La cristallografia a raggi X è una tecnica utilizzata per determinare la struttura atomica e molecolare di un cristallo, dove la struttura cristallina causa l'incidente raggi X fascio di diffrangere in molte direzioni specifiche. Misurando l'angolo e l'intensità di questi raggi diffratti, i cristallografi possono produrre un'immagine tridimensionale della densità elettronica all'interno del cristallo. Sulla base di questa densità elettronica è possibile determinare la posizione media degli atomi nel cristallo, nonché i loro legami chimici, i loro ostacoli cristallografici e varie altre informazioni.

Poiché molti materiali possono formare cristalli, come sali, metalli, minerali, semiconduttori e una varietà di molecole inorganiche, organiche e biomolecole, la cristallografia a raggi X è diventata la base per gli sviluppi in molti campi della scienza. Nei suoi primi decenni di utilizzo, il metodo determinava la dimensione degli atomi, la lunghezza e il tipo di legami chimici e le differenze a livello atomico tra vari materiali, in particolare minerali e leghe. Il metodo ha inoltre rivelato la struttura e la funzione di molte biomolecole, tra cui vitamine, farmaci, proteine ​​e acidi nucleici come il DNA.Cristallografia a raggi Xrimane il metodo principale per caratterizzare la struttura atomica di nuovi materiali e identificare materiali che sembrano simili in altri esperimenti. Le strutture cristalline a raggi X possono anche spiegare proprietà elettroniche o elastiche insolite dei materiali, illuminare interazioni e processi chimici o servire come base per la progettazione di farmaci anti-malattia.

Inmonocristallo Diffrazione di raggi X misurazioni, il cristallo è montato su un goniometro. Il goniometro viene utilizzato per posizionare il cristallo nella direzione selezionata. Il cristallo è illuminato con un fascio di raggi X monocromatico finemente focalizzato, che produce uno schema di diffrazione di punti regolarmente distanziati, chiamato riflessione. Il metodo matematico della trasformata di Fourier viene utilizzato per convertire immagini bidimensionali scattate con diversi orientamenti in un modello tridimensionale della densità elettronica all'interno del cristallo, combinato con dati chimici noti del campione. Se il cristallo è troppo piccolo o la struttura interna non è sufficientemente uniforme, ciò potrebbe causare risoluzione (sfocatura) e persino errori.

La cristallografia a raggi X è correlata a molti altri metodi per determinare la struttura degli atomi. Modelli di diffrazione simili possono essere prodotti dalla diffusione di elettroni o neutroni, il che è spiegato anche dalla trasformata di Fourier. Se non è possibile ottenere un singolo cristallo di dimensioni sufficienti, è possibile applicare una varietà di altri metodi a raggi X per ottenere informazioni meno dettagliate; Questi metodi includono la diffrazione delle fibre,diffrazione delle polverie (se il campione non è cristallizzato) diffusione di raggi X a piccolo angolo (SAXS). Se il materiale in studio è ottenuto solo sotto forma di polvere di nanocristalli o ha una scarsa cristallinità, è possibile applicare metodi di cristallografia elettronica per determinare la struttura atomica.

Per tutto quanto sopraDiffrazione di raggi X metodi, lo scattering è elastico; I raggi X diffusi hanno la stessa lunghezza d’onda dei raggi X incidenti. Al contrario, i metodi di diffusione anelastica dei raggi X possono essere utilizzati per studiare l'eccitazione di campioni, come plasmoni, campo cristallino ed eccitazione orbitale, magnetoni e fononi, piuttosto che la distribuzione degli atomi.