La cristalización es un proceso químico muy básico: los escolares pueden presenciarlo con sus propios ojos. Pero los científicos no habían podido observar este proceso a nivel molecular, es decir, el instante en que las moléculas superan sus tendencias a flotar individualmente enuna solución líquida y toman su lugar en la red rígida de una estructura cristalina sólida. Ahora, los investigadores del Instituto de Ciencia Weizmann han observado por primera vez directamente el proceso de cristalización a nivel molecular, validando algunas teorías recientes sobre la cristalización.además de mostrar que si uno sabe cómo comienza a crecer el cristal, puede predecir la estructura final. Este trabajo fue publicado en Química de la naturaleza .
La investigación tuvo lugar en el laboratorio del profesor Ronny Neumann del Departamento de Química Orgánica del Instituto Weizmann. El profesor Neumann explica que para unirse, las moléculas deben superar una barrera energética: "La teoría prevaleciente había sidoque los contactos casuales entre las moléculas conducen a la unión, eventualmente creando pequeños grupos que se convierten en núcleos para que crezcan cristales más grandes. Pero las moléculas, que se mueven aleatoriamente en la solución, deben alinearse adecuadamente para cristalizar.podría presentar una barrera energética demasiado alta "
Las teorías propuestas en las últimas décadas sugieren que si las moléculas se congregaran en una llamada "fase densa", en la que se agregan en un estado similar a la sardina, muy juntas pero no organizadas, y luego se cristalizaneste estado, la barrera energética sería menor.
Para probar las teorías, el profesor Neumann y el estudiante de doctorado Roy Schreiber crearon moléculas grandes y rígidas y las congelaron en su lugar. Luego colocaron la solución congelada bajo un haz de microscopio electrónico que calentó la mezcla lo suficiente como para permitir algo de movimiento- y, por lo tanto, las interacciones entre las moléculas. El ajuste de la composición de la solución mediante la adición de diferentes iones permitió a los científicos producir cristalización con y sin fases densas; ayudados por los doctores Lothar Houben y Sharon Wolf de la Unidad de Microscopía Electrónica, fueroncapaz de observar, por primera vez, fases densas que se forman y posteriormente se transforman en núcleos de cristal.
Si bien ambos estados produjeron cristales, los resultados experimentales mostraron que cuando se forman fases densas, la barrera de energía para la formación de una disposición cristalina ordenada de moléculas es menor, tal como lo predijo la teoría.
Los científicos también descubrieron que el crecimiento que surge de las fases densas da como resultado núcleos de cristal más grandes y más estables. Además, descubrieron que la disposición de las moléculas en cristales completamente desarrollados, que determinaron mediante cristalografía de rayos X con la ayuda del Dr.Gregory Leitus, de Chemical Research Support, estuvo de acuerdo con eso en los pequeños grupos de solo unas pocas moléculas en los núcleos originales. "Esto significa que las fuerzas y factores que determinan el proceso son constantes durante todo el crecimiento del cristal".dice el profesor Neumann.
"Realmente hemos observado un evento elemental en el mundo de la química", afirma el profesor Neumann. "Los hallazgos también nos están llevando a nuevas investigaciones en esta área, analizando los efectos y la importancia de las fases densas en la reactividad química".
También participó en esta investigación un grupo dirigido por el Prof.Josep Poblet, el Dr. Jorge Carbó y el estudiante de doctorado Zhong-Ling Lang de la Universidad de Rovira i Virgili, Tarragona, España, que ayudaron en el cálculo del movimiento demoléculas en solución.
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Weizmann . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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