Physiker in den Niederlanden haben eine Kristallart identifiziert, die auf seltsame Weise außen uncharakteristisch schlaff und weich werden kann. Kristalle sind typischerweise harte Festkörper, die sich durch ihre wohldefinierten, regelmäßigen geometrischen Formen auszeichnen, die ihre hochgeordnete Molekülstruktur widerspiegeln. Bekannte Beispiele sind Eis, Speisesalz oder Quarz. Bestimmte Salze, die in ihrer chemischen Struktur bereits Wasser enthalten, verlieren jedoch beim Auflösen durch Feuchtigkeit ihre Form und Härte.
Die Studie wurde von der Chemiephysikerin Professor Noushine Shahidzadeh von der Universität Amsterdam und ihren Kollegen durchgeführt.
Sie erklärten: „Mineralien sind natürliche Materialien, die einen großen Teil der Erde und anderer Planeten ausmachen.
„Ihre physikalischen Eigenschaften werden im Allgemeinen durch ihre chemischen Bestandteile bestimmt – das Kristallgitter, das die Anordnung der Atome und die Art der Bindung definiert.“
Einige dieser Eigenschaften seien von „großer technologischer Bedeutung“ – etwa, ob sie fluoreszierend, magnetisch oder radioaktiv seien.
Die Forscher fuhren fort: „Zu diesen Eigenschaften gehört die Neigung des Kristalls, Feuchtigkeit aufzunehmen und von Wasser aufgelöst zu werden, was ‚Deliqueszenz‘ genannt wird und oberhalb einer kritischen relativen Feuchtigkeit auftritt.“
Einige Salze, bekannt als Hydrate, enthalten bereits etwas Wasser als integralen Bestandteil ihrer Kristallstruktur. Ein solches Beispiel ist Mirabilit – auch als „Glaubersalz“ bekannt – ein Natriumsulfatmineral, das glasige, farblose bis weiße Kristalle bildet.
Mirabilit entsteht auf natürliche Weise, wenn natriumsulfathaltige Sole verdunstet, und tritt an Orten wie Salzquellen und entlang salziger „Playa-Seen“ (d. h. trockene Seebetten) auf.
Bei ihrer Untersuchung fanden Prof. Shahidzadeh und ihr Team heraus, dass sich Mirabilit bei der Aufnahme von Feuchtigkeit ganz anders verhält als wasserfreie Salze wie Halit (Speisesalz).
LESEN SIE MEHR: Mikroorganismen, die vor 830 Millionen Jahren in Salz eingeschlossen wurden, könnten am Leben sein
Die Forscher untersuchten Mirabilit – sowie Halit und ein anderes wasserfreies Salz, Thénardit, die vollständig getrocknete Form von Mirabilit – während sie ihre jeweiligen Deliqueszenzpunkte überschritten.
Sie sagten: „Mit verschiedenen Mikroskopietechniken in Kombination mit Raman-Spektroskopie zeigen wir, dass Mirabilitkristalle nicht nur ihre Facetten verlieren, sondern auch weich und verformbar werden.
„Infolgedessen verhalten sich Mikrokristalle von Mirabilit im Kernvolumen gleichzeitig kristallin und an der Oberfläche flüssigkeitsartig.“
Eine ähnliche „Schlappheit“ wurde auch in einem anderen untersuchten Hydrat – Magnesiumsulfat-Hexahydrat – beobachtet, aber nicht in einem der wasserfreien Salze, die im Wesentlichen ihre Form während des gesamten Deliqueszenzprozesses beibehielten und hart blieben, als sie sich auflösten.
Die Forscher untersuchten Mirabilit – sowie Halit und ein anderes wasserfreies Salz, Thénardit, die vollständig getrocknete Form von Mirabilit – während sie ihre jeweiligen Deliqueszenzpunkte überschritten.
Laut Prof. Shahidzadeh und ihrem Team „scheint das besondere Verhalten von Mirabilit mit dem kristallinen Wasser und seiner Mobilität in der kristallinen Struktur zusammenzuhängen.
Dies, erklärten sie, führt „zu einer allmählichen Unordnung im Oberflächenbereich und verleiht dem Kristall während des langsamen Prozesses des Zerfließens Weichheit“.
Die Ergebnisse sind nicht nur bizarr, sondern können auch praktische Auswirkungen haben, erklärten die Forscher.
Deliqueszenz im Allgemeinen, stellten sie fest, „hat einen großen Einfluss auf die Stabilität von kristallinen Pulvern, die beispielsweise in der Pharmakologie, Lebensmittelwissenschaft und für unsere Umwelt und unser Klima wichtig sind.“
Genauer gesagt, fügten sie hinzu: „Kontrollierte hydratisierte Salze haben potenzielle Anwendungen wie die Speicherung von Wärmeenergie, bei der der Schlüsselparameter eher die relative Feuchtigkeit als die Temperatur ist.“
Die vollständigen Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.