Wanneer een druppel zeespray op een rots landt en verwarmt onder de middagzon, het zout kristalliseert uit en valt uit het verdampende water als een kristal - wat helpt om de atmosfeer van de aarde van energie te voorzien en een heerlijke pit van kruiden achter te laten voor het avondeten.

Nutsvoorzieningen, in een bevinding met implicaties voor alles, van klimaatmodellen tot de productie van geneesmiddelen, computationeel onderzoek van Princeton University heeft aangetoond dat het proces een extra stap bevat.

"We probeerden te begrijpen hoe vaste stoffen als kristallen uit de oplossing vallen, " zei Athanassios Panagiotopoulos, de Susan Dod Brown hoogleraar chemische en biologische technologie en de hoofdonderzoeker van het project. "Dit gebeurt wanneer je een farmaceutisch onderdeel probeert te maken, om uw gewenste ingrediënt in pure vorm te krijgen. Het is ook relevant voor atmosferische processen. Dus, zowel voor milieutoepassingen als technologische toepassingen, dit is een heel belangrijk proces."

De resultaten, gepubliceerd als een coverartikel in de Tijdschrift voor Chemische Fysica op 22 maart, laten zien dat wanneer zouten in een oververzadigde oplossing neerslaan als kristallen, ze doorlopen eerst een korte tussenfase. In deze eerste snelle stap, zoutionen in de oplossing vormen ongeordende clusters die de onderzoekers "amorf zout, " die een semi-kristallijne toestand vertegenwoordigen. Die toestand duurt tussen 10 en 100 nanoseconden, slechts miljardsten van een seconde, voordat de halfkristallen zichzelf beginnen te herschikken in een meer geordende staat als echte kristallen.

Het werk vereiste complexe rekenmodellen die enkele maanden moesten draaien om te zien hoe deze oplossingen evolueren voorbij hun verzadigingsdrempels. De onderzoekers zijn van mening dat dit nieuwe raamwerk wetenschappers in staat zal stellen een betere, nauwkeuriger kader voor hun experimentele resultaten.

Naast Panagiotopoulos, voorzitter van chemische en biologische technologie, het team omvatte Hao Jiang, voorheen een postdoctoraal onderzoeker in chemische en biologische technologie en nu aan de Universiteit van Pennsylvania; en Pablo Debenedetti, the Class of 1950 Professor in Engineering and Applied Science en Princeton's Dean for Research.