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Perché queste scoperte hanno meritato nel 1985 il riconoscimento internazionale più prestigioso e più ambito Perché queste scoperte hanno meritato nel 1985 il riconoscimento internazionale più prestigioso e più ambito Così le molecole giganti svelano la loro struttura Un aggettivo che vale il Nobel •«>»iw»« te i ''•'ti*. »>,v* QUEST'ANNO 11 Nobel per la chimica è stato conferito al matematico Hauptman e al fisico Karle, due ricercatori americani che operano nel campo della cristallografia. E' un chiaro esempio del carattere Interdisciplinare di questa scienza, evidenziato anche nell'ultimo Congresso europeo di cristallografia tenutosi In settembre a Torino. , Non a caso nella storia del premi Nobel, quelli assegnati per ricerche attinenti, la cristallografia apparten. gono al tre campi della fisica (von Laue, 1914; Bragg, 1915), della chimica (Pauling, 1954; Kendrew e Perù tz, 1962; Crowfoot, 1964) e della medicina (Crick, wiiklns e Watson, 1962; Klug,' 1983). I premi più recenti ri-, guardano soprattutto' 1 ri-' : sultatl ottenuti con l'analisi strutturale di composti molto complessi, spesso di' Interesse bio-medico. Il riconoscimento a Hauptman e Karle si ricollega Invece al primi Nobel'per la Fisica, a von Lane e ai Bragg, in quanto premia del lavori su aspetti metodologici fondamentali della cristallografia. Per comprendere il significato di questi lavori, oc| corre ricordare come, utilizzando la dlffrazijne dei raggi X da parte del crista!: 11, sia possibile ottenere un'Immagine tridimensionale della distribuzione degli elettroni (densità elettronica) al loro Interno e quindi le posizioni degli atomi (dove la densità elettronica è massima). Questo processo, già illustrato In un precedente artìcolo (Tuttoscieme, 4 settembre 1985), è schematizzato In figura. Quando i raggi X diffratti vengono registrati su un film (o con un contatore) è possibile misurare la loro intensità, ma viene a mancare una Informazione essenziale ai fini di ricostruire l'immagine direttamente mediante calcolo. Questa Infatti viene otte-. Mappa tridimensionale di DENSITÀ ELETTRONICA Mappa tDENSITCRISTALLOG a). 1 /is l/-*X /",%. nuta come combinazione delle varie onde elettromagnetiche diffratte, combinazione che dipende non solo dalle loro ampiezze (derivabili dalle intensità), ma anche dalle loro fasi relative (vedi figura a destra). La storia della cristallografia strutturale può quindi essere vista come una continua battaglia per risolvere 11 problema della fase. Dopo 1 primi metodi per tentativi, ormai superati e applicabili solo a strutture molto semplici, si è passati al metodi (ancora' attuali) proposti nel 1925 da Patterson e successivamente sviluppati da vari ricercatori. Essi consistono nel calco-, lare una mappa tridimensionale partendo dalle sole Intensità misurate, mappa che contiene Informazioni su tutti 1 possibili vettori Interatomici che collegano gli atomi all'interno della cella elementare (unità fondamentale che viene ripetuta, per formare 11 reticolo cri-' . stallino). i CRISTALLOGRAFO Raggi X dlffrattl CRISTALLO a) Ondo con ampiezza Ai (-,..) e Az (..) con differenza di fase afe loro combinazione (—> b) Stesse onde con diventa differenza di fase A<f 1 ; la loro combinazione è del tutto diversa da a) Diffrazione dei raggi X RAGGI X sulle fasi direttamente dalle Intensità misurate. In realtà già nel 1948, partendo dalla positività, Harker e Kasper avevano ricavato delle relazioni di diseguaglianza per alcuni casi particolari, ma la loro generalizzazione e sistematizzazione e la introduzione delle ' tecniche probabilistiche sono merito di Hauptman e Karle. Fino alla prima metà degli anni 60 questi metodi Negli Anni 50 Hauptman e Karle posero le basi del cosiddetti metodi diretti. Essi infatti mostrarono come sia possibile utilizzare le proprietà di positività e atomicità della funzione densità elettronica (essa Infatti non può avere valori negativi e presenta massimi ben separati In corrispondenza delle posizioni atomiche) per ottenere, attraverso complesse relazioni probabilistiche, informazioni L'Interpretazione di tali mappe richiede in generale la presenza di atomi pesanti (con più elevato numero di elettroni) di riferimento, come ad esemplo un atomo di bromo o di un metallo legati a molecole organiche costituite da carboni, idrogeni, azoti, ossigeni; Inoltre è necessario un rilevante Impegno del cristallografo, nel determinare 11 processo ; di risoluzione della struttura. ebbero solamente uno sviluppo sul plano teorico, con 11 contributo anche di altri scienziati, come Sayre, Cochran, Woolfson e Zacha-jrlasen. : Solo in seguito, grazie anche alla disponibilità di calcolatori più potenti, i metodi diretti trovarono le prime applicazioni; pionieri in questo furono Karle e la moglie Isabella. Da allora lo sviluppo di queste metodologie è stato enorme e oggi, grazie a esse, è possibile risolvere in modo automatico (l'intervento del cristallografo si limita a fornire i dati al calcolatore e raccogliere in output le coordinate atomiche) strutture piuttosto complesse (molecole con 4060 atomi). A questo sviluppo hanno contribuito ed ancora contribuiscono, oltre a Hauptman e Karle, anche Maln e Woolfson, Beurskens e Schenk, Sheldrick e qui In Italia 1! gruppo coordinato da Giacovazzo (Bari) di cui • chi scrive fa parte. Negli ultimi anni sono stati fatti diversi tentativi j per applicare 1 metodi diret' ti alla risoluzione di proteine. Il contributo di Hauptman e Karle anche in' questo caso è rilevante. L'effetto Hall (deviazione di una carica elettrica in un conduttore sotto campo magnetico) era noto dal secolo scorso: ora Klitzing viene premiato per averne dato una versione quantistica QUANDO, nel 1879. l'americano Edwin Hall scopri l'effetto che da lui prese poi 11 nome, non poteva certo prevedere l'evoluzione che avrebbe avuto ciò che all'epoca era poco più che una curiosità di laboratorio. Ora, a oltre un secolo di distanza, il tedesco Klaus von Klitzing riceve il premio Nobel per aver aggiunto al vecchio effetto Hall un magico aggettivo: «quantistico». Ma vediamo anzitutto che cosa è l'effetto Hall classico. Supponiamo che una particella carica, ad esemplo un elettrone, che viaggia con una certa velocità, entri in una zona dove esiste un campo magnetico perpendicolare alla sua direzione di moto. La legge di Lorentz predice che la particella verrà deviata in una dire' zione perpendicolare sia alla direzione del campo sia alla direzione della velocità da una forza proporzionale a entrambi. Come conseguenza, la particella non proseguirà più In linea retta, ma descriverà un arco di cerchio. , Hall applicò questa legge alle cariche che stanno in un materiale conduttore: esistono, in un conduttore, delle cariche che, pur non potendo uscire, si comportano come se fossero «quasi, libere», cioè hanno una certa mobilità. Sono appunto queste cariche che, sotto l'azione di un campo elettrico, subiscono un moto di • Giuseppina Rlnaudo, Continua a pagina 2 | in sesta colonna ... Davide Viterbo