayos X se disparan a un solo cristal y la forma en que se dispersan produce un patrón. Estos patrones se utilizan para determinar la disposición de los átomos en el interior del cristal.
Patrón de difracción de rayos X de una enzima cristalizada. El patrón de manchas (reflexiones) y la fuerza relativa de cada mancha (intensidades) se utiliza para elaborar la estructura de la enzima
Patrón de difracción de rayos X de una enzima cristalizada. El patrón de manchas (reflexiones) y la fuerza relativa de cada mancha (intensidades) se utiliza para elaborar la estructura de la enzima
Análisis de rayos X de los cristales
Los cristales son conjuntos regulares de átomos, lo que significa que los átomos se repiten una y otra vez en las tres dimensiones. Los rayos X son ondas de radiación electromagnética. Cuando los rayos X se encuentran con los átomos, los electrones de éstos hacen que los rayos X se dispersen en todas las direcciones. Dado que los rayos X se emiten en todas las direcciones, un rayo X que choca con un electrón produce ondas esféricas secundarias que emanan del electrón. El electrón se conoce como dispersor. Un conjunto regular de dispersores (en este caso el patrón de repetición de los átomos en el cristal) produce un conjunto regular de ondas esféricas. Aunque estas ondas se anulan entre sí en la mayoría de las direcciones, se suman en algunas direcciones específicas, determinadas por la ley de Bragg:
2 d sin θ = n λ {\displaystyle 2d\sin \theta =n\lambda } 
Aquí d es el espacio entre los planos difractores, θ {\displaystyle \theta }
es el ángulo incidente, n es un número entero cualquiera, y λ es la longitud de onda del haz. Estas direcciones específicas aparecen como manchas en el patrón de difracción llamadas reflexiones. Por lo tanto, la difracción de rayos X es el resultado de una onda electromagnética (los rayos X) que incide en un conjunto regular de dispersores (la disposición repetida de los átomos dentro del cristal).
El haz entrante (desde arriba a la izquierda) hace que cada dispersor (por ejemplo, un electrón) irradie una parte de su energía en forma de onda esférica. Si los átomos están dispuestos simétricamente con una separación d, estas ondas esféricas se sumarán sólo cuando su diferencia de longitud de trayectoria 2d sin θ sea igual a un múltiplo de la longitud de onda λ. En ese caso, se produce un punto de reflexión en el patrón de difracción
Análisis de rayos X de los cristales
Los cristales son conjuntos regulares de átomos, lo que significa que los átomos se repiten una y otra vez en las tres dimensiones. Los rayos X son ondas de radiación electromagnética. Cuando los rayos X se encuentran con los átomos, los electrones de éstos hacen que los rayos X se dispersen en todas las direcciones. Dado que los rayos X se emiten en todas las direcciones, un rayo X que choca con un electrón produce ondas esféricas secundarias que emanan del electrón. El electrón se conoce como dispersor. Un conjunto regular de dispersores (en este caso el patrón de repetición de los átomos en el cristal) produce un conjunto regular de ondas esféricas. Aunque estas ondas se anulan entre sí en la mayoría de las direcciones, se suman en algunas direcciones específicas, determinadas por la ley de Bragg:
2 d sin θ = n λ {\displaystyle 2d\sin \theta =n\lambda }
Aquí d es el espacio entre los planos difractores, θ {\displaystyle \theta } es el ángulo incidente, n es un número entero cualquiera, y λ es la longitud de onda del haz. Estas direcciones específicas aparecen como manchas en el patrón de difracción llamadas reflexiones. Por lo tanto, la difracción de rayos X es el resultado de una onda electromagnética (los rayos X) que incide en un conjunto regular de dispersores (la disposición repetida de los átomos dentro del cristal).
El haz entrante (desde arriba a la izquierda) hace que cada dispersor (por ejemplo, un electrón) irradie una parte de su energía en forma de onda esférica. Si los átomos están dispuestos simétricamente con una separación d, estas ondas esféricas se sumarán sólo cuando su diferencia de longitud de trayectoria 2d sin θ sea igual a un múltiplo de la longitud de onda λ. En ese caso, se produce un punto de reflexión en el patrón de difracción
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Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es la cristalografía de rayos X?
R: La cristalografía de rayos X es una técnica utilizada para ver la estructura tridimensional de una molécula, que crea una imagen en una pantalla al desviar los rayos X de la nube de electrones de un átomo.
P: ¿Puede utilizarse la cristalografía de rayos X tanto para moléculas orgánicas como inorgánicas?
R: Sí, la cristalografía de rayos X puede utilizarse para estudiar moléculas tanto orgánicas como inorgánicas.
P: ¿Quiénes son los inventores de la cristalografía de rayos X?
R: Sir William Bragg y su hijo Sir Lawrence Bragg inventaron conjuntamente la cristalografía de rayos X y ganaron el Premio Nobel de Física en 1915 por su descubrimiento.
P: ¿Cuál es el método más antiguo de cristalografía de rayos X?
R: El método más antiguo de cristalografía de rayos X es la difracción de rayos X (DRX), en la que se disparan rayos X a un único cristal para producir un patrón que puede utilizarse para determinar la disposición de los átomos en el interior del cristal.
P: ¿Se destruyó la muestra durante el proceso de cristalografía de rayos X?
R: No, la muestra no se destruye durante el proceso de cristalografía de rayos X.
P: ¿Quién era el director del Laboratorio Cavendish cuando se descubrió la estructura del ADN?
R: Sir Lawrence Bragg era el Director del Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge cuando James D. Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins y Rosalind Franklin realizaron el descubrimiento de la estructura del ADN en febrero de 1953.
P: ¿Quién es el Premio Nobel de Física más joven?
R: Sir Lawrence Bragg es el Premio Nobel de Física más joven, ya que obtuvo el galardón en 1915 por su descubrimiento conjunto de la cristalografía de rayos X con su padre Sir William Bragg.
