Wewnątrz procesów chemicznych odpowiadających za syntezę na pozór prostych kryształków soli kuchennej lub w języku chemii NaCl, występują intensywne pola elektryczne związane zazwyczaj z akceleratorami cząstek. To sprawia że sól której zwykle używamy do polepszenia walorów smakowych naszych potraw, jest czymś więcej niż tylko przyprawą, ze względu na jej osobliwe własności.
Naukowcy z Pacific Northwest National Laboratory zdecydowali się zbadać tak dobrze znaną i stosowaną powszechnie sól kouchenną, aby dowiedzieć się więcej na temat mechanizmów leżących u podstaw krystalizacji soli a zwłaszcza zachodzącej podczas tworzenia soli, emisji światła – tzw. krystaloluminescencji. Czym właściwie jest owa emisja światła i czym jest spowodowana? Krystaloluminescencja to ogólnie świecenie podczas krystalizacji i narastania kryształów. Stan krystaliczny ma niższą energię niż roztwór, dlatego też pewna część energii jest wypromieniowywana jako światło. Wiele substancji znanych człowiekowi posiada zdolność krystaloluminescencji, jednakże jest ona zbyt słaba aby można było ją dostrzec gołym okiem, chyba że krystalizacja przebiega gwałtownie np. z roztworu przesyconego.Substancja wykazująca własności emisji promieniowania świetlnego nazywana jest luminoforem a najbardziej znanym jest NaCl. Aby sprawdzić na własne oczy możliwości luminescencyjne soli kuchennej należy do nasyconego roztworu NaCl dodać stężonego kwasu solnego w taki sposób aby nie doszło do ich wymieszania, wstrząsnąć probówką co spowoduje błyskawiczną krystalizację z powodu przekroczenia iloczynu rozpuszczalności oraz wyemituje niebieski błysk. Przed wykonaniem doświadczenia należy podjąć odpowiednie środki ochrony (rękawiczki, okulary, odzież ochronna) gdyż mamy do czynienia z substancją silnie żrącą.
Głównym celem badań jest kontrola syntezy materii aby stworzyć materiały zdolne do innowacyjnych zadań przechwytywania, magazynowania oraz przekazywania energii. Głębsze poznanie procesów syntezy może wpłynąć na dalszy rozwój ogniw fotowoltaicznych, w kwestii zwiększania ich wydajności konwersji światła słonecznego w energię elektryczną, ale także zmienić tendencję dotyczące stosowania metali szlachetnych jako cząstek katalitycznych, redukując tym samym koszty i dbając zarazem o środowisko. Wracając do powyżej ukazanego przykładu doświadczenia, kobaltowy blask wskazuje na występujące w czasie tworzenia kryształów przejścia elektronowe, co jest sprzeczne z ogólnym przekonaniem iż krystalizacja soli nie wiąże się ze zmianą struktury elektronowej lub że NaCl zachowuje swój charakter jonowy. “Oczywistym zatem jest że jeśli podczas reakcji zachodzi luminescencja to mamy do czynienia z zupełnie czymś innym niż się spodziewaliśmy. Elementarna wiedza z zakresu chemii i fizyki pozwala stwierdzić że fotony nie mogą być samoistnie emitowane, chyba że coś ekscytującego dzieje się z elektronami. ” – powiedział dr Bernhard Sellner.
Ponadto zespół badaczy przeanalizował redystrybucję ładunku soli w roztworze wodnym w funkcji stężenia. Naukowcy chcieli wiedzieć czy ładunki cząsteczek wody oraz jonów posiadają wartości jakich oczekiwali. Odkryli że ładunki jonów nie są sobie równe a pewne aglomeraty cząsteczek wody skupiają jedynie określone jony. Na podstawie tego wyznaczyli nowy cel swoich badań do których wykonania będą niezbędne najnowsze zdobycze techniki. Chcą zbadać mechanizmy struktur elektronowych procesu krystalizacji a także wpływ zanieczyszczeń śladowych takich jak srebro czy miedź.
Źródła:
[1] Enough salt for nine lives… by Alexandre Delbos, flickr.com, CC BY 2.0
[2] Sellner B, M Valiev, and SM Kathmann. August 2013. “Charge and Electric Field Fluctuations in Aqueous NaCl Electrolytes.” Journal of Physical Chemistry B.
[3] http://dydaktyka.fizyka.umk.pl/Pliki/Luminescencja.pdf | 18.09.2013
[4] http://www.pnnl.gov/science/highlights/highlight.asp?id=1438&groupid=756 | 18.09.2013