Saiba mais sobre a difração de Raios X !
Até o fim do século XIX e início do século XX, cristalógrafos e mineralogistas haviam acumulado uma série de informações a respeito dos cristais pelos ângulos formados pelas faces, composição química e propriedades mecânicas, mas pouco havia sido levantado sobre o interior da estrutura atômica. Com o surgimento da mecânica quântica, no início do século XX, explicando os fenômenos que ocorrem em escala atômica, abriu-se para esses pesquisadores a perspectiva de interpretar a estrutura dos materiais que até então era somente fruto de especulações.
Os átomos do século XIX eram considerados esferas perfeitas, agrupadas lado a lado unidas pelas ligações químicas que se assemelhavam a molas. Assim, em 1848, o cristalógrafo francês Bravais determinou matematicamente que esferas poderiam ser arranjadas no espaço através de no máximo 14 arranjos, estes arranjos ficaram conhecidos como os 14 sólidos de Bravais.
Entretanto, a experiência de Rutherford, mostrou que o átomo é um "imenso" vazio, com a massa concentrada no núcleo, isso poderia ter causado um certo alvoroço, mas sempre sobram as forças interatômicas, que acabam por deixar os átomos nos seus devidos lugares. Assim, para o cristalógrafo os átomos poderiam continuar sendo esferas perfeitas.
Mas como provar que esses arranjos formavam as estruturas cristalinas dos materiais ? Para que possamos observar algo, o meio que usaremos para captar dados tem que ser menor que o objeto estudado, se o meio for maior que o objeto esse não terá sensibilidade par captar seus detalhes, como se usando as mãos e com os olhos fechados, quiséssemos descrever o formato de um grão de areia . Assim, para observarmos átomos não poderíamos usar a luz visível, já que os diâmetros atômicos são da ordem de angstrons (10–10 m), com isso, estruturas cristalinas como a cúbica do NaCl (sal de cozinha), tem 5,64 angstrons de face, já a luz visível, apresenta uma faixa de comprimento de onda de 4000 (violeta) até 7000 (vermelho) angstrons. Ou seja, o menor comprimento de onda da luz visível é cerca de 800 vezes maior que uma aresta da estrutura cúbica do sal de cozinha. Assim, o uso de luz visível para uma observação direta da estrutura cristalina está completamente descartada.
Em 1895 Roentgen descobriu acidentalmente os raios-X, que assim como as luz visível é uma radiação eletromagnética, mas com comprimento de onda na faixa de 0,5 até 2,5 angstrons. Ora, então poderíamos observar os átomos usando os raios-X ? Infelizmente não, isso porque os raios-X possuem alta energia, assim, quando eles atingem um átomo eles acabam interagindo com ele não retornando na forma de imagens, além disso, os átomos não são esferas rígidas, são uma estrutura complexa formada por elétrons, prótons e neutrons. Mas conhecia-se o fenômeno da difração, onde, quando um feixe de luz monocromático (apenas um comprimento de onda) passava por duas fendas formava franjas brilhantes intercaladas por escuras num anteparo. Se conhecêssemos os espaçamento das franjas brilhantes e o comprimento de onda poderíamos dizer a distância entre as duas fendas.
Foi então que em 1912 o físico alemão von Laue, sugeriu que se os átomos apresentam uma estrutura cristalina, átomos organizados de forma a apresentarem periodicidade ao longo do espaço, e que se os raios-X eram ondas eletromagnéticas com comprimento de onda menor que os espaços interatômicos, então os núcleos atômicos que concentram a massa dos átomos poderiam difratar os raios-X, formando franjas de difração. Quando Laue fez passar um feixe de raios-X por uma amostra monocristalina, e pôs um filme fotográfico após a amostra, o resultado foi que após revelar o filme este apresentava pontos sensibilizados pelos raios-X difratados.
As experiências de Laue despertaram grande interesse nos físicos ingleses, W. H. Bragg e seu filho W. L. Bragg, que formularam, ainda em 1913, uma equação extremamente simples para prever os ângulos onde seriam encontrados os picos de intensidade máxima de difração. Assim, conhecendo-se as distâncias interatômicas, poderiam ser resolvidas os problemas envolvidos na determinação da estrutura cristalina. Dessa forma, os Bragg determinaram sua primeira estrutura, a do NaCl. Transformando a difração de raios-X na primeira ferramenta eficiente para determinar a estrutura atômica dos materiais, fazendo com que a técnica obtivesse rapidamente grande popularidade entre os institutos de pesquisa.
Entre as décadas de 1920 e 1930, a literatura foi inundada por estruturas cristalinas determinadas por difração de raios-X. Todo mineralogista ou cristalógrafo da época tinha por obrigação determinar a estrutura cristalina de algum composto, mineral ou metal. A difração de raios-X também provocou surpresa ao demonstrar a estrutura amorfa do vidro, e também foi a principal ferramenta usada por Watson e Crick, em 1953, para propor a estrutura em dupla hélice do DNA. Padrão de difração de raios-X do DNA.
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