Cuando los investigadores alemanes examinaron imágenes de lapso de tiempo de cristales en disolución a nanoescala, encontraron una sorpresa:la disolución ocurrió en pulsos, marcado por olas que se extienden como ondas en un estanque.

"Lo que vemos son olas o anillos, "dijo el investigador principal Cornelius Fischer, quien realizó esta investigación en la Universidad de Bremen en el grupo del Prof. Andreas Lüttge. "Tenemos un hoyo en el medio, y luego alrededor de estos pozos hay anillos de remoción masiva ". La investigación ha sido publicada en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . Fischer y Lüttge se especializan en el estudio de las interacciones entre minerales y fluidos, y hemos colaborado durante más de 15 años en Estados Unidos y Alemania.

En todos los días de la vida, disolver cristales es tan simple como remover azúcar en un vaso de agua. Y como sabe cualquier niño que haya hecho caramelos, el proceso también funciona a la inversa:se formarán cristales de azúcar a medida que el agua se evapore del vaso. Lüttge dijo que los científicos saben desde hace mucho tiempo que los cristales se forman a través de un proceso continuo a medida que las moléculas se depositan desde la solución en la red cristalina regular del sólido que están formando.

"Siempre pensamos que la disolución era un proceso continuo, una especie de formación de cristales a la inversa, y nos sorprendió cuando estos experimentos demostraron que no se trataba de un proceso continuo, "Dijo Fischer." En cambio, lo que vimos fueron pulsos que se producían alrededor de estos pozos ".

Los pulsos se muestran claramente en los mapas de tasas, Imágenes fijas de alta resolución que capturan la velocidad a la que el material se disuelve con el tiempo desde la superficie de un cristal. En experimentos en MARUM, Cornelius Fischer modificó una técnica de imagen llamada "interferometría de barrido vertical" que Lüttge fue pionera en la Universidad Rice (Houston, EE.UU.) a principios de la década de 2000 para hacer "mapas de velocidad de reacción en la superficie".

"Los mapas muestran la distribución del flujo de material y, por lo tanto, ilustran la reactividad de la superficie, "dijo Fischer, ex investigador postdoctoral de MARUM que ahora dirige un grupo de investigación en el laboratorio de investigación alemán independiente Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf. "Durante el análisis de rutina de los datos del mapa de tasas, descubrimos la existencia de un patrón notable de reactividad superficial. Este fue el punto de partida para un análisis sistemático de las características del mapa de frecuencia de pulsaciones ".

Usando muestras de óxido de zinc primero y luego de carbonato de calcio, Fischer hizo mapas que mostraban cada caída y elevación en la superficie del cristal a una resolución de 1 nanómetro, o la mil millonésima parte de un metro. Cada escaneo recopiló más de 4 millones de mediciones de una superficie que no mide más de un centímetro cuadrado. Tomar instantáneas posteriores de la superficie de un cristal mientras se disolvía les permitió medir la velocidad a la que el cristal se disolvió en función de la altura de la superficie.

Los científicos han entendido desde hace mucho tiempo la importancia que juegan los pequeños defectos superficiales en la disolución de los cristales. Minúsculos divots llamados "pozos de grabado" exponen los bordes de los cristales y aumentan la probabilidad de que un solvente, como el agua, reaccionará químicamente con los átomos del cristal. El proceso es similar a cómo el óxido corroe el hierro o el acero.

Cuando examinaron sus mapas de velocidad para disolver cristales de calcita y óxido de zinc, Lüttge y Fischer encontraron "fluctuaciones rítmicas de la densidad del sitio de la superficie reactiva, "o pulsos de disolución que se extienden como anillos desde los hoyos de grabado y las dislocaciones de los tornillos, al igual que las ondas que se extienden desde el punto donde se deja caer un guijarro en un estanque.

"La compleja superposición de pulsos define el resultado general, y ahora podemos entender y Más importante, cuantificar:patrones como el punto de partida para la formación de porosidad en materiales sólidos durante la disolución, "Dijo Fischer. Lüttge dijo que el descubrimiento se suma a la comprensión fundamental de los científicos sobre la disolución de cristales y podría ayudar a los investigadores en campos tan diversos como la prevención de la corrosión y la fabricación de productos farmacéuticos".