crystallografiassa

Kristallografia on luonnontieteen ala, joka tutkii kiteiden rakennetta ja atomien sijoittumista niiden sisällä. Kristallit koostuvat säännöllisesti toistuvista rakenneyksiköistä, joita kutsutaan yksikkösoluiksi. Näiden toistuvien rakenteiden kautta muodostuu koko rakenteen symmetria ja tiheys. Kristallografian avulla voidaan tuottaa tarkkoja kolmiulotteisia malleja atomien asemista sekä ymmärtää kemiallista sitoutumista ja fysikaalisia ominaisuuksia.

Keskeinen menetelmä on röntgensäteiden diffraktio. Säteet diffraktoituvat kiteen rakenteesta ja antavat diffraktiokuvioita, joista voidaan päätellä etäisyydet ja atomien sijainnit. Braggin laki, nλ = 2d sin θ, yhdistää diffraktiokuvion mittasuhteet konkreettisiin rakenteisiin. Vaiheongelma, eli fasa, on ratkaistava, usein Fourier-analyysillä, Pattersonin menetelmällä tai molekyylimallin avulla. Näin voidaan tuottaa kolmiulotteinen elektronitiheysmalli, jonka avulla atomien sijoittuminen määritetään. Lisäksi käytetään neutronidiffraatiota ja elektronidiffraatiota sekä kehittyneitä lähteitä, kuten synkrotroneja, rakenteiden ratkaisemiseksi eri aineista.

Historia: kristallografia kehittyi 1900-luvun alkupuolella. Max von Laue osoitti vuonna 1912, että kiteet diffraktoivat röntgensäteitä. Braggin isä ja poika, William Henry Bragg ja Lawrence Bragg, kehittivät vuonna 1913 käytännön tavan tulkita diffraktiokuvioita; heille myönnettiin Nobelin palkinto vuonna 1915. 1950-luvulla biomolekyylien, kuten proteiinien, rakenteiden määritys mahdollistui kehittyneiden tekniikoiden ansiosta.

Sovelluksia ovat mineraalien ja materiaalien rakenteiden tutkiminen, lääkeaineiden suunnittelu sekä biologisten makromolekyylien, kuten proteiinien, rakenteiden ratkaiseminen sekä teollinen materiaalitekniikka. Menetelmät vaativat usein laadukkaita kiteitä sekä voimakkaita röntgen-, neutroni- tai elektronilähteitä; epäpuhtaudet, pienet kiteet tai epätyypilliset rakenteet voivat hankaloittaa analyysiä. Viime vuosikymmeninä tiedonkäsittely ja synkrotronilähteet ovat laajentaneet mahdollisuuksia huomattavasti.