Licht schakelt kristalgroei bij oververzadiging

Als kind hebben we allemaal weleens kandij gemaakt. Eerst een heleboel suiker oplossen in heet water, daar een touwtje inhangen en het geheel vervolgens laten afkoelen, zodat een oververzadigde oplossing ontstaat.

Na verloop van tijd zetten zich suikerkristallen af op het touwtje, dat dient als kristallisatiekern. Chemici van de Polytechnische Universiteit in New York hebben onlangs laten zien dat het ook anders kan. Zij belichtten een afgesloten, oververzadigde oplossing van ureum in water met een infrarode laser en konden zo van buitenaf de kristalvorming 'aan'zetten (Physical Review Letters, 14 oktober, pag. 3475).

Het was lang bekend dat licht een dergelijk effect kan hebben. Twintig jaar geleden stuurden Amerikaanse onderzoekers een laserbundel door een dichte (metaal)damp van cesiumatomen, waarna het daarin begon te 'miezeren': er werden minuscule metaaldruppeltjes gevormd. Steeds bleek er echter sprake te zijn van een (toevallig) aan de kristallisatie voorafgaande chemische reactie. Onder invloed van licht werd een niet-vluchtig product gevormd, waar omheen de kristallisatie kon geschieden. In het onlangs beschreven experiment is dat voor het eerst niet het geval. Zo werd het gebruikte laserlicht door het ureum niet geabsorbeerd en werden verontreinigingen (en stofdeeltjes) van te voren zorgvuldig verwijderd. Het meest opvallende resultaat was dat de ontstane kristallen georiënteerd waren in de richting van de polarisatie van het licht. Het lijkt er dus op dat de ureum-moleculen netjes door dat licht worden opgelijnd. En volgens de onderzoekers zou dat wel eens de beslissende stap op weg naar een kristal kunnen zijn. In een oververzadigde oplossing proberen de moleculen namelijk voortdurend bij elkaar te kruipen. Desondanks slagen ze er niet in grotere eenheden te vormen, daarvoor blijft de wanorde te groot. Alleen door die chaos van buitenaf te bezweren wordt kristalgroei mogelijk. De cruciale vraag is nu of dit effect ook in andere systemen plaatsvindt en onder welke omstandigheden.