Over Gesatureerde oplossingen van NatriumChloraat en dergelijke

Vandaag ben ik begonnen aan mijn tweede week op de universiteit van Canberra. Het leek me daarom wel de moeite waard om jullie in het kort wat te vertellen over mijn werk hier.

Toen ik de eerste dag van de eerste week het kantoor van Vince binnenkwam lagen daar een aantal wetenschappelijke artikels.  De meeste had ik al gelezen vlak voor ik naar Australië kwam, dus ik wist wel waar het over ging. Vince vertelde dat mijn onderzoek een high-risk onderzoek is. Dat betekent niet dat mijn onderzoek gevaarlijk is, maar dat de kans groot is, dat het niets oplevert. Waarom doen we dit dan?

Mijn onderzoek gaat over het kristalliseren van overgesatureerde oplossingen van natriumchloraat. Dat zegt je niks, dat snap ik. Mij zei dat twee weken geleden ook niks. Ik zal de details van het onderzoek toevoegen aan het eind van het verhaal. Dit kunnen geïnteresseerden dan lezen en de rest hoeft zich er niet doorheen te worstelen. In 2005 is er een artikel gepubliceerd dat een bijzonder fenomeen blootlegt wat de kristalvorming betreft. Dit is inmiddels al een paar jaar geleden maar toch is men het er niet over eens wat de oorzaak van dit fenomeen is. Dit komt voornamelijk omdat er door relatief weinig mensen aan wordt gewerkt. Dit terwijl het onderzoeken ervan niet al te moeilijk hoeft te zijn, volgens Vince. In drie maanden tijd zou het moeten lukken om een aantal theorieën te toetsen en om misschien zelf met een theorie op de proppen te komen. Dus: Als het lukt om te ontdekken hoe het werkt, dan zou dat echt heel gaaf zijn. Als het niet lukt, dan heb ik toch een heel interessante stage gehad en flink wat onderzoekservaring opgedaan. Dus dat klinkt eigenlijk best goed!

Dus wat doe ik dan zoal? De eerste paar dagen liep ik eigenlijk voornamelijk achter Vince aan die mij verschillende apparaten liet zien en mij kort voorstelde aan verschillende personen. De rest van de tijd heb ik aan het lezen van artikels gespendeerd. Het was in het begin erg onduidelijk wat ik wel en niet zelfstandig mocht doen en in hoeverre ik mijn gang mocht gaan. Inmiddels is dat duidelijk: Ik ga gewoon mijn eigen gang. Dat is best wel even vreemd want ik werk toch (zo nu en dan) met dure spulletjes. Ik ga naar het (scheikunde)laboratorium en maak daar oplossingen van natriumchloraat en gebruik dan dingen als filters, verwarmers, roerders etc. om een juiste samenstelling te krijgen. Dan laat ik kristallen vormen die ik dan onder een polarisatiemicroscoop bekijk.

Als ik niet verder kan met mijn labwerk, omdat er gewacht moet worden tot het water verdampt is bijvoorbeeld, dan ga ik naar mijn kantoor(jawel :D) om daar aan een computerprogrammaatje te schrijven. Misschien kan ik namelijk, door het proces te simuleren dingen ontdekken.  Ik ben erg blij dat ik de afgelopen jaren mijn programmeer kunstjes op peil heb gehouden met het schrijven van programmaatjes voor de lol. Zo heb ik meerdere keren gewerkt aan een simulatieprogramma waarmee “diertjes” geëvolueerd konden worden en zo. Dat blijkt nu erg nuttig!

Goed ik doe dus een hoop scheikunde en wat computer werk. Dat klinkt misschien niet zo spannend maar dat is het in zekere zin wel. Ik ben inmiddels voldoende ingewerkt dat ik mijn eigen gang ga. Ik bedenk mijn eigen theorietjes en verzin hoe ik ze kan testen. In de computer? In het lab? En dan ga ik dat zelf doen, tot nu toe bevalt me dat wel. Dat komt misschien vooral omdat het mij erg gaaf lijkt om met een theorie op de proppen te komen en die te publiceren. En dit is een uitgelezen kans, het onderwerp is niet extreem moeilijk en de concurrentie is niet al te actief, wie weet!

Ps. Schuw niet om te reageren; Geef mij ook wat te lezen!

Details over het onderzoek:

De kristallen die natriumchloraat vormt zijn links en rechtshandig terwijl de opgeloste moleculen dat niet zijn. Omdat de linker en rechterhand versie energetisch gelijk zijn hebben ze beide een gelijke kans om gevormd te worden. In de regel bevat natriumchloraat dus een fifty fifty verdeling van links- en rechtshandige kristallen.

Nu is dit het interessante fenomeen: er zijn kristallen aanwezig in een overgesatureerde oplossing. Wanneer deze kristallen continue kapot worden gemaakt, bijvoorbeeld door stevig te roeren terwijl er glazen bolletjes in de oplossing zitten, verbreekt dit de symmetrie. Op lange termijn neemt één van de twee versier van het kristal de overhand. Uiteindelijk kan er zelfs een 100% puur materiaal worden gevormd.

Omdat de kristallen optisch actief zijn is het mogelijk om de link- en rechtshandige versies uit elkaar te houden met een polarisatiemicroscoop.

De reden waarom de deracemizatie optreedt bij het constant vernielen van de kristallen is niet helemaal duidelijk. Er zijn zelfs tegenstrijdige theorieën die de rondte doen. Als het niet lukt om zelf met een theorie te komen dan is het misschien wel mogelijk om één of meerdere van deze theorieën te ontkrachten of bewijzen. Ook op deze manier kun je immers een bijdrage leveren aan de wetenschap.

Het fenomeen wordt Viedma ripening genoemd.