علمی، پژوهشی و فناوری

شکستن قوانین شیمی: نظریه جدید ایده های قدیمی درباره تشکیل بلور را به چالش می کشد

به گزارش پایگاه خبری علم و فناوری : آیا آن آزمایش شیمی دبیرستانی قدیمی را به خاطر دارید که در آن کریستال های نمک از محلول آب شور تشکیل می شدند - یا آزمایشی که در آن کریستال های قند از آب قند به شکل آب نبات سنگی در می آمدند؟ معلوم می شود که درک شما از نحوه تشکیل کریستال ها در آن محلول ها ممکن است اشتباه باشد.

یک نظریه جدید فرآیند تبلور را "ابهام زدایی" می کند و نشان می دهد که ماده ای که متبلور می شود جزء غالب در محلول است - که حلال است، نه املاح. این نظریه می تواند پیامدهایی برای همه چیز از توسعه دارو گرفته تا درک تغییرات آب و هوا داشته باشد.

جیمز مارتین، استاد شیمی در دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی و نویسنده مقاله ای در Matter که به تشریح این موضوع می پردازد، می گوید: "کریستال ها همه جا وجود دارند - ما از آنها در همه چیز از فناوری گرفته تا پزشکی استفاده می کنیم - اما درک واقعی ما از فرآیند کریستالیزاسیون وجود ندارد." نظریه.

بازبینی شیمی دبیرستان

ایده‌های غالب در مورد انحلال و رسوب این است که آنها اساساً برعکس یکدیگر هستند، اما اینطور نیست. مارتین می‌گوید که در واقعیت، آنها فرآیندهای کاملاً متفاوتی هستند.

با استفاده از آزمایش شیمی دبیرستان با خارج کردن رسوب از محلول به عنوان مثال: وقتی نمک (املاح) را در آب (حلال) حل می کنم، آب غالب است. مارتین می‌گوید که نمک را اساساً با جدا کردن آن حل می‌کند. "اگر بخواهم از آن محلول یک کریستال نمک رشد دهم، فاز غالب باید به نمک تبدیل شود - که حلال در آن نقطه است و همان چیزی است که کریستال را تشکیل می دهد."

نمودارهای فاز ترمودینامیکی، که نقاط انتقال وابسته به غلظت و دما را در محلول‌ها توصیف می‌کنند، می‌توانند برای نشان دادن نظریه جدید، که نظریه منطقه انتقال نامیده می‌شود، استفاده شوند.

این تئوری نشان می‌دهد که تبلور در دو مرحله اتفاق می‌افتد: ابتدا یک واسطه پیش از رشد مذاب شکل می‌گیرد. سپس آن واسطه می تواند در ساختار کریستالی سازماندهی شود.

مارتین می گوید: «برای رشد یک کریستال از محلول، باید به سرعت حلال و املاح را جدا کنید. وقتی در اینجا به "ذوب" اشاره می کنیم، در مورد فاز خالص حلال قبل از تشکیل کریستال صحبت می کنیم. تفاوت در اینجا این است که تئوری من نشان می دهد که شما با حرکت دادن محلول خود به سمت شرایطی که بر حلال تأکید دارند، رشد بلوری بهتر و سریع تری خواهید داشت. به عبارت دیگر، حلال – نه ناخالصی درون آن – سرعت رشد کریستال را کنترل می کند.

کاربردها و کاربردهای عملی

مارتین نظریه خود را بر روی تعدادی محلول، غلظت و شرایط دمایی مختلف به کار برد و دریافت که این نظریه به دقت سرعت و اندازه تشکیل کریستال را توصیف می کند.

مارتین می‌گوید: «مساله اصلی در توصیف‌های قبلی از تبلور این بود که کریستال‌ها با انتشار ذرات املاح مستقل در آن رشد می‌کنند و سپس به یک رابط کریستالی در حال رشد متصل می‌شوند. درعوض، درک مجموعه‌های تعاونی حلال برای توصیف رشد کریستال ضروری است.

به گفته مارتین، جنبه مهم تئوری جدید تمرکز آن بر درک این است که چگونه ناخالصی‌های املاح آن مجموعه تعاونی حلال را مختل می‌کنند.

با درک تأثیر متقابل دما و غلظت، می‌توانیم دقیقاً پیش‌بینی کنیم که کریستال‌ها با چه سرعتی و بزرگی از محلول خارج می‌شوند.»

مارتین معتقد است که نمودارهای فاز نه تنها برای تشکیل کریستال، بلکه برای جلوگیری از تشکیل کریستال، مانند جلوگیری از رشد سنگ کلیه، کاربردهای مهمی دارند.

مارتین می گوید: "کریستال ها زیربنای فناوری هستند - آنها در اطراف ما هستند و بر زندگی روزمره ما تأثیر می گذارند." این نظریه ابزارهای ساده‌ای را در اختیار محققان قرار می‌دهد تا «جادو» رشد کریستال را درک کنند و پیش‌بینی‌های بهتری انجام دهند. این نمونه ای است از اینکه چگونه علم بنیادی پایه و اساس حل انواع مشکلات دنیای واقعی را می گذارد.»