Züchten von Kristallen, was bewirkt, dass Kristalle zu bilden.

Züchten von Kristallen, was bewirkt, dass Kristalle zu bilden.

Züchten von Kristallen, was bewirkt, dass Kristalle zu bilden.

Wachsende Qualitätskristalle

Nach der alten Regel Garbage In = Garbage Out. eine Kristallstruktur ist nur so gut wie der Kristall für die Datenerfassung verwendet. Deshalb lohnt es sich, die Ausgaben Zeit, um die Qualität Ihrer Kristalle zu verbessern. Obwohl Kristalle wachsen mehr eine Kunst als eine Wissenschaft und Glück ist ein wichtiger Faktor, gibt es einige Dinge zu tun und einige andere Dinge nicht zu tun. In den folgenden Absätzen erwähnt, einige der wichtigsten. Zunächst einige theoretischen Hintergrund über Kristallisation.

Sättigung und Übersättigung

Theoretisch sollte die Kristallisation beginnen, wenn die Konzentration einer Verbindung in einem Lösungsmittel höher ist als das Löslichkeitsprodukt dieser compund. Im allgemeinen jedoch wird die Kristallisation kinetisch behindert und Kristalle wachsen nur aus übersättigten Lösungen. Es gibt mehrere Möglichkeiten, diese metastabilen Zustand der Übersättigung zu acchive.

Die einfachste ist die Erhöhung der Konzentration von evapoation des Lösungsmittels, bis die Kristallisation einsetzt. Dies kann durch nicht Schließen des Deckels des Rohrs oder der Kolben sehr dicht und einfach warten, acchived werden. Viele Kristalle werden aus NMR-Röhrchen erhalten. NMR-Röhrchen sind in der Regel mit diesem kleinen bunten Baseball-Kappe förmigen Stopfen verschlossen ist wich nicht zu fest. Wenn für mehrere Monate im Kühlschrank oder auf dem Labortisch vergessen, evaproates das Lösungsmittel langsam aus dem NMR-Röhrchen, wird die Lösung zunächst suturated, dann übersättigten und crysrals wachsen.

Eine andere Möglichkeit, eine übersättigte Lösung zu erhalten, macht Gebrauch von der Tatsache, dass viele Verbindungen sind besser löslich in heißem Lösungsmittel als kalte. Eine heiße Lösung, die fast gesättigt ist wahrscheinlich Kristalle bei Raumtemperatur oder gegebenenfalls unter zu ergeben. Allerdings cystals, die bei höheren Temperaturen wachsen werden häufig verzwillingt oder zeigen statische Störung.

Eine weitere Möglichkeit zur Übersättigung, die häufig die beste Weise, die Qualität Kristalle wachsen, ist die Verwendung von binären Lösungsmittelsystemen. Sie benötigen zwei Flüssigkeiten, die gut mischen, und Ihre Verbindung sollte in nur einer von ihnen löslich sein. Die Flüssigkeit, in der Sie Verbindung löslich ist, das Lösungsmittel genannt, die andere Flüssigkeit das Fällmittel. Als Ihre Verbindung in einer Mischung der beiden Flüssigkeiten weniger löslich ist, können Sie Kristalle wachsen, indem sie langsam ein (nicht zu) konzentrierte Lösung Ihrer Verbindung mit dem Fällungs mischen. Dies kann geschehen, wie Flüssig-Flüssig-Diffusion, Gasphasendiffusion oder über eine Membran (Dialyse).

Kristallisation durch Keimbildung vorangestellt, die entweder spontan erfolgt oder durch Vibration oder Partikel incuced. Wenn die Keimbildung zu schnell einstellt, zu viele zu kleine Kristalle wachsen. Die folgende Abbildung zeigt ein Zustandsdiagramm einer Kristallisation aus einer Lösung. Für ein diffracton Experiment brauchen Sie nicht mehr als einen guten Einkristall. Der beste Weg, ein paar schöne Kristalle wachsen, wenn sie auf eine Menge schlechte Kristalle im Gegensatz ist die Konzentration langsam in den Bereich der Keimbildung zu ändern, ohne in sie zu tief zu bekommen. Die Bildung von Kernen (nicht zu viele) und die Ausgangs Kristallisation wird die Konzentration zu verringern und die Lösung wieder in die regiom von oversaturation bringen. Das ist, wo bestehende Kristalle wachsen, aber keine neuen Kerne bilden. Sie wollen es dem System zu halten. Das bedeutet, dass alle Änderungen Ihres Systems müssen langsam zu sein.

Diffraction Qualität Kristalle müssen relativ groß sein. Vielleicht nicht ganz auf dem Verlobungsring Skala, aber 0,1 bis 0,3 mm in jeder Dimension ist eine gute Zahl. Um große Kristalle wachsen, ist es wichtig, dass viele Keimstellen zu vermeiden, (siehe oben). Kristalle, die langsamer wachsen, sind in der Regel größer. Für Kristalle, die durch langsames Abkühlen des Lösungsmittels gezüchtet wurden: es verbessert in der Regel die Qualität und Größe der Kristalle, wenn die Lösung langsam erwärmt, bis alle Kristalle alomst wieder gelöst und als gekühlte dwon sehr langsam ein zweites Mal. Dies kann die Anzahl von Kristallen erhalten zu reduzieren und in der Regel verbessert die Qualität und Größe.

