КРИСТАЛЛЫ И РЕНТГЕНОВСКИЕ ЛУЧИ

Введение

Основоположник российской школы рентгеноструктурного анализа кристаллов академик Н.В. Белов считал, что положение структурной кристаллографии среди других наук можно охарактеризовать центром треугольника, в вершинах которого находятся физика, химия и минералогия. Именно в кристаллографии в полной мере проявляется синтез достижений, отмечаемых во всех трех дисциплинах. Современный рентгеноструктурный анализ стал мощным инструментом изучения структуры веществ, открывающим много интересных фактов и позволяющим по-новому взглянуть на многие природные явления. Общее число расшифрованных к середине 90-х годов структур превысило 150 тыс. Благодаря усовершенствованным методам, автоматизированной аппаратуре и вычислительным средствам стало возможным определять структуры самых сложных кристаллов вплоть до белковых, содержащих сотни атомных группировок. На основе структурных данных удается интерпретировать разную температуру отдельных частей белковых молекул. Были разработаны специальные рентгеновские камеры, в которых достигаются давления, в миллионы раз превосходящие атмосферное. Это позволяет моделировать и изучать состояние вещества в глубинных оболочках Земли. Иллюстрацией изменения многих свойств различных кристаллов при таких высоких  физико-химических параметрах может служить зафиксированный переход молекулярной структуры серы с ковалентной связью между атомами в структуру, характеризующуюся металлическим типом межатомных взаимодействий. Структурные данные существенно расширяют научные представления о симметрии кристаллов. Так, например, в 1984 году открыты квазикристаллы Al₆Mn, ближний порядок в которых характеризуется   запрещенной с точки зрения классической геометрической кристаллографии пятерной поворотной осью. Отсутствие четко выраженных параллельных переносов (трансляций) в такого рода кристаллах позволяет заключить, что строгая периодичность в
кристаллических структурах не является обязательным условием для получения дифракционных картин. Приведенные примеры лишь частично характеризуют современный уровень структурных исследований, на пути к которому рентгеновская кристаллография прошла большой путь, начавшийся 8 ноября 1895 года. В этот день профессор физики Вильгельм Конрад Рентген в университете Вюрцбурга в Баварии, экспериментируя с катодными лучами, заметил, что экран с кристаллами платиноцианида бария, поднесенный к разрядной трубке, покрытой черной бумагой, начинал флюоресцировать. Применение открытых таким образом Х-лучей в кристаллографии началось в 1912 году,
когда физик-теоретик М. Лауэ высказал идею об использовании кристаллов в качестве оптических решеток для определения длин составляющих их волн. Полученные дифракционные картины подтверждали, с одной стороны, трехмерную периодичность упаковки материальных частиц в кристалле, а с другой - обосновывали волновую природу Х-лучей. Спустя лишь год У.Г. Брэгг и У.Л. Брэгг (ставшие в 1915 году нобелевскими лауреатами) определили первую структуру NaCl, положив начало развитию рентгеновской кристаллографии. Все эти эксперименты, по мнению широко известного специалиста в области рентгеновской дифракции профессора Массачусетского технологического
института М. Бюргера, стали поворотным пунктом не только в кристаллографии, но и во всей современной науке.

Cледующая страница