Đóng góp vào hóa học và khoa học vật liệu 

Đóng góp vào hóa học và khoa học vật liệu 
Kết tinh học tia X đã dẫn tới một sự hiểu biết tốt hơn về các liên kết hóa học và các tương tác không tương bào. Các nghiên cứu ban đầu cho thấy các radius điển hình của các nguyên tử, và xác nhận nhiều mô hình lý thuyết liên kết hóa học, chẳng hạn như liên kết tứ diện của cacbon trong cấu trúc kim cương, liên kết bát diện kim loại quan sát thấy trong hexachloroplatinate ammonium (IV), và cộng hưởng quan sát được trong nhóm cacbonat phẳng  và trong các phân tử thơm.] Cơ cấu hexametylbenzen năm 1928 của Kathleen Lonsdale đã tạo ra sự đối xứng lục giác của benzene và cho thấy sự khác biệt rõ ràng về chiều dài của liên kết giữa các liên kết C-C aliphatic với các liên kết C-C thơm; phát hiện này đã dẫn tới ý tưởng cộng hưởng giữa các liên kết hóa học, có những hệ quả sâu sắc đối với sự phát triển của hóa học.  Kết luận của cô được William Henry Bragg tiên đoán, người đã xuất bản các mô hình naphtalene và anthracene vào năm 1921 dựa trên các phân tử khác, một dạng thay thế phân tử sớm 

Cũng trong những năm 1920, Victor Moritz Goldschmidt và sau đó là Linus Pauling đã phát triển các quy tắc để loại bỏ những cấu trúc không đáng kể về mặt hoá học và để xác định kích thước tương đối của các nguyên tử. Những quy tắc này đã dẫn tới cấu trúc của brookite (1928) và sự hiểu biết về sự ổn định tương đối của các dạng rutil, brookite và anatase của titanium dioxide.

Khoảng cách giữa hai nguyên tử ngoại quan là một thước đo nhạy cảm về độ bền liên kết và thứ tự liên kết; do đó, các nghiên cứu về tinh thể học tia X đã dẫn tới việc phát hiện ra nhiều loại liên kết ngoại lai khác trong hóa học vô cơ, như liên kết đôi kim loại kim loại,  và trái phiếu ba trung tâm, hai electron.  Kết tinh tinh thể X-hay, nói đúng, một thí nghiệm tán xạ Compton không dẻo – cũng cung cấp bằng chứng cho các ký tự liên kết hydro hóa liên kết một phần. Trong lĩnh vực hóa học kim loại hữu cơ, cấu trúc X-quang của các nghiên cứu khoa học về các hợp chất sandwich,  trong khi nghiên cứu về muối Zeise đã kích thích nghiên cứu về “liên kết sau” và phức hợp metal-pi .Cuối cùng, tinh thể học tia X có vai trò tiên phong trong việc phát triển hóa học siêu phân tử, đặc biệt trong việc làm rõ các cấu trúc của các ête vương miện và các nguyên tắc của hóa học chủ-khách.

Trong các ngành khoa học vật liệu, nhiều hệ thống vô cơ và kim loại hữu cơ phức tạp đã được phân tích bằng các phương pháp đơn tinh thể như fulerenes, metalloporphyrins và các hợp chất phức tạp khác. Sự nhiễu tinh thể đơn tinh thể cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp dược phẩm, do những vấn đề gần đây với đa hình. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến chất lượng của các cấu trúc đơn tinh thể là kích thước tinh thể và tính đều đặn; quá trình kết tinh lại là một kỹ thuật thường được sử dụng để cải thiện các yếu tố này trong các tinh thể phân tử nhỏ. Cơ sở dữ liệu Kết cấu Cambridge chứa hơn 800.000 cấu trúc vào tháng 9 năm 2016; hơn 99% các cấu trúc này được xác định bởi nhiễu xạ tia X

Khoáng vật và luyện kim 

Phép nhiễu xạ tia X đầu tiên của đất sao Hỏa – ​​phân tích CheMin cho thấy fenspat, pyroxen, olivin và nhiều hơn nữa (Curiosity rover ở Rocknest, ngày 17 tháng 10 năm 2012) .
Từ những năm 1920, nhiễu xạ tia X là phương pháp chính để xác định sự sắp xếp các nguyên tử trong các khoáng chất và kim loại. Việc áp dụng tinh thể học bằng tia X vào khoáng vật học bắt đầu với cấu trúc của garnet, được Menzer xác định vào năm 1924. Một nghiên cứu hệ tinh thể X-quang tinh thể của silicat đã được thực hiện vào những năm 1920. Nghiên cứu này cho thấy, khi tỉ số Si / O bị thay đổi, các tinh thể silicat có những thay đổi đáng kể trong sự sắp xếp nguyên tử của chúng. Machatschki đã mở rộng những hiểu biết này tới các khoáng chất, trong đó các chất thay thế nhôm cho các nguyên tử silicon của silicat. Việc ứng dụng đầu tiên của kết tinh học tia X vào luyện kim cũng xảy ra vào giữa những năm 1920 Đáng chú ý nhất là cấu trúc hợp kim của Mg2Sn của Linus Pauling đã dẫn tới lý thuyết về sự ổn định và cấu trúc tinh thể ion phức tạp của nó.

Vào ngày 17 tháng 10 năm 2012, Curiosity rover trên hành tinh Mars tại “Rocknest” đã thực hiện phân tích nhiễu xạ tia X đầu tiên của đất sao Hỏa. Các kết quả từ phân tích Chemin của Rover tiết lộ sự hiện diện của nhiều khoáng chất, bao gồm fenspat, pyroxen và olivin, và gợi ý rằng đất trên sao Hỏa trong mẫu là tương tự như “phong hóa đất bazan” của núi lửa Hawaii. 

Các phân tử sinh học sớm hữu cơ và nhỏ 

Cấu trúc ba chiều của penicillin, giải quyết bằng cách Dorothy Crowfoot Hodgkin năm 1945. Các lĩnh vực màu xanh lá cây, trắng, đỏ, vàng và xanh đại diện cho các nguyên tử carbon, hydro, oxy, lưu huỳnh và nitơ, tương ứng.
Cấu trúc đầu tiên của một hợp chất hữu cơ, hexamethylenetetramine, đã được giải quyết vào năm 1923. Tiếp theo là một số nghiên cứu về axit béo chuỗi dài, là thành phần quan trọng của màng sinh học  Trong những năm 1930, các cấu trúc của các phân tử lớn hơn với phức tạp hai chiều đã bắt đầu được giải quyết. Một tiến bộ đáng kể là cấu trúc của phthalocyanine, một phân tử lớn phẳng có liên quan chặt chẽ với các phân tử porphyrin quan trọng trong sinh học, như heme, corrin và chlorophyll.

X-quang tinh thể học của các phân tử sinh học đã cất cánh với Dorothy Crowfoot Hodgkin, người giải quyết các cấu trúc của cholesterol (1937), penicillin (1946) và vitamin B12 (1956), mà cô đã được trao giải Nobel Hóa học năm 1964. Năm 1969 , cô đã thành công trong việc giải quyết cấu trúc insulin, trong đó cô làm việc trong hơn ba mươi năm.

Leave a Reply

Your email address will not be published.