Kristallographie

Die Kristallographie ist eine leistungsstarke wissenschaftliche Methode, die zur Bestimmung der dreidimensionalen Struktur kristalliner Materialien auf atomarer Ebene eingesetzt wird. Sie findet in verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen, darunter Chemie, Biologie, Materialwissenschaften und Festkörperphysik, breite Anwendung. Sie hat maßgeblich zur Aufklärung der Strukturen von Proteinen, Nukleinsäuren, kleinen organischen Molekülen, anorganischen Verbindungen und komplexen Materialien beigetragen und unser Verständnis von molekularen Wechselwirkungen, biologischen Prozessen und der Entwicklung neuer Materialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften erheblich erweitert.

In der Regel wird ein einzelner Kristall des zu untersuchenden Materials benötigt. Dieser Kristall wird in den Weg eines monochromatischen Röntgenstrahls oder eines Elektronenstrahls gebracht. Die Röntgenstrahlen oder Elektronen interagieren mit der Elektronenwolke, die die Atome im Kristall umgibt, was zu einer konstruktiven Interferenz zwischen der Streuung von verschiedenen atomaren Ebenen innerhalb des Kristallgitters führt.

Durch die Analyse des resultierenden Beugungsmusters können Forscher die Elektronendichteverteilung innerhalb des Kristalls rekonstruieren. Aus der Elektronendichteverteilung können die Positionen der Atome  innerhalb des Kristallgitters mit hoher Präzision bestimmt werden. Diese Informationen geben Aufschluss über die räumliche Anordnung der Atome, die Bindungslängen, Bindungswinkel und andere strukturelle Parameter und ermöglichen es Wissenschaftlern, die chemischen und physikalischen Eigenschaften des Materials zu verstehen.