Programma esteso
Insegnamento: Tecniche della diffrazione (4 CFU)
Programma esteso del Corso
Importanza delle tecniche di diffrazione. I Cristalli: Cosa sono i cristalli. Stato solido amorfo e cristallino. Ordine a lungo ed a corto raggio. Forze di coesione nei solidi: Cristalli covalenti, ionici, metallici e molecolari. Relazione struttura e proprietà.
Morfologia dei cristalli. Indici di Miller. Forme cristalline. Isomorfismo e polimorfismo. Legge di Hauy degli indici razionali.
Struttura cristallina. Cella elementare e parametri di cella. Reticolo cristallino, nodi reticolari e piani cristallografici. Famiglie di piani. Simmetria nei cristalli. Elemento di simmetria ed operazione di simmetria. Punti, assi e piani. Congruenza diretta ed inversa. Operazioni compatibili con molecole chirali: Traslazione, rotazione e roto-traslazione. Operazioni incompatibili con molecole chirali: Inversione, roto-inversione, roto-inversione-traslazione. Assi compatibili con il reticolo cristallino: assi di ordine 1, 2, 3, 4, 6. Assi di roto-traslazione compatibili con il reticolo cristallino. Roto-inversioni e roto-inversioni con traslazione compatibili con il reticolo cristallino. Vincoli imposti ai parametri di cella dagli elementi di simmetria. Le 6 famiglie cristalline e i 7 sistemi cristallini. Simmetria e reticoli centrati. I 14 reticoli di Bravais. Le 32 classi cristalline (gruppi puntuali cristallografici). Le 11 Classi di simmetria Laue. I 230 gruppi spaziali. Le Tavole Internazionali per la Cristallografia. Posizioni generali equivalenti. Coordinate frazionarie.
Strutture cristalline ad impaccamento compatto. Il solido ionico NaCl ed i metalli oro e zinco. Calcolo della densità da dati di diffrazione. Grafica molecolare, visualizzazione della struttura ed analisi della simmetria. Esempi di strutture e simmetrie cristalline del quarzo e del saccarosio. Le forme allotropiche del carbonio (diamante e grafite), dello stagno (forma alfa e beta) e dello zolfo (S8 ortorombico e monoclino).
Onde elettromagnetiche. I raggi X duri e molli. Sorgenti di raggi-X: Tubi di raggi-X chiusi; Anodo Rotante; Sincrotrone. Radiazione di Sincrotrone. Vantaggi della luce di sincrotrone: intensità (brillanza); divergenza; luce bianca; lunghezza d’onda variabile. Schema di un sincrotrone. Spettro di emissione. Insertion Devices: Wiggler. Front-end di linee di luce. Monocromatori e specchi. Detector IP, CCD e detector basati su CMOS. Diffrattometri.
Teoria della diffrazione. Onde nel diagramma di Argand. Scattering della luce. Interferenza di onde elettromagnetiche. Somma di onde nel diagramma di Argand. Interferenza costruttiva e distruttiva.
Condizione di riflessione. Legge di Bragg. Reticolo reale e reticolo reciproco. Sfera di Ewald. Assenze sistematiche. Simmetria nella diffrazione. Legge di Friedel.
Montaggio dei cristalli. Metodi di Raccolta Dati: Metodo Laue e Metodo del Cristallo Rotante. Ottimizzazione delle variabili sperimentali. Riduzione dei dati di diffrazione.
Il problema della fase, importanza della fase nelle mappe di densità elettronica. I principali metodi di risoluzione del problema della fase. La funzione Patterson e metodo dell'atomo pesante. Metodi Diretti.
La dispersione anomala. Dalle coppie di Friedel alle coppie di Bijvoet. Limite di risoluzione e qualità delle mappe di densità elettronica. Costruzione del modello e interpretazione delle mappe.
Affinamento strutturale. Qualità dell'affinamento. Indice di disaccordo R.
Il corso prevede anche una parte sperimentale di montaggio dei cristalli, raccolta dati e risoluzione di una semplice struttura organica e di un complesso metallico.