Los inventos de los Bragg

Para que dedicarse a tirar rayos Röntgen (rayos x) a un cristal de sal o de Zincblenda. Qué produce para la sociedad, que aplicaciones tendrá. Qué persona se entretiene haciendo esto.

Corría el año 1912 y Max Von Laue había obtenido disparando rayos x a muestras de cristal de Zincblenda una foto llena de puntos que se conocía como espectro de difracción de rayos x. Se sospechaba que los resultados tenían que ver con la estructura interna de la materia, los átomos y su disposición, pero era difícil saberlo. Todavía se discutía si eran partícula u ondas, ¡la imaginación volaba! Laue pensaba que la longitud de onda de estos rayos era similar al de las distancias atómicas y serviría para inferir la estructura de la materia.

La interpretación que von Laue y colaboradores dieron a los resultados era que los rayos x se comportaban como ondas electromagnéticas y que los diferentes planos que ocupaban los átomos actuaban como unas rejillas capaces de provocar este fenómeno difracción tan característico. El problema es que asumieron que la estructura cristalina de la blenda era cúbica y los puntos no cuadraban muy bien con los esperados para este tipo de estructura, lo que justificaron con una teoría ad hoc sobre la existencia de varias longitudes de onda en la radiación x. Era difícil ver lo que sucedía.

Mientras tanto un joven de 22 años hijo de un profesor de física dedicaba su tiempo a observar estos patrones. Había oído sobre el posible arreglo tridimensional de simetría cúbica centrada en las caras y probó si con esta suposición encajaban los puntos. Y efectivamente la suposición deshacía la anomalía, funcionaba. Tuvo la capacidad y la brillantez de ver está y otras soluciones que darían lugar al nacimiento de la cristalografía de rayos x. No obstante, para no desagradar a su padre que era más corpuscular que ondulatorio, tituló su artículo sobre la estructura de la blenda como ‘The Diffraction of Short Electromagnetic Waves by a Crystal’, ya que pensaba que los rayos Röntgen podían ser un mezcla de partículas y ondas.

Fotografías de la difracción de rayos x de un cristal de blenda de cinc a lo largo del eje de simetría cuaternaria. Los puntos son una consecuencia de la estructura tridimensional del cristal, de la posición de los átomos. Proveniente del artículo de 1912 de von Laue, Friedrich Knipping (Laue, Friedrich & Knipping, Sitz.ber. Bayer. Akademie d. Wiss. 8. Juni 1912).

Fotografías de la difracción de rayos x de un cristal de blenda de cinc a lo largo del eje de simetría cuaternaria. Los puntos son una consecuencia de la estructura tridimensional del cristal, de la posición de los átomos. Proveniente del artículo de 1912 de von Laue, Friedrich Knipping (Laue, Friedrich & Knipping, Sitz.ber. Bayer. Akademie d. Wiss. 8. Juni 1912).

Para comprobar experimentalmente el padre W. H. Bragg diseñó construyó un nuevo instrumento de medida denominado espectrómetro de rayos X. El instrumento permitía posicionar el cristal en cualquier ángulo frente a la radiación incidente y medir diferentes parámetros. Así mismo abrió una forma más potente de analizar la estructura cristalina. Unidos en el trabajo el padre y el hijo W. Lawrence Bragg fundaron sobre sólidas bases la espectroscopía de rayos x para la determinación de estructuras cristalinas. Así supimos como era la arquitectura de la sal común, del diamante, y muchas más. Se abrió de repente una ventana a un conocimiento más preciso de la estructura de las cosas. La luz que entraba era x y la que salía la solución por difracción. La Ley de Bragg que descubrieron relacionaba la longitud de onda de la radiación con el ángulo de incidencia entre la radiación y los planos atómicos de cristal y la distancia entre los planos.

nλ = 2 d senθ
donde (n = número entero ; λ longitud de onda; d distancia entre los planos de la red de átomos y θ el ángulo de incidencia entre los rayos incidentes y los planos de dispersión).

Empezó así un fructifero decubrimiento de estructuras cristalinas como las piritas, fluorita, calcita, dolomita, hasta la solución estructura del cobre metálico en 1914. Padre e hijo compartieron el Nobel de Física en 1915, Laue lo recibió en 1914. Luego llegó la Gran Guerra y los Europeos nos metimos en otra barbarie autodestructora. En la actualidad la técnica permite conocer la estructura de todo tipo de moléculas incluso de proteína, pero esa es otra historia que parte de esta gran hazaña. En fin Lawrence Bragg vio lo que otros no vieron e inaguró un nuevo y espectacular campo.

Bragg Centenary 1913-2013. Bragg’s Law. Dawn of X-ray Cristallography. X Ray diffraction patern of zincblende.

Centenario del descubrimiento de los Bragg 1923-2013, la cristalografía de rayos x, la ley de Bragg, el espectrómetro de rayos x. Poster conmemorativo.

Esta entrada participa en el XVI Carnaval de la Química que organiza Luis Moreno Martínez (@luisccqq) en su blog El cuaderno de Calpurnia Tate.

REFERENCIAS

Laue’s Discovery of X-ray Diffraction by Crystals

Sir Lawrence Bragg, MAx Peruzt

The Bragg Notebook. Universidad de Leeds

The Immediate Sequels to Laue’s Discovery

ARTÍCULOS

Bragg, W.H., X rays and Crystals, 24th October 1912. Letter to: Nature, 90 (1912), p. 219.

Bragg, W.L. The Diffraction of Short Electromagnetic Waves by a Crystal. Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, 1913: 17, pp. 43-57.

Bragg, W.H. and Bragg, W.L. The Reflection of X-rays by Crystals (Ι). Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character, 1913: 88, pp. 428-438.

Bragg, W.H. The Reflection of X-rays by Crystals (ΙΙ). Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character, 1913: 89, pp. 246-247.

Bragg, W.L. The Structure of Some Crystals as indicated by their Diffraction of X-rays. Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Containing Papers of a Mathematical and Physical Character, 1913: 89, pp. 248-276.

2 comentarios en “Los inventos de los Bragg

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