A cristalografia de raios X é uma técnica usada para determinar a estrutura atômica e molecular de um cristal, onde a estrutura cristalina causa o incidente Raio X feixe para difratar em muitas direções específicas. Ao medir o ângulo e a intensidade desses feixes difratados, os cristalógrafos podem produzir uma imagem tridimensional da densidade eletrônica dentro do cristal. Com base nessa densidade eletrônica, pode-se determinar a posição média dos átomos no cristal, bem como suas ligações químicas, seus obstáculos cristalográficos e diversas outras informações.

Como muitos materiais podem formar cristais - como sais, metais, minerais, semicondutores e uma variedade de moléculas inorgânicas, orgânicas e biomoléculas - a cristalografia de raios X tornou-se a base para desenvolvimentos em muitos campos da ciência. Nas primeiras décadas de uso, o método determinou o tamanho dos átomos, o comprimento e o tipo de ligações químicas e as diferenças de nível atômico entre vários materiais, especialmente minerais e ligas. O método também revelou a estrutura e função de muitas biomoléculas, incluindo vitaminas, medicamentos, proteínas e ácidos nucleicos como o DNA.Cristalografia de raio-xcontinua sendo o principal método para caracterizar a estrutura atômica de novos materiais e identificar materiais que parecem semelhantes em outros experimentos. As estruturas cristalinas de raios X também podem explicar propriedades eletrônicas ou elásticas incomuns dos materiais, iluminar interações e processos químicos ou servir como base para o desenvolvimento de medicamentos anti-doenças.

Emúnico cristal Difração de raios X medições, o cristal é montado em um goniômetro. O goniômetro é usado para posicionar o cristal na direção selecionada. O cristal é iluminado com um feixe de raios X monocromático fino e focado, que produz um padrão de difração de pontos regularmente espaçados, chamado reflexão. O método matemático da transformada de Fourier é usado para converter imagens bidimensionais obtidas em diferentes orientações em um modelo tridimensional da densidade eletrônica dentro do cristal, combinado com dados químicos conhecidos da amostra. Se o cristal for muito pequeno ou a estrutura interna não for suficientemente uniforme, isso pode resultar em resolução (desfoque) e até mesmo erro.

A cristalografia de raios X está relacionada a vários outros métodos de determinação da estrutura dos átomos. Padrões de difração semelhantes podem ser produzidos espalhando elétrons ou nêutrons, que também são explicados pela transformada de Fourier. Se não for possível obter um único cristal de tamanho suficiente, vários outros métodos de raios X podem ser aplicados para obter informações menos detalhadas; Esses métodos incluem difração de fibra,difração de pó, e (se a amostra não for cristalizada) espalhamento de raios X de pequeno ângulo (SAXS). Se o material em estudo for obtido apenas na forma de pó nanocristal ou apresentar baixa cristalinidade, métodos de cristalografia eletrônica podem ser aplicados para determinar a estrutura atômica.

Para todos os itens acimaDifração de raios X métodos, o espalhamento é elástico; Os raios X espalhados têm o mesmo comprimento de onda dos raios X incidentes. Em contraste, métodos de espalhamento inelástico de raios X podem ser usados ​​para estudar a excitação de amostras, como plasmons, campo cristalino e excitação orbital, magnetons e fônons, em vez da distribuição de átomos.