Onderzoekers van de Ruhr-Universität Bochum hebben voor het eerst waargenomen hoe een molecuul uit een vaste kristalstructuur op moleculair niveau wordt opgelost in een vloeibaar oplosmiddel. Het proces is te snel om te ontcijferen bij kamertemperatuur. Het team van het Ruhr Explores Solvation (Resolv) Cluster of Excellence gebruikte microscopische methoden die werken bij bijzonder lage temperaturen. De groep onder leiding van Dr. Karsten Lucht en Professor Karina Morgenstern van de afdeling Fysische Chemie I beschrijft de relevante stappen in het solvatieproces in het tijdschrift Angewandte Chemie op 11 oktober 2018.

"Het begrijpen van het solvatatieproces is van fundamenteel belang voor de chemie, omdat de kennis zou kunnen helpen om de interactie tussen oplosmiddelen en gesolvateerde moleculen gericht te beïnvloeden en zo chemische reacties nog beter te beheersen, ", legt Karsten Lucht uit.

Voor de studie, de chemici analyseerden kristallen van een organisch molecuul met behulp van lage-temperatuur scanning tunneling microscopie, die werkt bij min 265 graden Celsius. Bij deze temperatuur, moleculaire bewegingen komen tot stilstand, waardoor de individuele moleculen worden afgebeeld.

Water lost de kristalstructuur op

De onderzoekers bevestigden de organische moleculen op een speciaal zilveren oppervlak. De functionele groepen van de moleculen vormden vervolgens ketens. "Deze structuur komt overeen met een eendimensionaal kristal, " legt Lucht uit. De wetenschappers voegden toen een kleine hoeveelheid water toe, die zich op bepaalde posities aan de organische moleculen vasthecht. Eindelijk, ze verwarmden het systeem tot min 193 graden Celsius, waarbij de kristalstructuur volledig verloren ging.

"Het verlies van de moleculaire orde komt overeen met de solvatatie van het organische kristal in een echte oplossing, " beschrijft Karina Morgenstern. De afzonderlijke organische moleculen hebben alleen interactie met de watermoleculen en kunnen daarom als gesolvateerd worden beschouwd. "Zo konden we voor het eerst de relevante stappen van het solvatatieproces op individuele moleculen observeren, d.w.z. het droge kristal, de hechting van het oplosmiddel eraan en de volledige solvatatie ervan, ', zegt de onderzoeker.