X ışını kristalografisi

X ışını kristalografisi ile zeolite gibi maddelerdeki atomlar tüm atom konumları tespit edilebilir.
X ışını kristalografisi bir kristalin atomik ve moleküler yapısını
incelemek için kullanılan ve kristalleşmiş atomların bir X-ışını demetindeki
ışınların kristale özel çeşitli yönlerde kırınımı olayına dayanan, bir
yöntemdir. Kırınıma uğrayan bu demetlerin açılarını ve genliklerini ölçerek bir
kristalografi uzmanı kristaldeki elektronların yoğunluğunun üç boyutlu bir
görüntüsünü elde edebilir. Bu elektron yoğunluğundan kristaldeki atomların
kimyasal bağları, kristal yapıdaki düzensizlikler ve bazı başka bilgilerle
birlikte ortalama konumları tespit edilebilir.
Tuzlar, metaller, mineraller, yarıiletkenlerde olduğu kadar çeşitli inorganik, organik ve
biyolojik moleküller de kristal oluşturabikleri için X-ışını kristalografisi
pek çok bilimsel alana temel teşkil etmiştir. Keşfinden itibaren ilk birkaç
onyılda bu yöntem, muhtelif malzemelerin -özellikle de mineral ve alaşımların-
atomlarının büyüklüklerini, kimyasal bağların uzunlukları ve türleri ile atomik
ölçek farklarını bulmakta kullanılmıştır. Yöntem, aralarında vitaminler,
ilaçlar, proteinler ve DNA gibi nükleik asitlarinde bulunduğu birçok biyolojik molekülün
yapısını ve işlevini ortaya çıkarmıştır. X-ışını kristalografisi halen yeni
malzemelerdeki atomik yapının tanımlanması ve farklı deneylere konu malzemeler
arasındaki benzerliklerin anlaşılması için kullanılan başlıca yöntemdir.
X-ışınıyla anlaşılan kristal yapıları, bir malzemenin alışılmışın dışında yeni
elektronik ve esneklik özelliklerini açıklayabilir, kimyasal bir etkileşim
sürecine ışık tutabilir veya hastalıklara karşı yeni ecza maddelerinin
tasarımına temel teşkil edebilir.
Bir X-ışını kırınım ölçümünde bir açıölçerin üzerine yerleştirilen kristal, yavaş yavaş
döndürülürken X-ışınlarıyla bombardımana tabi tutulması neticesinde kırınıma
uğrayan ışınlar yansımalar olarak bilinen düzenli aralıklarla dizilmiş bir spot
deseni oluşturur. Değişik açılardan elde edilen iki boyutlu görüntüler, matematiksel Fourier dönüşüm yöntemi kullanılarak ve kullanılan nümunenin
bilinen kimyasal verileriyle birleştirilerek kristaldeki elektronların üç
boyutlu modeli elde edilir. Şayet kristaller çok küçükse ya da iç yapıları
yeterince düzenli değilse düşük
çözünürlük (bulanıklık) gibi hatalar oluşabilir.
X-ışını kristalografisi, atomik yapıların tespitinde kullanılan birçok başka metotla
ilişkilidir. Elektronlar ve nötronların saçılmasından da Fourier dönüşümleriyle yorumlanabilecek benzer kırınım desenleri elde edilebilir. Yeterli büyüklükte
kristaller elde etmenin mümkün olmadığı durumlarda, daha az ayrıntılı bilgi
verebilecek fiber kırınımı, un kırınımı ve küçük-açı X-ışını saçılması
(small-angle X-ray scattering) (SAXS) gibi başka X-ışını metotları devreye
sokulabilir. Eğer araştırılan kristal sadece nanokristal zerreler şeklinde
bulunabiliyorsa veya kristalitesi zayıfsa, atomik yapıyı belirlemek için
elektron kristalografisi metotları uygulanabilir.
Yukarıda sözü edilen
X-ışını kırınımı metotları için, saçılma esnektir; saçılan X-ışınları kristale
gelen X-ışınlarıyla aynı dalga boyundadır. Buna mukabil, esnek olmayan X-ışını
saçılma metotları atomların dizilişlerinden ziyade nümunenin uyarılması
araştırma konusu olduğunda daha kullanışlıdır.