Het ontbrekende stukje in de theorie over kristalvorming is gevonden. Onderzoekers van de TU Eindhoven, onder leiding van dr. Nico Sommerdijk, publiceerden hun vondst samen met Duitse en Amerikaanse collega’s in het online tijdschrift Nature Communications.

Het onderzoeksteam maakt de theorie compleet door de beschrijving van alternatieve routes waarlangs een kristal zich kan vormen. De belangrijkste vragen rond kristalvorming zijn hiermee beantwoord. Zij bereikten deze doorbraak door het kristallisatieproces van het mineraal calciumfosfaat, waaruit onze botten zijn opgebouwd, tot in detail te bestuderen.

Pinguïns

Kristallisatie vindt overal om ons heen plaats. Je ziet kristalvorming als zout en suiker op de keukentafel, bij de productie van medicijnen en in de winter als ijs om op te schaatsen. Het is het proces waarin een stof een vaste vorm krijgt.

Kristallen ontstaan uit elektrisch geladen atoomdeeltjes, die zijn opgelost in water. Doordat deze deeltjes samenklonteren tot een grotere kern, ontstaat uiteindelijk een kristal. “Kristalvorming valt te vergelijken met de vorming van cirkels door pinguïns. Pinguïns zwemmen in het water, maar moeten op zijn tijd uitrusten aan de kant. Aan de kant is het vaak koud en dat kost energie. Om het warm te krijgen, klonteren zij samen in cirkels”, aldus Sommerdijk. De details van het kristallisatieproces zijn echter al jaren onderwerp van debat.

Volgens oude theorieën zijn het de individuele geladen atoomdeeltjes die samenklonteren tot een kristalkern. Chemici onder leiding van Sommerdijk toonden echter aan dat geladen atoomdeeltjes eerst kleine clusters vormen, voordat een kristalkern ontstaat. “Dit zou je moeten voorstellen als pinguïns die al in het water bij elkaar zwemmen om later met andere groepjes grotere cirkels te vormen.” Dit zorgde voor ophef, omdat er in de oude kristaltheorieën geen sprake was van deze tussenstap.

Geleidelijke groei

Nu komt Sommerdijk op die bewering terug. Met zijn onderzoeksteam keek hij uitvoeriger naar de rol van deze clusters bij de vorming van het mineraal calciumfosfaat. Sommerdijk concludeert nu dat de clusters geen afgebakende tussenstap vormen, maar onderdeel zijn van een geleidelijk groeiproces. Tijdens de oplossing in het water organiseren de geladen atoomdeeltjes zich alvast stapsgewijs zonder dat zij meteen een kern vormen. “De pinguïns komen dus niet als eén geheel uit het water, maar vlak na elkaar. Ze stellen zich vervolgens wel meteen naast elkaar op.”