Dlaczego rentgenograficzne badania atomowej budowy
materii są takie ważne?

Nauki przyrodnicze, w tym chemia, nie tylko zajmują się opisywaniem świata materialnego, czy poszukiwaniem występujących w tym świecie prawidłowości, ale również przeprowadzaniem jednych rodzajów materii w inne. Chemia obecnie największy nacisk kładzie na zrozumienie i powiązanie wszelkich właściwości substancji i złożonych materiałów z ich budową atomową. Tylko wtedy możliwe jest bowiem zaprojektowanie np. materiału nadprzewodzącego już w temperaturze pokojowej, katalizatora przekształcającego metan w oktan, czy też leku wywołującego apoptozę tylko komórek nowotworowych.

U podstaw poszukiwania relacji pomiędzy budową materii a jej właściwościami leży poznanie budowy tej materii na poziomie atomowym, a więc określenie wzajemnych pozycji przestrzennych atomów oraz sił między nimi działających. Jak wiadomo, atomy mają rozmiary rzędu 10-10 m, dlatego nie można zobaczyć nawet za pomocą najlepszych mikroskopów i w tym celu stosuje się metody dyfrakcyjne, w których fala promieniowania, o długości porównywalnej z wielkością atomów i odległościami pomiędzy nimi padając na atomy, ulega rozpraszaniu i w wyniku dyfrakcji fal ugiętych na poszczególnych atomach, powstaje obraz dyfrakcyjny. Matematyczne przekształcenie tak otrzymanego obrazu ujawnia przestrzenny rozkład atomów.

Kryształy stanowiące uporządkowany przestrzennie zbiór motywów strukturalnych (atomy, jony, cząsteczki) spełniają rolę siatki dyfrakcyjnej dla promieniowania rentgenowskiego. Tak więc badanie kryształów za pomocą metod dyfrakcyjnych umożliwia jednoznaczne określenie przestrzennego rozkładu atomów w krysztale danego związku chemicznego. Na tej podstawie, oprócz oczywistej identyfikacji związku, można określić jego budowę cząsteczkową, konformację i konfigurację (w tym również konfigurację absolutną związków chiralnych), a nawet ściśle określić rozkład realnej gęstości elektronowej (pozwala to zaobserwować np. oddziaływania międzycząsteczkowe).

Opublikowano:  14.07.2015