røntgenkrystallografi

Røntgenkrystallografi stammer fra 1912, da de tyske fysikere Max von Laue, Walther Friedrich (1883-1968) og Paul Knipping (1883-1935) opdagede, at røntgenstråler spredtes i bestemte vinkler i en kobbersulfatkrystal.

Året efter viste den engelske fysiker William Lawrence Bragg, at afbøjningsvinklerne var knyttet til retningerne af krystalplaner. I røntgenkrystallografiens første år var det kun muligt at bestemme strukturer af grundstoffer med simpel opbygning som fx kobber og zink og af simple forbindelser som natriumklorid. I disse stoffer er atomernes placering bestemt af symmetriforhold alene. Senere blev det muligt at bestemme strukturerne af mere komplicerede stoffer, fx af mange mineraler, herunder af silikater.

Også organiske forbindelser blev efterhånden strukturbestemt, fx blev penicillinets molekylstruktur bestemt i 1949. Senere fulgte langt mere komplekse strukturer, bl.a. vitamin B12, hæmoglobin og et stort antal proteiner.

Bestemmelsen af krystalstrukturen for et stort molekyle med flere hundrede atomer kræver en computerstyret indsamling af tusindvis af målepunkter for en enkelt krystal og omfattende beregninger af de indsamlede data. Udviklingen af røntgenkrystallografien har derfor været betinget af udviklingen inden for computerteknologi og af udviklingen inden for elektronik i almindelighed.

Denne udvikling har også gjort det muligt at kortlægge enkelte elektroners placering i krystaller ved en kombination af meget nøjagtige målinger og omfattende teoretiske beregninger.

Ved de meget intense røntgenkilder, der findes ved synkrotroner, kan man dels undersøge meget små krystaller, helt ned til mikrometerstørrelse, dels følge kemiske reaktioner i fast fase som funktion af tiden.

Krystalstrukturbestemmelser kan også udføres ved neutrondiffraktion, der tillige gør det muligt at bestemme magnetiske strukturer og strukturer, hvori der indgår lette grundstoffer i kombination med tunge grundstoffer. Da intensiteten af spredt røntgenstråling afhænger af atomets elektronantal, er det ofte vanskeligt med røntgenstråling at observere lette atomer blandt meget tungere atomer. Dette problem forekommer ikke ved neutronstråling. Med elektrondiffraktion er det muligt at undersøge krystaller, der er så små, at de ikke kan observeres i et lysmikroskop.

• William Lawrence Bragg