¿Qué tienen en común las nubes, los televisores, los productos farmacéuticos e incluso la suciedad que pisamos? Todos tienen o usan cristales de alguna manera. Los cristales son más que piedras preciosas de lujo. Las nubes se forman cuando el vapor de agua se condensa en cristales de hielo en la atmósfera. Las pantallas de cristal líquido se utilizan en una variedad de productos electrónicos, desde televisores hasta paneles de instrumentos. La cristalización es un paso importante para el descubrimiento y la purificación de fármacos. Los cristales también forman rocas y otros minerales. Su papel crucial en el medio ambiente es un foco de investigación en ciencias de los materiales y ciencias de la salud.

Los científicos todavía tienen que entender completamente cómo ocurre la cristalización, pero la importancia de las superficies en la promoción del proceso ha sido reconocida por mucho tiempo. La investigación del Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico (PNNL), la Universidad de Washington (UW) y la Universidad de Durham arroja nueva luz sobre cómo se forman los cristales en las superficies. Sus resultados fueron publicados en Science Advances .

Los estudios previos sobre la cristalización llevaron a los científicos a formar la teoría clásica de la nucleación, la explicación predominante de por qué los cristales comienzan a formarse o nuclearse. Cuando los cristales se nuclean, comienzan como grupos efímeros muy pequeños de solo unos pocos átomos. Su pequeño tamaño hace que los grupos sean extremadamente difíciles de detectar. Los científicos han logrado recopilar solo unas pocas imágenes de tales procesos.

"Las nuevas tecnologías están haciendo posible visualizar el proceso de cristalización como nunca antes", dijo Ben Legg, químico de la División de Ciencias Físicas del PNNL. Se asoció con el PNNL Battelle Fellow y el profesor afiliado de la UW James De Yoreo para hacer precisamente eso. Con la ayuda del profesor Kislon Voitchovsky de la Universidad de Durham en Inglaterra, utilizaron una técnica llamada microscopía de fuerza atómica para observar la nucleación de un mineral de hidróxido de aluminio en una superficie de mica en agua.

La mica es un mineral común que se encuentra en todo, desde paneles de yeso hasta cosméticos. A menudo proporciona una superficie para que otros minerales se nuclearen y crezcan. Sin embargo, para este estudio, su característica más importante fue su superficie extremadamente plana, lo que permitió a los investigadores detectar los grupos de pocos átomos a medida que se formaban en la mica.

Lo que Legg y De Yoreo observaron fue un patrón de cristalización que no se esperaba de la teoría clásica. En lugar de un evento raro en el que un grupo de átomos alcanza un tamaño crítico y luego crece en la superficie, vieron miles de grupos fluctuantes que se fusionaron en un patrón inesperado con brechas que persistieron entre "islas" cristalinas.

Después de un análisis cuidadoso de los resultados, los investigadores concluyeron que, si bien ciertos aspectos de la teoría actual eran ciertos, en última instancia, su sistema siguió un camino no clásico. Lo atribuyen a las fuerzas electrostáticas de las cargas en la superficie de la mica. Debido a que muchos tipos de materiales forman superficies cargadas en el agua, los investigadores plantean la hipótesis de que observaron un fenómeno generalizado y están ansiosos por buscar otros sistemas en los que podría ocurrir este proceso no clásico.

"Las suposiciones de la teoría clásica de la nucleación tienen implicaciones de gran alcance en disciplinas que van desde la ciencia de los materiales hasta la predicción del clima", dijo De Yoreo. "Los resultados de nuestros experimentos pueden ayudar a producir simulaciones más precisas de tales sistemas". + Explora más

Orden hacia arriba:un nuevo estudio revela la importancia del orden estructural líquido en la cristalización