¿Recuerda ese antiguo experimento de química de la escuela secundaria en el que surgían cristales de sal de una solución de agua salada, o tal vez en el que se hacían cristales de caramelo a partir de agua azucarada? Resulta que su comprensión de cómo se forman los cristales en esas soluciones puede ser errónea.
Una nueva teoría “deconstruye” el proceso de cristalización y muestra que el elemento que cristaliza es el elemento dominante en una solución: el disolvente, no el disolvente. La teoría podría tener implicaciones para todo, desde el desarrollo de fármacos hasta la comprensión del cambio climático.
“Los cristales están en todas partes (los utilizamos en todo, desde la tecnología hasta la medicina), pero carecemos de una comprensión real del proceso de cristalización”, dijo James Martin, profesor de química en la Universidad Estatal de Carolina del Norte y autor del artículo. asunto Resuma esa teoría.
“Las ideas convencionales sobre la disolución y la micción son que son básicamente opuestos, pero no lo son. De hecho, son procesos completamente diferentes”, dice Martin.
“Por ejemplo, usando un experimento de química de la escuela secundaria para extraer la precipitación de una solución: cuando disuelvo una sal (disolvente) en agua (disolvente), el agua es dominante. Básicamente disuelve la sal rompiéndola”, dijo Martin. En un cristal de sal, la fase dominante debe convertirse en la sal, que es el disolvente en ese momento y eso es lo que forma el cristal”.
Los diagramas de fases termodinámicas, que describen puntos de transición en solución dependientes de la concentración y la temperatura, se pueden utilizar para explicar la nueva teoría, llamada teoría de la zona de transición.
La teoría muestra que la cristalización se produce en dos pasos: primero, se forma un intermedio previo al crecimiento en forma de masa fundida. Ese intermediario puede luego organizarse en una estructura cristalina.
“Para hacer crecer un cristal a partir de una solución, es necesario separar rápidamente el disolvente y el disolvente”, dice Martin. “Cuando nos referimos a ‘fundir’ aquí, estamos hablando de la fase pura del solvente antes de la formación de cristales. La diferencia aquí es que mi teoría muestra que al mover la solución a ese estado se puede lograr un crecimiento de cristales mejor y más rápido. En otras palabras, el disolvente, no las impurezas que contiene, controla la tasa de crecimiento de los cristales”.
Martin aplicó su teoría a diversas soluciones, concentraciones y condiciones de temperatura y descubrió que describía con precisión la velocidad y el tamaño de la formación de cristales.
“El principal problema con las descripciones anteriores de la cristalización era la percepción de que los cristales eran partículas de soluto independientes dispersadas y luego unidas a una interfaz cristalina en crecimiento”, dice Martin. “En cambio, describir el crecimiento de los cristales requiere comprender los conjuntos cooperativos del disolvente”.
Según Martin, el aspecto importante de la nueva teoría es su enfoque en comprender cómo las impurezas del solvente alteran esa coordinación cooperativa del solvente.
“Al comprender la interacción de la temperatura y la concentración, podemos predecir exactamente qué tan rápido y grandes crecerán los cristales a partir de la solución”.
Martin cree que el diagrama de fases puede tener aplicaciones importantes no sólo para la formación de cristales, sino también para prevenir la formación de cristales, como prevenir el crecimiento de cálculos renales.
“Los cristales sustentan la tecnología: están a nuestro alrededor y afectan nuestra vida diaria”, dice Martin. “Esta teoría brinda a los investigadores herramientas simples para comprender y hacer mejores predicciones sobre la ‘magia’ del crecimiento de los cristales. Es un ejemplo de cómo la ciencia básica sienta las bases para resolver todo tipo de problemas del mundo real”.
El papel aparece asunto y fue apoyado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias.