Breve historia da cristalografía (XV): O século de Bragg

[Esta é unha tradución adaptada do artigo orixinal de 20 de febreiro de 2014 Breve historia de la cristalografía: (y XV) el siglo de Bragg, de César Tomé López, que pode lerse nesta ligazón.]

[O artigo previo da serie é Breve historia da cristalografía (XIV): Xeración X.]

william-lawrence-bragg

Na conferencia que impartiu Thomson perante a Sociedade Filosófica de Cambridge (Cambridge Philosophical Society) o 11 de novembro de 1912, na que presentaba as propostas de W. Lawrence Bragg, estivo presente o físico Charles T. R. Wilson (que se faría famoso polas súas cámaras de néboa para localizar raios cósmicos e outras partículas, polas que lle concederon o premio Nobel en 1927). Na quenda de preguntas Wilson suxeriu que os raios X tamén deberían reflectirse nas caras externas dos cristais, sempre que as ditas caras fosen lisas dabondo.

A idea tiña sentido, polo que Lawrence realizou inmediatamente unha serie de experimentos nas caras de exfoliación da mica, pois supúñase que esta debía de ser moi plana mesmo na escala atómica. Lawrence puido fotografar esta reflexión e en decembro, isto é, pouco máis dun mes despois da suxestión de Wilson, aparecía en Nature o seu The Specular Reflexion of X-Rays.

Pola súa banda, William H. Bragg demostrou pouco despois que o espectrómetro de raios X que construíra podía detectar os raios X monocromáticos difractados, pero non cunha placa fotográfica senón cun detector de ionización de gas.

A importancia da lei de Bragg, así como a capacidade do espectrómetro para rexistrar as intensidades dos raios X cunha determinada lonxitude de onda, quedou demostrada de xeito espectacular en dous artigos aparecidos nos Proceedings of the Royal Society en 1913. Nun deles, asinado só por Bragg fillo, analizábanse as estruturas dos cristais dos cloruros de sodio e potasio e do bromuro e ioduro de potasio; no outro, de Lawrence con William, estudábase a estrutura do diamante.

A metodoloxía desenvolvida polos Bragg constituía un xeito fiable de determinar a estrutura interna de todos os sólidos cristalinos e, consecuentemente, de explicar as súas propiedades. Cando se descubriu a estrutura do diamante, cos átomos de carbono enlazados firmemente nas tres dimensións, era doado entender que fose tan duro. Cando, na década de 1930, se determinou a estrutura do grafito, cunha composición química idéntica á do diamante, entendeuse que, malia isto, fose tan brando, que reaccionase quimicamente de maneira tan diferente e que tivese un comportamento electrónico tan distinto.

Durante as décadas seguintes a ecuación de Bragg e mais o espectrómetro convertéronse nos eixes da investigación da difracción de raios X, desprazando o método policromático de Von Laue. Malia todo, algúns investigadores empregaban ambos os procedementos, o máis famoso deles Linus Pauling na determinación das estruturas da hematita e do corindón en 1925.

En 1919 Lawrence sucedeu a Ernest Rutherford na cátedra de física da Universidade de Manchester (University of Manchester). Alí dedicouse ao estudo das propiedades químicas e físicas dos silicatos, os minerais máis abundantes na codia terrestre e que, porén, os enfoques químicos tradicionais non conseguiran aínda explicar ben a nivel atómico. Por exemplo, hoxe sabemos por que a mica ou o talco son brandos ou o berilo duro grazas ao labor de Lawrence nesta época.

Lawrence demostrou que moitos minerais, especialmente os silicatos, están dominados polo osíxeno cargado negativamente, que ocupa unha gran parte do espazo, mentres os catións metálicos ocupan os intersticios que aqueles deixan. No caso dos silicatos descubriu unha coordinación tetraédrica de catro átomos de osíxeno independente da razón silicio:osíxeno.

Tamén durante a época de Manchester, Lawrence resolveu as estruturas do latón gamma e de varias aliaxes magnéticas, fundamentais para o desenvolvemento da teoría moderna dos metais.

En 1938, Lawrence volveu suceder a Rutherford, esta vez á fronte do laboratorio Cavendish de Cambridge, o cal revolucionaría, especialmente tras o esforzo bélico da Segunda Guerra Mundial, orientándoo cara á cristalografía de interese biolóxico, onde el vía o futuro. Aquí, baseándose no traballo de 1934 de J. D. Bernal e Dorothy Crowfoot (despois Hodgkin) que demostraba que as proteínas cristalizadas difractaban os raios X con motivos complexos, alentaría a Max Perutz e John Kendrew (ambos Nobel de química de 1962) na determinación cristalográfica mediante raios X da estrutura, endiañadamente complexa, da hemoglobina e da mioglobina. Máis tarde sería determinante para as investigacións de Francis Crick e James Watson acerca do adn (ambos Nobel de medicina ou fisioloxía en 1962).

En 1953, Lawrence converteuse no director da Royal Institution. Novamente o seu impulso revolucionaba unha institución: a nova liña da cristalografía de estruturas biolóxicas víase potenciada coa construción dun difractómetro linear de raios X automatizado, o primeiro no seu xénero. Foi este aparello o que lle permitiu a Kendrew, quen fora incorporado por Bragg como investigador «honorario», determinar xunto a David Phillips os últimos detalles da primeira proteína caracterizada: a mioglobina. Tamén axudaría a Phillips e a Louise Johnson coa determinación e modo de actuación da estrutura do primeiro enzima: o lisozima.

Desde a súa descuberta en 1912, o método dos Bragg permitiu o establecemento de múltiples grupos de investigadores en todo o mundo traballando na determinación de toda sorte de estruturas moleculares. Téñense concedido ao menos 24 premios Nobel relacionados coa difracción de raios X. Hoxe en día segue estando no corazón da cristalografía e, con esta, en todas as ramas da ciencia.


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 )

w

Conectando a %s