Difracción de Rayos X y Neutrones
Debido a que sus longitudes de onda coinciden con los espaciamientos interatómicos, los rayos X y los neutrones se dispersan coherentemente de los planos cristalinos, y los patrones de difracción resultantes revelan las posiciones atómicas en la red.
Definition
La difracción de rayos X y neutrones son técnicas que determinan la estructura cristalina midiendo las direcciones e intensidades de la radiación dispersada coherentemente de la disposición atómica periódica; la interferencia constructiva ocurre cuando la condición de Bragg o, equivalentemente, la de Laue relaciona el vector de dispersión con un vector de la red recíproca.
Scope
Este tema cubre la difracción de rayos X y neutrones por cristales: la ley de reflexión de Bragg y la condición de Laue equivalente, los factores de forma atómica y de estructura que establecen las intensidades de los picos, la construcción de la esfera de Ewald, y la información complementaria de la dispersión de rayos X (sensible a la densidad electrónica) y la dispersión de neutrones (sensible a los núcleos y momentos magnéticos). Conecta la geometría de la red recíproca de temas relacionados con la determinación experimental de la estructura, dejando la instrumentación detallada a campos aplicados.
Core questions
- ¿Por qué la longitud de onda de la sonda debe ser comparable al espaciado interatómico para que ocurra la difracción?
- ¿Cómo son la ley de reflexión de Bragg y la condición de Laue enunciados equivalentes de la misma física?
- ¿Qué establece la intensidad de un pico de difracción y qué es el factor de estructura?
- ¿Cómo proporcionan la dispersión de rayos X y neutrones información complementaria sobre electrones, núcleos y espines?
Key concepts
- Ley de Bragg y condición de Laue
- Factor de estructura y factor de forma atómica
- Construcción de la esfera de Ewald
- Dispersión de rayos X a partir de la densidad electrónica
- Dispersión de neutrones a partir de núcleos y orden magnético
Key theories
- Ley de difracción de Bragg
- W. L. Bragg modeló la difracción como una reflexión de planos reticulares paralelos, con interferencia constructiva cuando la diferencia de trayectoria es igual a un número entero de longitudes de onda, lo que da la condición simple que subyace a la determinación de la estructura cristalina.
Clinical relevance
La difracción es el método principal para determinar la estructura atómica de materiales y biomoléculas; la cristalografía de rayos X estableció las estructuras del ADN, proteínas y un sinnúmero de compuestos, mientras que la difracción de neutrones localiza de manera única átomos ligeros y resuelve estructuras magnéticas.
History
La observación de von Laue en 1912 de la difracción de rayos X a partir de un cristal demostró tanto la naturaleza ondulatoria de los rayos X como la naturaleza reticular de los cristales; la formulación de los Braggs de la ley de reflexión en 1913 hizo que el método fuera cuantitativo, y la difracción de neutrones siguió una vez que las fuentes de reactor estuvieron disponibles en la década de 1940.
Key figures
- Max von Laue
- William Lawrence Bragg
- William Henry Bragg
Related topics
Seminal works
- bragg1913
- ashcroft1976
Frequently asked questions
- ¿Por qué se utilizan rayos X, y no luz visible, para obtener imágenes de cristales?
- La difracción requiere una longitud de onda comparable al espaciado que se va a resolver; las distancias interatómicas son de aproximadamente un angstrom, lo que coincide con los rayos X y los neutrones térmicos, pero es miles de veces más pequeño que las longitudes de onda de la luz visible.
- ¿Cuándo se prefiere la difracción de neutrones a la de rayos X?
- Los neutrones se dispersan de los núcleos en lugar de los electrones, por lo que detectan bien los átomos ligeros como el hidrógeno y son sensibles a los momentos magnéticos, lo que los hace ideales para localizar elementos ligeros y para mapear estructuras magnéticas que los rayos X en gran medida no detectan.