Ich verschwendete Zeit, und jetzt doth Zeit mich verschwenden

Ein guter Kristall wächst langsam. Ein guter Zeitpunkt für einen crystalliztion Experiment scheint etwa zwei bis sieben Tage sein. Kristalle, die in der Regel innerhalb von Minuten wachsen Beugen nicht so gut wie sie konnten.

Wie oben erwähnt, ist dies die einfachste Methode, um Kristalle zu wachsen. Bereiten Sie eine fast gesättigte Lösung Ihrer Verbindung in einem geeigneten Lösungsmittel, Transfer zumindest ein paar Milliliter in einen sauberen Behälter, idealerweise mit einer großen Oberfläche und Abdeckung. Sie es nicht zu straff, kann dann jedoch (Alufolie mit einigen Löcher gestanzt scheint sehr gut zu funktionieren), wie Sie das Lösungsmittel wollen die folgenden Tage zu verdampfen. Stellen Sie den Behälter zur Seite und stören das Experiment so wenig wie möglich (zur Erinnerung: Vibration kann Nukleation verursachen).
Vorteile: Einfache.
Nachteile: viel Material benötigt, beginnt mit (fast) gesättigte Lösung, die zu viel nucleadtion führen kann, nicht so gut für luftempfindliche Verbindungen.

Bereiten Sie eine fast gesättigte Lösung Ihrer Verbindung an oder nahe dem Siedepunkt des Lösungsmittels Ihrer Wahl. Die Lösung wird in einen sauberen Behälter und Deckel. Platzieren des Behälters in einem Wärmebad bei etwa der gleichen Temperatur und langsam auskühlen. Ein Dewar mit heißem Wasser tut häufig den Trick.
Eine Variation dieses Verfahrens ist eine gesättigte Lösung bei Raumtemperatur und stellen Sie den Behälter an einem kalten Ort vorzubereiten. Z.B. thf noch flüssig ist bei -80°C, die Kristalle in einem Trockeneis Aceton-Bad ermöglicht wächst (oder in der -80°C Gefrierschrank).
Vorteile: Einfache, funktioniert am besten für ony lösliche Substanzen moderatley.
Disadavantages: braucht viel Material, beginnt mit einer gesättigten Lösung (zu viele kleine Kristalle), erfolgt in der Regel bei hohen Temperaturen, was zu ungeordneten oder Zwillingskristalle führen kann.

Für dieses Verfahren müssen Sie ein binäres Lösungsmittelsystem. Wählen Sie zwei Flüssigkeiten, die gut mischen. Ihre Verbindung sollte relativ gut in der Flüssigkeit mit dem höheren Siedepunkt löslich sein — wir nennen diese Flüssigkeit die Lösungsmittel —, und so gut wie unlöslich in der Flüssigkeit mit dem niedrigeren Siedepunkt, die wir das nennen Ausfällungsmittel. Bereiten Sie eine Lösung Ihres compund in einem kleinen offenen Behälter. Dieses Gefäß innerhalb eines größeren, die etwas Fällmittel enthält und zu versiegeln und den äußeren Behälter. Im Laufe der Zeit das Fällmittel, die flüchtiger ist, wird die Gasphase in das Lösungsmittel diffundieren, was zu einer Übersättigung, Keimbildung und, wenn alles gut geht, schließlich die Kristallisation. Sie kann durch Variation der Temperatur, um die Diffusionsgeschwindigkeit zu regulieren.
Vorteile: Funktioniert gut mit kleinen Mengen, gibt in der Regel gute Kristalle, Parameter sind einfach zu steuern.
Nachteile: Nicht ganz so einfach, finden zwei geeignete Lösungsmittel kann hart sein.

Wie bei der Dampfdiffusionsverfahren, müssen Sie ein binäres Lösungsmittelsystem. In diesem Fall nicht sehr viel Materie die Siedepunkte aber die spezifischen Dichten der beiden Flüssigkeiten müssen, anders zu sein. Bereiten Sie eine konzentrierte Lösung von Ihnen in dem Lösungsmittel und haben das Fällmittel praktisch compond. Übertragen einer kleinen Volumen je nachdem welche Flüssigkeit die höhere spezifische Dichte in einem engen Aufnahme und vorsichtig mit den anderen flüssigen Schicht. Dies funktioniert am besten mit einer Spritze und Injektionsnadel. Im Laufe der Zeit werden die beiden Lösungsmittel und mischen, wenn Sie Glück haben, werden Kristalle bilden.
Eine Variation dieses Verfahrens ist es, die untere Schicht einzufrieren, bevor Sie die zweite Flüssigkeit zu. Das macht es viel einfacher, eine saubere Trennung zwischen den beiden Schichten zu erhalten.
Vorteile: Funktioniert gut mit kleinen Mengen, Parameter einfach zu steuern.
Nachteile: Ein wenig complictaed, fiding zwei geeignete Lösungsmittel kann hart sein.

