Hvordan en krystal opløses i vand

Forskere ved Ruhr-Universität Bochum har observeret, hvordan et molekyle fra en fast krystalstruktur for første gang opløses i et flydende opløsningsmiddel på molekylært niveau. Processen er for hurtig til at dechifrere ved stuetemperatur. Teamet fra Ruhr Explores Solvation (Resolv) Cluster of Excellence brugte mikroskopiske metoder, der virker ved særligt lave temperaturer. Gruppen ledet af Dr. Karsten Lucht og professor Karina Morgenstern fra Institut for Fysisk-kemi I beskriver de relevante trin i solvationsprocessen i tidsskriftet Angewandte Chemie den 11. oktober 2018.

"Forståelse af solvationsprocessen er af fundamental betydning for kemi, da viden kan være med til at påvirke samspillet mellem opløsningsmidler og solvatiserede molekyler målrettet og dermed til at kontrollere kemiske reaktioner endnu mere omfattende, " forklarer Karsten Lucht.

Til studiet, kemikerne analyserede krystaller af et organisk molekyle ved hjælp af lavtemperatur scanning tunneling mikroskopi, som opererer ved minus 265 grader celsius. Ved denne temperatur, molekylære bevægelser går i stå, gør det muligt at afbilde de enkelte molekyler.

Vand opløser krystalstruktur

Forskerne fikserede de organiske molekyler på en speciel sølvoverflade. Molekylernes funktionelle grupper dannede derefter kæder. "Denne struktur svarer til en endimensionel krystal, " forklarer Lucht. Forskerne tilføjede derefter en lille mængde vand, som knyttet sig til de organiske molekyler på definerede positioner. Endelig, de opvarmede systemet til minus 193 grader Celsius, hvorved krystalstrukturen gik fuldstændig tabt.

"Tabet af den molekylære orden svarer til opløsningen af ​​den organiske krystal i en rigtig opløsning, " beskriver Karina Morgenstern. De enkelte organiske molekyler interagerer kun med vandmolekylerne og kan derfor betragtes som solvatiserede. "Vi kunne således for første gang observere de relevante trin i solvateringsprocessen på individuelle molekyler. dvs. den tørre krystal, vedhæftningen af ​​opløsningsmidlet til det og dets fuldstændige opløsning, " siger forskeren.