26 листопада 2009

Будь-який хімік-експериментатор знає, як можна прискорити утворення кристалів – потерти скляною паличкою по внутрішній стінці колби, у який міститься насичений розчин речовини, кристали якої ми хочемо отримати.
Дослідники із Великобританії більш детально вивчили процеси, що відбуваються на мікроскопічному рівні під час кристалізації речовини.
Кристалічний стан речовини відрізняється від рідини наявністю ближнього і дальнього порядку (для рідини характерна наявність тільки ближнього порядку). Природно, що припущення про швидкий перехід від системи із ближнім порядком до системи із дальнім порядком мало вірогідне.
Кристалізація починається із процесу нуклеації – утворення невеликих ділянок із дальнім кристалічним порядком. Ці ділянки слугують зародками для утворення кристалів більшого розміру. Нанесені з допомогою скляної палички заглибини різної форми на поверхні скла виступають у ролі ділянок активної нуклеації, прискорюючи процес кристалізації в цілому.
Уже декілька десятків років хімікам відомо, що межа розподілу фаз між кристалічним станом речовини і рідким нестабільна, а дефекти поверхні, як, наприклад, довгі заглибини-жолобки сприяють зменшенню площі межі розподілу фаз.
Для отримання більшої кількості інформації про вплив форми дефектів поверхні на процес нуклеації спеціалісти в області фізичної хімії із Університету Суррея Аманда Пейдж і Ричард Шор провели комп’ютерне дослідження поведінки атомів аргону або молекул метану у V-подібних заглибинах, визначивши, яка форма жолобка призводить до найбільшої швидкості нуклеації. Було встановлено, що для нуклеації аргону і метану оптимальним є кут жолобка 70°, у заглибинах із таким кутом нуклеація відбувається зі швидкістю у 48 разів більшою, ніж на плоскій поверхні.
Дослідники встановили, що вплив кута дефекту поверхні на швидкість нуклеації обумовлений необхідністю відповідності форми цього дефекту і форми кристалу, що росте. Наприклад, вивчені в рамках дослідження аргон і метан при кристалізації утворюють гранецентровану кубічну решітку, яка за формою нагадує заглибину із сімдесятиградусним «V-клином». Канавки-дефекти, кут клину яких менший (наприклад, 45°), не відповідають за формою кристалу, перешкоджають утворенню кристалів правильної форми і сповільнюють нуклеацію.
Спеціаліст в галузі теоретичної хімії із Університету Сіднея Пітер Харроуел відмічає, що вплив форми дефектів поверхні на швидкість і якість кристалів можна в черговий раз вважати підтвердженням принципу Бритви Оккама. Так, для успішної кристалізації простих молекул необхідно лише, щоб форма дефектів поверхні для нуклеації відповідала утвореному кристалу.
Ресурс: http://www.chemport.ru/datenews.php?news=1923