还记得高中的那个化学实验吗?在这个实验中，盐晶体从盐水溶液中沉淀出来，或者冰糖晶体从糖水中形成?事实证明，你对这些溶液中晶体如何形成的理解可能是错误的。
一种新的理论揭开了结晶过程的神秘面纱，并表明结晶的物质是溶液中的主要成分——即溶剂，而不是溶质。这一理论可能对从药物开发到理解气候变化等方方面面产生影响。
这篇论文发表在《物质》杂志上。
“晶体无处不在——从技术到医学，我们在所有领域都使用它们——但我们对结晶过程的实际理解一直缺乏，”北卡罗来纳州立大学的化学教授詹姆斯·马丁说，他在《物质》杂志上发表了一篇论文，概述了这一理论。
“关于溶解和沉淀的流行观点是，它们本质上是彼此相反的，但事实并非如此。实际上，它们是完全不同的过程，”马丁说。
“以高中化学实验中的沉淀物为例:当我将盐(溶质)溶解到水(溶剂)中时，水占主导地位。它基本上通过撕裂盐来溶解盐，”马丁说。“如果我想从这种溶液中生长出盐晶体，那么主要的相必须变成盐——盐是当时的溶剂，也是形成晶体的物质。”
描述溶液中浓度和温度依赖的过渡点的热力学相图可以用来说明被称为过渡区理论的新理论。
该理论表明结晶发生在两个步骤中:首先是熔化样的预生长中间形式。然后中间体可以组织成晶体结构。
马丁说:“要从溶液中生长出晶体，你必须迅速分离溶剂和溶质。”“当我们在这里提到‘熔体’时，我们指的是在晶体形成之前溶剂的纯相。不同之处在于，我的理论表明，通过将溶液移向强调溶剂的条件，晶体生长会更好更快;换句话说，控制晶体生长速率的是溶剂，而不是其中的杂质。”
马丁将他的理论应用于许多不同的溶液、浓度和温度条件，发现它准确地描述了晶体形成的速度和大小。
马丁说:“以前对结晶描述的主要问题是，人们认为晶体的生长是由独立的溶质颗粒扩散到生长的晶体界面上，然后附着在晶体界面上。”“相反，有必要了解溶剂的协同系综，以描述晶体生长。”
根据Martin的说法，新理论的重要方面是它关注于理解溶质杂质是如何破坏溶剂的协同组合的。
“通过了解温度和浓度的相互作用，我们可以准确预测溶液中晶体生长的速度和大小。”
马丁认为，相图不仅在晶体形成方面有重要的应用，而且在防止晶体形成方面也有重要的应用，比如防止肾结石的生长。
马丁说:“水晶支撑着科技——它们无处不在，影响着我们的日常生活。”“这一理论为研究人员提供了简单的工具来理解晶体生长的‘魔力’，并做出更好的预测。这是基础科学如何为解决各种现实问题奠定基础的一个例子。”
