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Cristallographie aux rayons X

Auteur: Leandro Alegsa

09-05-2021

La cristallographie aux rayons X est un moyen de voir la structure tridimensionnelle d'une molécule. Le nuage d'électrons d'un atome fait légèrement fléchir les rayons X. Cela donne une "image" de la molécule qui peut être vue sur un écran. Elle peut être utilisée pour les molécules organiques et inorganiques. L'échantillon n'est pas détruit au cours du processus.

La technique a été inventée conjointement par Sir William Bragg (1862-1942) et son fils Sir Lawrence Bragg (1890-1971). Ils ont remporté le prix Nobel de physique en 1915. Lawrence Bragg est le plus jeune lauréat du prix Nobel. Il était le directeur du laboratoire Cavendish de l'université de Cambridge lorsque James D. Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins et Rosalind Franklin ont découvert la structure de l'ADN en février 1953.

La plus ancienne méthode de cristallographie aux rayons X est la diffraction des rayons X (XRD). Les rayons X sont émis sur un seul cristal et la façon dont ils sont diffusés produit un motif. Ces motifs sont utilisés pour déterminer la disposition des atomes à l'intérieur du cristal.

Modèle de diffraction des rayons X d'une enzyme cristallisée. Le schéma des taches (réflexions) et la force relative de chaque tache (intensités) sont utilisés pour déterminer la structure de l'enzyme

Analyse des cristaux par rayons X

Les cristaux sont des réseaux réguliers d'atomes, ce qui signifie que les atomes sont répétés à l'infini dans les trois dimensions. Les rayons X sont des ondes de rayonnement électromagnétique. Lorsque les rayons X rencontrent les atomes, les électrons des atomes provoquent la dispersion des rayons X dans toutes les directions. Comme les rayons X sont émis dans toutes les directions, un rayon X frappant un électron produit des ondes sphériques secondaires émanant de l'électron. L'électron est connu sous le nom de diffuseur. Un réseau régulier de diffuseurs (ici le motif répétitif des atomes dans le cristal) produit un réseau régulier d'ondes sphériques. Bien que ces ondes s'annulent les unes les autres dans la plupart des directions, elles s'additionnent dans quelques directions spécifiques, déterminées par la loi de Bragg :

2 d sin θ = n λ {\displaystyle 2d\sin \theta =n\lambda } $2d\sin \theta =n\lambda$

Voici d est l'espacement entre les plans de diffraction, θ {\displaystyle \theta } $\theta$ est l'angle d'incidence, n est un entier quelconque, et λ est la longueur d'onde du faisceau. Ces directions spécifiques apparaissent sous forme de points sur le schéma de diffraction appelés réflexions. Ainsi, la diffraction des rayons X résulte d'une onde électromagnétique (le rayon X) frappant un réseau régulier de diffuseurs (l'arrangement répétitif des atomes dans le cristal).

Le faisceau entrant (en haut à gauche) fait en sorte que chaque diffuseur (par exemple un électron) ré-émet une partie de son énergie sous forme d'onde sphérique. Si les atomes sont disposés symétriquement avec une séparation d, ces ondes sphériques ne s'additionneront que si leur différence de longueur de trajet 2d sin θ est égale à un multiple de la longueur d'onde λ. Dans ce cas, un point de réflexion se produit dans le diagramme de diffraction

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Questions et réponses

Q : Qu'est-ce que la cristallographie aux rayons X ?

R : La cristallographie aux rayons X est une technique utilisée pour visualiser la structure tridimensionnelle d'une molécule. Elle permet de créer une image sur un écran en courbant les rayons X émis par le nuage d'électrons d'un atome.

Q : La cristallographie aux rayons X peut-elle être utilisée pour les molécules organiques et inorganiques ?

R : Oui, la cristallographie aux rayons X peut être utilisée pour étudier les molécules organiques et inorganiques.

Q : Qui sont les inventeurs de la cristallographie aux rayons X ?

R : Sir William Bragg et son fils Sir Lawrence Bragg ont inventé ensemble la cristallographie aux rayons X et ont reçu le prix Nobel de physique en 1915 pour leur découverte.

Q : Quelle est la plus ancienne méthode de cristallographie aux rayons X ?

R : La plus ancienne méthode de cristallographie aux rayons X est la diffraction des rayons X (DRX), qui consiste à envoyer des rayons X sur un cristal unique afin de produire un motif qui peut être utilisé pour déterminer la disposition des atomes à l'intérieur du cristal.

Q : L'échantillon a-t-il été détruit au cours du processus de cristallographie aux rayons X ?

R : Non, l'échantillon n'est pas détruit au cours du processus de cristallographie aux rayons X.

Q : Qui était le directeur du laboratoire Cavendish lorsque la structure de l'ADN a été découverte ?

R : Sir Lawrence Bragg était le directeur du laboratoire Cavendish de l'université de Cambridge lorsque James D. Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins et Rosalind Franklin ont découvert la structure de l'ADN en février 1953.

Q : Qui est le plus jeune lauréat du prix Nobel de physique ?

R : Sir Lawrence Bragg est le plus jeune lauréat du prix Nobel de physique. Il a remporté le prix en 1915 pour sa découverte de la cristallographie aux rayons X avec son père, Sir William Bragg.