Breve historia da cristalografía (XIV): Xeración X

[Esta é unha tradución adaptada do artigo orixinal de 13 de febreiro de 2014 Breve historia de la cristalografía: (XIV) generación X, de César Tomé López, que pode lerse nesta ligazón.]

[O artigo previo da serie é Breve historia da cristalografía (XIII): Fiat Pasteur.]

zns

No discurso que deu co motivo do aniversario da Sociedade de Física de Berlín (Physikalische Gesellschaft zu Berlin) a empezos de 1896, o seu presidente non se amosou moi ilusionado co futuro desta ciencia. Pouco despois, cando coñeceu a descuberta que realizara Wilhelm Röntgen (naquel momento na Universidade de Würzburg, Universität Würzburg) o 8 de novembro do ano anterior e que publicara o 28 de decembro, cando o seu discurso xa estaba listo, amosou a súa ledicia porque este descubrimento supuña que «os segundos cincuenta anos desta institución comezaran tan brillantemente coma os primeiros».

A súa reacción foi representativa: desde o momento no que os científicos comezaron a ter novas do descubrimento dos raios X, souberon que estaban perante un tónico revitalizador dunha ciencia envellecida: supuña un reto para a teoría, incitaba a realizar novos experimentos, causou sensación no público xeral e, de súpeto, dáballes aos médicos unha nova ferramenta diagnóstica incriblemente potente. De feito houbo un tempo, ata que os médicos dispuxeron dos seus propios aparellos, no que a xente que tragaba un alfinete ou recibía unha perdigonada derivábase aos laboratorios de física para localizar estes obxectos.

Os raios X resistíanse a ser clasificados nas categorías existentes. Non se curvaban en presenza de campos magnéticos ou eléctricos, polo que non estaban constituídos por partículas cargadas, e, dado que non se observaba reflexión nin refracción, non semellaban unha radiación electromagnética estándar. Moitos físicos comezaron a falar dunha nova física na que os raios X eran unha forma descoñecida de radiación electromagnética. Porén, as peculiaridades dos raios X facían que non acabasen de encaixar co concepto de onda, malia a teoría que desenvolvera a tal respecto Arnold Sommerfeld. Así, por exemplo, un tal William Henry Bragg, profesor naquel momento na Universidade de Leeds (University of Leeds), chamaba a atención sobre o feito de que os raios X fosen capaces de subministrarlle a un electrón case tanta enerxía como a empregada na produción dos raios; pero, claro, razoaba Bragg, se os raios X fosen unha onda, terían de propagarse desde o punto de orixe, difundindo a súa enerxía; como era posible entón que unha pequena sección da fronte de onda portase case toda a enerxía orixinal? Todo indicaba que os raios X eran algún tipo de partícula descoñecida. E entón chegou 1912.

O fillo de W. H. Bragg, William Lawrence, foi cos seus pais á costa de Yorkshire pasar as súas vacacións de verán. Lawrence acababa de graduarse en física e matemáticas con excelentes cualificacións en Cambridge e estaba no seu primeiro ano como investigador baixo a dirección de J. J. Thomson. Estando alí, Bragg pai recibiu unha carta na que se detallaba unha conferencia espectacular dada polo físico teórico Max von Laue. Nela, von Laue comentaba unha observación feita polos seus colegas Walter Friedrich e Paul Knipping (os tres do departamento de Sommerfeld na Universidade de Múnic, Universität München), unha observación que fixo que W. H. se puxese en pé dun salto e comezase a berrar chamando o seu fillo: eses alemáns dicían que comprobaran a existencia dun motivo de difracción de raios X nun cristal de sulfuro de cinc (ZnS)! Os raios X eran unha onda! Acabouse a discusión verbo da natureza dos raios X, aparentemente.

