La cristalización es un proceso químico muy básico:los escolares pueden presenciarlo con sus propios ojos. Pero los científicos no lo habían hecho, hasta ahora, haber podido observar este proceso a nivel molecular, es decir, el instante en el que las moléculas superan su tendencia a flotar individualmente en una solución líquida y ocupar su lugar en la retícula rígida de una estructura cristalina sólida. Los investigadores del Instituto de Ciencias Weizmann tienen, por primera vez, observó directamente el proceso de cristalización a nivel molecular, validando algunas teorías recientes sobre la cristalización, además de demostrar que si se sabe cómo empieza a crecer el cristal, se puede predecir la estructura final.

La investigación se llevó a cabo en el laboratorio del Prof. Ronny Neumann del Departamento de Química Orgánica del Instituto Weizmann. Neumann explica que para vincularse entre sí, las moléculas deben superar una barrera de energía:"La teoría predominante había sido que los contactos casuales entre 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 solución, debe estar alineado correctamente para cristalizar. En los últimos años, los investigadores han comenzado a pensar que este proceso podría presentar una barrera energética demasiado alta ".

Las teorías propuestas en las últimas décadas sugieren que si las moléculas se congregaran juntas en una llamada fase densa, en el que se agregan en un estado similar a la sardina, juntos pero desorganizados, y luego cristalizan a partir de este estado, la barrera de energía sería menor. Para probar las teorías, Neumann y el estudiante de doctorado Roy Schreiber crearon grandes moléculas rígidas y las congeló en su lugar en solución. Luego colocaron la solución congelada bajo un haz de microscopio electrónico que calentó la mezcla lo suficiente para permitir algo de movimiento. y por tanto 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; por primera vez, con la ayuda de los Dres. Lothar Houben y Sharon Wolf de la Unidad de Microscopía Electrónica, pudieron observar fases densas que se forman y posteriormente se transforman en núcleos cristalinos.

Si bien ambos estados produjeron cristales, Los resultados experimentales mostraron que cuando se forman fases densas, la barrera de energía para la formación de un ordenado, La disposición cristalina de las moléculas es, como predijo la teoría, más bajo.

Los científicos también encontraron que el crecimiento que surge de las fases densas resulta en mayores, núcleos cristalinos 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, estaba de acuerdo con eso en los pequeños grupos de 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 Neumann.

"Realmente hemos observado un evento elemental en el mundo de la química, "dice Neumann." Los hallazgos también nos están llevando a nuevas investigaciones en esta área, mirando los efectos y la importancia de las fases densas sobre la reactividad química ".