Por: Alfonso Padilla Vivanco
En el siglo XVII, Francesco María Grimaldi fue el primero que estudió el fenómeno de la difracción de la luz. Sus observaciones experimentales se basaron en hacer pasar un haz de luz a través de una abertura realizada previamente, sobre una pantalla opaca. El experimento consistió en observar el haz que sale de la abertura, proyectándolo sobre una pared. La mancha de luz sobre esta pantalla de observación presenta cambios alternados en su contorno, éstos se pueden ver entre la zona iluminada y la zona de sombra; que pasan de líneas claras a líneas obscuras.
Grimaldi observó que esos cambios no eran abruptos, sino claroscuros consecutivos. También se dio cuenta que en las orillas de las sombras de los objetos ocurría el mismo fenómeno. Grimaldi se convenció que siempre existen regiones alternadas de líneas claras y obscuras, en las orillas de las sombras de los objetos, y le llamó a este fenómeno difracción. El estudio del fenómeno de la difracción de la luz después fue ampliamente revisado y modelado por otros físicos de la época de Grimaldi y también de épocas posteriores, entre los cuales se encuentran: Isaac Newton, Christian Huygens, Robert Hooke, Agustin Jean Fresnel, Joseph von Fraunhofer, entre otros destacados científicos.
En el año 1914, el físico Max Theodor Felix von Laue descubrió que un haz de rayos X también podía difractarse de forma similar a la experimentada por un haz luminoso, solo que von Laue ensayó el fenómeno usando objetos periódicos como objetos de prueba. Concretamente, los experimentos de von Laue se realizaron sobre átomos de cristales, por ejemplo los que contiene el cloruro de sodio o sal común, los cuales fueron radiados con rayos X. Con estas investigaciones surgió una nueva rama de la ciencia, hoy conocida como Cristalografía de rayos X.
De inicio el principal interés en el descubrimiento de von Laue era el estudio de la naturaleza de estos rayos; por lo que con este experimento se demostró que los rayos X eran ondas y no partículas. Sin embargo, pronto quedó claro que el efecto de difracción de los rayos X sufrido en cristales abría una nueva forma de estudiar la materia a nivel atómico. El hecho fue asombroso en esa época (y lo sigue siendo), pues se presentaba para el ser humano una nueva forma de microscopio, pero varias miles de veces más potente que cualquier microscopio óptico. Esto podría, en principio, ser usado para observar la estructura de la materia hasta la escala atómica. Es ahora bien conocido en el ámbito científico y tecnológico que el desarrollo de la cristalografía de rayos X ha cumplido con creces las expectativas iniciales. No sólo ha revelado la forma en que están dispuestos los átomos en muchas formas diversas de materia, sino que también ha permitido conocer la naturaleza de las fuerzas entre los átomos y, a gran escala, las propiedades de la materia.
La generación del nuevo conocimiento provocada por la cristalografía de rayos X ha conducido a una revisión fundamental de los conceptos en otras ramas de la ciencia. En los últimas décadas, se ha logrado llevar a cabo el análisis estructural de varias de las moléculas básicas de la materia viva, cómo son las proteínas. Estas estructuras constan de miles de átomos unidos por una red increíblemente intrincada de enlaces químicos.
Los primeros cristales que se analizaron mediante rayos X fueron de tipo simple. Una medida aproximada de la complejidad de un cristal es el número de parámetros que deben determinarse para definir las posiciones de los átomos. En el caso de un átomo en un centro de simetría, por ejemplo, no se necesitan parámetros; éste debe estar exactamente en el centro. Si el átomo se encuentra sobre un eje, su posición a lo largo del eje está fijada por un parámetro; si está en un plano de reflexión, se fija por dos parámetros; si está en una posición sin simetría, por tres y así sucesivamente. Las primeras determinaciones se limitaron a uno o dos parámetros; de hecho, se dudaba de que algún día se analizaran cristales más complicados.
La difracción de rayos X en el laboratorio, se usa para determinar la composición química, la estructura cristalina, el tamaño de los cristales, la deformación de redes de cristales, su orientación y el espesor de las capas de cristales de un material. Una ventaja que tiene está técnica es que no es destructiva del mismo material.
Apreciable lector, te invito a ver dos interesantes videos sobre la difracción de Rayos X.
Universidad Politécnica de Tulancingo
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