A formação de cristais é um dos processos mais comuns em que você provavelmente pode pensar. Cada vez que você congela chuva em cubos de gelo, por exemplo, você está criando estruturas cristalinas. Há até um experimento recreativo que você pode fazer para cultivar cristais de sal, com zero mais do que isso sal de cozinha e chuva.

Mas, no nível atômico, temos um entendimento pobre de porquê os cristais são formados, mormente a nucleação, a primeira lanço do processo de cristalização. Isso ocorre em troço porque é um processo dinâmico que ocorre em escalas muito pequenas e em troço porque é um pouco aleatório, tornando-o difícil de estudar.

É isso que torna tão emocionante o trabalho de uma equipe de pesquisadores liderada pelo químico Takayuki Nakamuro, da Universidade de Tóquio, no Japão. Usando uma técnica peculiar em desenvolvimento desde 2005, eles filmaram a cristalização de sal em graduação atômica pela primeira vez.

porquê a cristalização é usada para uma ampla gama de aplicações, da medicina à manufatura industrial, este é um passo em direção a um melhor controle de porquê criamos materiais, disseram os pesquisadores.

A técnica é chamada de microscopia eletrônica de solução atômica em tempo real de uma única molécula ou SMART-EM, que é usada para estudar moléculas e agregados moleculares. Combinando-o com um método de preparação de padrão recém-desenvolvido, a equipe capturou a mesma formação de cristal de sal.

(Universidade de Tóquio)

“Um dos nossos alunos de mestrado, Masaya Sakakibara, usou o SMART-EM para estudar o comportamento do cloreto de sódio (NaCl) – sal.” Nakamuro disse.

“Para manter as amostras no lugar, usamos nanocifres de carbono com espessura de átomos, uma de nossas invenções anteriores. Com os vídeos impressionantes capturados por Sakakibara, percebemos imediatamente a oportunidade de estudar os aspectos estruturais e estatísticos da nucleação. De cristais com detalhes “.

A uma taxa de 25 quadros por segundo, a equipe registrou porquê a chuva evapora de uma solução de cloreto de sódio. Do caos líquido, induzido pela forma de um nanocorno de carbono vibratório que suprime a disseminação molecular, a ordem surgiu quando dezenas de moléculas de sal surgiram e se organizaram em cristais em forma de cubo.

Esses agregados de pré-cristalização nunca foram observados ou caracterizados antes, disseram os pesquisadores.

Nove vezes os pesquisadores observaram o processo e nove vezes as moléculas foram organizadas em um aglomerado que flutua entre estados incomuns e semi-ordenados antes de formarem um cristal de repente: quatro átomos de largura por seis de comprimento. Esses estados, observou a equipe, são extremamente diferentes dos cristais reais.

Eles também observaram um padrão estatístico na frequência com que os cristais se formaram, cresceram e encolheram. Eles descobriram que durante cada uma das nove nucleações, o tempo do processo de nucleação era de aproximadamente um distribuição normal, com tempo médio de 5,07 segundos; isso foi teorizado, mas é a primeira vez que foi verificado experimentalmente.

No universal, seus resultados mostraram que o tamanho do conjunto molecular e sua dinâmica estrutural desempenham um papel no processo de nucleação. Compreendendo isso, é verosímil controlar com precisão o processo de nucleação controlando o espaço onde ele ocorre. Eles podiam até controlar o tamanho e a forma dos cristais.

O próximo passo da pesquisa será tentar estudar a cristalização mais complexa, com aplicações práticas mais amplas.

“O sal é unicamente o nosso primeiro padrão de substância para investigar as bases dos eventos de nucleação,” disse o químico Eiichi Nakamura da Universidade de Tóquio.

“O sal só se cristaliza de uma maneira. Mas outras moléculas, porquê o carbono, podem se cristalizar de várias maneiras, dando origem ao grafite ou ao diamante. Isso se labareda polimorfismo e ninguém viu os estágios iniciais. Da nucleação que o impulsiona. espero que nosso estudo forneça o primeiro passo para a compreensão do mecanismo do polimorfismo. “

A pesquisa foi publicada em Jornal da American Chemical Society.

Este item foi reescrito, traduzido de uma publicação em inglês. Clique cá para acessar a material original (em inglês)!