Zweidimensionale Kristalle

Die hier beschriebenen zweidimensionalen Kristalle weisen Potenzial zur Bereicherung des Chemieunterrichts an Schulen auf. Sie wurden eingehend von Mario Markus, einem deutsch-chilenischen Physiker, untersucht. Sie wachsen auf einem Objektträger unter Verwendung eines Mikroskops innerhalb kurzer Zeit, typischerweise in wenigen Minuten, durch einen Mechanismus, der analog dem Auftreten von „Eisblumen“ oder Reif auf Fenstern ist. Im Gegensatz zu dreidimensionalen Kristallen, die in einer gesättigten Lösung wachsen, zeigen zweidimensionale Kristalle eine abweichende Wachstumsweise. Die morphologische Beschaffenheit der zweidimensionalen Kristalle variiert entsprechend dem verwendeten Lösungsmittel (z. B. Wasser oder Ethanol), der Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Lösungsdicke und Konzentration des gelösten Stoffes.

Vergleich mit Kristallen in drei Dimensionen

Dreidimensionale Kristalle haben symmetrische Formen, zum Beispiel Würfel oder Oktaeder, die häufig in Schmuckstücken zu sehen sind. Sie entstehen durch sequentielle Bindung von Molekülen, die in den stabilsten Positionen verbleiben. Anhaftende Moleküle mit geringer Stabilität müssen genug Zeit haben, sich vom Kristall zu lösen. Dies erfordert, dass die Bildung des Kristalls lange Zeit in Anspruch nehmen kann: Stunden, Tage oder mehr. Im Gegensatz dazu laufen die hier beschriebenen zweidimensionalen Kristallisationen in extrem kurzen Zeiten ab, da die auf dem Glasobjektträger aufgetragene Lösungsschicht schnell trocknet.

Im Gegensatz zu dreidimensionalen Kristallen gleicht kein zweidimensionaler Kristall dem anderen. Dies liegt daran, dass die Bewegung der Moleküle in der Lösung chaotisch ist und nicht genügend Zeit bleibt, um instabile und zufällige Anhaftungen zu lösen. Natürlich reicht in manchen Fällen die Zeit für geordnete Verbindungen aus, was insgesamt zu einer Mischung aus Ordnung und Chaos führt.

Verfahren

1. Wiegen Sie die erforderliche Menge des Stoffes (oder der Stoffe, wenn es sich um ein Gemisch handelt) ab.
2. Lösen Sie die Substanz(en) unter Rühren in Wasser oder einem anderen Lösungsmittel auf. Bei Bedarf erhitzen.
3. Einen Tropfen der Lösung mit einer Pipette in die Mitte des Objektträgers geben. Der nächste Punkt 4 kann übersprungen werden, wenn der Lösungstropfen (z. B. 50 ml) sich auf dem Objektträger von selbst verteilt. Sollte dies nicht der Fall sein, gehen Sie wie folgt vor: Besprühen Sie den Objektträger mit einer hydrophilen Substanz, zum Beispiel mit Scheiben-Antibeschlagspray. Legen Sie dann ein Papier-Taschentuch darauf und drücken Sie es leicht an, damit der Schaum verschwindet. Lassen Sie es trocknen.
4. Wenn sich der Tropfen nicht spontan verteilt, verteilen Sie ihn mit einem Glasstab über den gesamten Objektträger.
5. Warten Sie, bis die Lösungsschicht getrocknet ist. Wenn es zu lange dauert, ist es sinnvoll, ein paar Kristalle des gelösten Stoffes am Rande zu platzieren und zu drücken.
6. Bewegen Sie den Objektträger unter dem Mikroskop, bis ein interessanter Rahmen entdeckt wird (normalerweise etwa ein Millimeter mal ein Millimeter groß), der durch Transmission und nicht durch Reflexion des Lichts erfolgt. Im Allgemeinen werden Abbildungen mit Grauwerten erhalten.
7. Fotografieren Sie die mikroskopische Beobachtung. Mit einem geeigneten Algorithmus, beispielsweise GIMP, können Grauwerte in Farben umgewandelt werden.

Beispiele

Nachfolgend sind zweidimensionale Kristalle dargestellt, die mit verschiedenen Substanzen erhalten wurden.

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