مشاهده چگونگی تشکیل بلورهای نمک توسط فیلم برداری اتمی

انسان از دیرباز علاقه‌ی فراوانی در مطالعه‌ی اجزاء تشکیل دهنده‌ی ماده داشته است. و درک چگونگی انجام ترکیبات شیمیایی و تشکیل بلورهای مختلف و مشاهده پیوندها بین مولکول ها همیشه یک مسئله جذاب و هیجان انگیر برای ما بوده است.

پیدا کردن راهکار برای مشاهده ی این پدیده ها یک مسئله  بسیار مهم برای دانشمندان می باشد زیرا از طریق مشاهده میتوانند نظریه های مختلف را رد یا قبول کنند و همچنین  نظریه های جدید را با قاطعیت بیان کنند.

در این مقاله قصد داریم تا از فناوری های جدیدی که قابلیت ضبط و فیلم برداری از حرکت اتم ها و مولکول ها را دارند رونمایی کنیم و نحوه تشکیل بلورهای نمک را توسط این فناوری ها مورد بررسی قرار دهیم.

فناوری تصویر برداری atomic-resolution و استفاده از مخزن مخروطی نانولوله های کربنی ، این امکان را به محققان میدهد تا جزئیات بیشتری از چگونگی تشکیل بلورهای نمک را مشاهده کنند.

دانشمندان توسط این مشاهدات میتوانند نظریه های موجود در خصوص چگونگی شکل گیری بلورهای نمک را تائید یا رد کنند و نهایتا یک نظریه کلی در مورد نحوه تشکیل بلور از یک ترکیب شیمیایی غیرمعمول بیان کنند.

کریستال یا همان بلور چیست؟

در حالت کلی به ماده ای که ذرات تشکیل دهنده آن بصورت منظم و در سه جهت قرار گرفته باشند را کریستال می گویند. کریستال ها شامل موارد آشنایی هستند که بسیاری از آنها را از نزدیک دیده و لمس کرده ایم مانند دانه های برف ، دانه های نمک و حتی الماس ها.نظم و ترتیب تکراری بین ذرات تشکیل دهنده از مهم ترین خصوصیات این ماده می باشند.

اما مسئله مهمی را که در نحوه تشکیل این ماده میتوان مطرح کرد چگونگی رشد و تکثیر از یک حالت بی نظم به حالت منظم می باشد و قرن هاست که این بحث مورد مطالعه قرار گرفته است  اما مراحل دقیق آن در سطح اتمی هرگز آزمایش نشده و به تأیید نرسیده است.

دست یابی به یک نظریه قطعی یا یک نتیجه کلی در خصوص نحوه تشکیل بلورهای نمک تنها با مشاهده ی ساختار آن امکان پذیر نمی باشد و مشاهده رشد مولکول ها در سطح اتم به اندازه مشاهدات ساختار آن مهم هستند و با ترکیب این دو میتوان به نتایج قابل قبولی دست یافت.

محققان گروه شیمی دانشگاه توکیو با استفاده از فناوری میکروسکوپ الکترونی به صورت Real-Time و با وضوح اتمی تک مولکولی یا SMART-EM این مسئله را حل کردند. این جزئیات فرآیندهای شیمیایی را با سرعت 25 تصویر در ثانیه ثبت می کند.

محققان این دانشگاه از فناوری SMART-EM  برای مطالعه رفتار كلرید سدیم (NaCl) – نمك استفاده كردند  و جنبه های ساختاری و آماری هسته کریستال را با جزئیات بی سابقه مورد بررسی قرار دادند. و همچنین از یک اختراع قبلی با نام nanohorn که یک کربن با ضخامت اتم می باشد را در این تحقیق مورد استفاده قرار دادند.

پژوهشگران این دانشگاه با مشاهده ویدیوهای ضبط شده توسط تکنولوژِی SMART-EM به نتایج بی نظیری دست یافتند و اولین کسانی بودند که کریستال های کوچک مکعبی شکل ساخته شده از ده ها مولکول NaCl  که از ترکیب یون های بی نظم سدیم و کلرید می باشد را به صورت جداگانه مشاهده کردند.

اییچی ناکامورا مدیر گروه شیمی دانشگاه توکیو :

ما در این تحقیق و برای برای شروع نحوه متبلور شدن نمک را جهت بررسی اصول وقایع هسته ای انتخاب کردیم  اما مولکول های دیگر مانند کربن می توانند به روش های مختلف متبلور شده و منجر به گرافیت یا الماس شوند و هدف اصلی ما مشاهده ی مراحل اولیه و مربوط به بخش هسته می باشد که هنوز کسی موفق به دیدن آن نشده است ولی امیدوارم تحقیقات ما گام بسیار مهمی در درک مکانیسم polymorphism باشد.

polymorphism یا چندشکلی یک فرآیند اساسی در تولید برخی از اجزای دارویی و الکترونیکی است که در پروسه تشکیل کریستال بسیار مهم می باشد

پلی مورفیسم به این معناست که ترکیبی با ساختار شیمیایی یکسان دارای چند شکل کریستالی و در نتیجه چند نقطه ذوب باشد.در واقع پلی مورفیسم ناشی از اختلاف در شیوه قرار گرفتن مولکول ها در بلورها می باشد.