一种新理论阐明了结晶过程，表明在溶液中形成晶体的主要物质实际上是溶剂，而非溶质。该理论可能对制药开发和气候变化研究等多个领域产生重大影响。
你还记得经典的高中化学实验吗？在盐水中形成盐晶体，或者从糖水中制作岩糖？看起来你对这些上下文中晶体形成的理解可能需要重新考虑。
一项最近提出的理论揭示了结晶过程，主张结晶的物质是溶液中的主导元素——特别是溶剂，而不是溶质。这个理论可能影响从药物配方到气候研究的广泛领域。
北卡罗来纳州立大学的化学教授、《物质》期刊上发表这项新理论研究的作者詹姆斯·马丁解释说：“晶体无处不在——它们在技术和医学中都发挥作用——但我们对它们如何结晶的理解一直有限。”
马丁澄清道：“一般的理解认为，溶解和结晶本质上是对立的；然而，情况并非如此。它们是根本不同的过程。”
以高中化学实验中的沉淀为例，马丁说明：“当我把盐（溶质）溶解在水（溶剂）中时，水是主导成分。它通过基本上分解盐来溶解盐。如果我想从该溶液中生长盐晶体，主导相必须转变为盐，在那个阶段盐成为溶剂，随后形成晶体。”
这个被称为转变区理论的新概念可以使用热力学相图来描述，强调浓度、温度和溶液中的转变点之间的关系。
该理论指出，结晶发生在两个阶段：首先出现类似熔体的中间体，然后这个中间体可以排列成结晶结构。
马丁解释说：“为了促进从溶液中生长晶体，必须有效地将溶剂与溶质分开。‘熔体’指的是在晶体形成前的溶剂纯相。我的理论的关键是，通过调整溶液以强调溶剂，你可以实现更好、更快的晶体生长；本质上，是溶剂而不是它所含的任何杂质决定了晶体生长的速率。”
马丁在各种溶液、浓度和温度条件下测试了这一理论，发现它准确捕捉了晶体的生长速率和大小。
马丁表示：“早期关于结晶的解释的主要缺陷是，假设晶体是在单个溶质颗粒向扩展的晶体表面扩散并附着时生长的。实际上，必须理解溶剂的协作行为，才能准确描述晶体是如何发展的。”
根据马丁的说法，这一新理论的一个重要方面是强调溶质杂质如何破坏溶剂的合作行为。
马丁表示：“通过分析温度与浓度之间的相互作用，我们可以精确预测溶液中晶体生长的速度和规模。”
马丁断言，相图不仅可能对理解晶体生长至关重要，而且也有助于防止不必要的晶体形成，例如肾结石的形成。
马丁评论说：“晶体是技术的基础——它们无处不在，并影响我们的日常生活。这一理论为研究人员提供了简单的工具，以把握晶体生长的复杂性，并做出更准确的预测。这是基础科学如何为应对各种现实世界挑战奠定基础的一个典范。”
这项研究发表在《物质》上，部分得到了国家科学基金会的支持。