Pai e fillo non podían ficar sen facer nada con aquela información. Así que pasaron o resto do verán no laboratorio de Leeds facendo experimentos de difracción con raios X coma tolos. Na viaxe de volta a Cambridge á fin das súas vacacións, Lawrence non podía deixar de darlles voltas aos resultados que obtiveran. E, ao pouco de chegar, a idea revolucionaria xa tomara forma: os resultados de von Laue e mais os seus colegas poderían interpretarse facilmente supondo que se producían pola reflexión dos raios X nos distintos planos atómicos do cristal. Lawrence foi un paso lóxico máis alá: a difracción de raios X podía dar información a partir da cal podería deducirse a disposición dos átomos nun cristal.

Para explicar os motivos que atoparan, von Laue et al. supuxeran que a fonte de raios X era policromática (concretamente, que contiña 6 ou 7 lonxitudes de onda, non máis) e que a estrutura do ZnS consistía nunha disposición tridimensional de pequenos cubos cos átomos de cinc e xofre ocupando vértices alternos.

Pero Lawrence examinou detalladamente as fotografías de raios X e decatouse de que algúns puntos de difracción eran elípticos e que tiñan diferentes intensidades. Nun artigo lido polo seu supervisor, Thomson, perante a Sociedade Filosófica de Cambridge (Cambridge Philosophical Society) o 11 de novembro de 1912, Lawrence facía dúas importantes propostas para xustificar estes feitos. Propostas dun mozo de 22 anos cuxas consecuencias están hoxe en todos os libros de texto que tratan a estrutura da materia e que lle proporcionarían un Nobel con 25.

En primeiro lugar suxeriu que os resultados de von Laue et al. eran a consecuencia da reflexión dun contínuum de lonxitudes de onda polos planos atómicos dentro do cristal. A cuantificación desta idea levouno ao que hoxe coñecemos como lei de Bragg, isto é, n\lambda=2d\,\mathrm{sen}\theta, onde \theta é o ángulo de incidencia dos raios X con lonxitude de onda \lambda, d é a separación dos planos reflectores e n é un número enteiro. En segundo lugar, propuxo que o motivo de difracción do ZnS era característico de átomos non só colocados nos vértices dunha disposición tridimensional de cubos, senón tamén nas caras dos devanditos cubos: unha rede centrada nas caras.

Aquela conferencia foi o inicio dunha reacción en cadea que chega ata os nosos días. E é que na audiencia estaba C. T. R. Wilson. Pero xa falaremos disto na vindeira entrega.

Non podemos rematar esta, secasí, sen nombrar dous investigadores habitualmente esquecidos na historia da difracción dos raios X que chegaron de xeito independente a resultados equivalentes aos de Bragg fillo. Por unha banda, o teórico Gueórgui Víktorovich Vulf (ou George Wulff, en ruso Гео́ргий Ви́кторович Вульф), da Universidade de Moscova (Моско́вский университе́т), descubriu tamén a lei de Bragg e publicouna en 1913. Pola outra banda, Torahiko Terada, da Universidade Imperial de Toquio (東京帝國大學), que, como consecuencia dos seus estudos con varios minerais, acadou a conclusión de que os puntos de difracción obtidos se correspondían coa reflexión dos raios X nos distintos planos reticulares un pouco antes ca Bragg (o seu manuscrito, enviado antes desde o Xapón, chegou á redacción de Nature despois da conferencia de Thomson).

[O seguinte artigo da serie é Breve historia da cristalografía (XV): O século de Bragg.]


Sobre o autor: César Tomé López (@EDocet) é químico e divulgador científico, autor de Experientia docet e editor xefe do Cuaderno de cultura científica e de Mapping Ignorance.

Advertisements

Deixar unha resposta

introduce os teu datos ou preme nunha das iconas:

Logotipo de WordPress.com

Estás a comentar desde a túa conta de WordPress.com. Sair /  Cambiar )

Google+ photo

Estás a comentar desde a túa conta de Google+. Sair /  Cambiar )

Twitter picture

Estás a comentar desde a túa conta de Twitter. Sair /  Cambiar )

Facebook photo

Estás a comentar desde a túa conta de Facebook. Sair /  Cambiar )

Conectando a %s