NIEUW LICHT OP DE EERSTE FASEN VAN DE KRISTALVORMING

Computersimulaties van kristalvorming met lange moleculaire polymeerketens (Macromolecules, okt) en experimenten aan oververzadigde oplossingen met behulp van laserpulsen (Physical Review Letters, 21 oktober) werpen een nieuw licht op de allereerste fasen van het kristallisatieproces. Een beter inzicht hierin is niet alleen van fundamenteel, maar zeker ook van praktisch belang, omdat kristallisatie een veel gebruikte techniek is om stoffen in zuivere vorm in handen te krijgen.

Zes jaar geleden ontdekten Bruce Garetz en zijn collega's van de Polytechnic University in New York dat een intense infrarode lichtpuls kristalvorming op gang kan brengen. Ze lieten een ureumoplossing, die normaal over een periode van dagen of zelfs weken kristalliseert, na een lichtflits in een paar miljardste seconden kristalliseren. Het laserlicht zou een deel van de moleculen op een rijtje zetten, waardoor kleine kristallijne groeikernen, die de basis vormen voor grotere kristallen veel sneller worden gevormd. Critici voerden echter aan dat er verontreinigingen in het spel waren of dat er chemische reacties plaatsvonden onder invloed van het intense licht.

Met een overtuigend experiment laat Garetz nu zien dat zijn tegenstanders het mis hadden. Hij bestookte een oververzadigde oplossing van het aminozuur glycine met twee verschillende soorten laserlicht, met identieke golflengte en intensiteit, maar verschillende polarisatie (de trillingsrichting van de lichtgolf). In beide gevallen werden er direct kristallen gevormd, maar als er lineair gepolariseerd licht werd gebruikt leidde dat tot een andere kristalstructuur dan wanneer er circulair gepolariseerd werd gebruikt. Dat duidt er op dat de lichtgolven de moleculen inderdaad in een bepaalde stand weten te zetten. Als ook andere opgeloste moleculen gevoelig blijken voor de polarisatie van het invallende licht, kan dat leiden tot belangrijke toepassingen, bijvoorbeeld in de farmaceutische industrie.

Daan Frenkel en zijn collega's van het FOM Instituut voor Atoom- en Molecuulfysica in Amsterdam onderzochten de vorming van kristallen met behulp van de computer. Zij simuleerden een oplossing van polymeermoleculen, lange moleculaire ketens. Frenkel bracht het kristallisatieproces in zijn computer op gang door één enkele polymeerketen recht te trekken: die vormde voldoende voedingsbodem voor de vorming van regelmatige polymeerstructuren. Het opspannen van een polymeermolecuul lijkt een hachelijke zaak, maar moet volgens de auteurs mogelijk zijn met behulp van de dunne naald van een atomaire krachtsmicroscoop.

    • Rob van den Berg