Sublimation sollte nicht die Methode der Wahl Beugungs Kristalle zu züchten. Sublimation ususlly erfolgt bei relativ hohen Temperaturen, was bedeutet, dass es zu viel Energie in das System, wenn die Kristalle bilden. Bei hohen Temperaturen können die Unterschiede zwischen zwei ähnlichen Molekülorientierungen unbedeutend werden, welche in einem verzwillingten oder statisch ungeordnete Kristall führt. Darüber hinaus Kristalle in der Regel wachsen zu schnell, wenn sie durch Sublimation erhalten werden, wihch können auch erleichtern windend oder disroder

Wenn auch etwas exotische Konvektion kann eine gute Methode sein, qualitativ hochwertige Kristalle wachsen. entweder durch Kühlen oder Heizen ein Teil davon in dem Kristallisationsgefäß einen Temperaturgradienten zu erzeugen führt zu einer langsamen und gleichmäßigen Strömung innerhalb der flüssigen Phase. Die Idee ist, dass mehr Substanz in dem heißeren Teil des Behälters löst, bewegt sich zu dem kälteren Bereich, wo es zu kristallisieren beginnt. Die Kristalle bewegen sich mit dem Strom, in die sirene Zone trvelling, wo sie totlly oder teilweise aufzulösen. Die, die nur teilweise zu lösen wird von warm nach kalt größer auf ihre nächste Reise wachsen und zurück zu warm. Mehrere hundert Runden können für eine sehr schöne Diffraktionsqualität Kristall machen. Die Geschwindigkeit in dem Behälter proportional zu dem Wärme gradiend, die nicht zu groß sein sollte, da eine zu schnelle Konvektion wird nicht genug Zeit für die Keimbildung verlassen.

Nachahmen David Watkins Bau (Watkin, D. J. J. Appl. Cryst. (1972), 5. 250.), Chuck Barnes kam mit folgender Idee:
"Schneiden Sie die Spitze einer Pasteur-Pipette etwa ein cm über dem Beginn des sich verengenden Teil, und dann Heißsiegel das kleine Ende, Ihnen eine schöne billige Wärmegradient Fläschchen bekommen. Legen Sie ein Brei aus Ihrem Material in einem relativ schlechten Lösungsmittel in der Ampulle und Zentrifuge das ungelöste Material in der Spitze zu packen. Nach dem Zentrifugieren, haben Sie ein Pellet von festen (

5 mm) in der Spitze, abgedeckt durch sauber "Arm" Lösungsmittel. Verschließen Sie die Fläschchen mit Teflonband und Parafilm. Ich mache die Heizung von den kleinen zylinderförmigen Keramikwiderstände, die von der Elektronik-Shop in der Regel zur Verfügung stehen. Ich fand einige grünen von 100 Ohm, die eine gute Größe. Legen Sie nur die Spitze des Fläschchens mit dem festen Pellet in der Heizung, mit dem Fläschchen auf

45 Grad von der Vertikalen. Spannung an den vielleicht 50 C am Widerstand, und Sie haben einen schönen thermischen Gradienten auf dem Fläschchen. Mit etwas Glück bekommen Sie Kristalle das Fläschchen aufwachsen. Es scheint wichtig, dass al zu machen, und Sie haben einen schönen thermischen Gradienten auf dem Fläschchen. Mit etwas Glück bekommen Sie Kristalle das Fläschchen aufwachsen. Es scheint wichtig, dass alle das amorphe Material, um sicherzustellen, ist nach unten verpackt. kein Pulver, wo man die Kristalle wachsen wollen." Chuck fügt zu dieser Methode " Das hat mir ausgezeichnete Kristalle manchmal gegeben, und hat bei Gelegenheit gegeben überlegen Kristalle (kleiner Mosaikverteilung), auch wenn Kristalle aus der Verdampfung zur Verfügung standen."

Wie Sie Ihre Kristalle zu behandeln, sobald Sie sie haben

Zuallererst: Niemals, ich meine Entfernen Sie niemals das Lösungsmittel! Häufig Lösungsmittelmoleküle cokristallisieren mit Ihrer Verbindung, die sie integraler Bestandteil des Kristallgitters ist. Das Entfernen der Mutterlauge von den Kristallen macht die Kristalle in die Luft (oder was auch immer Gas in Ihrem Glovebox haben) und die flüchtigen Lösungsmittelmoleküle langsam aus dem Kristallgitter verdampfen, leere Löcher hinterlassen. Sehr kleine Löcher verringern die maximale Auflösung der Kristall beugt auf, größere Löcher den Kristall zerstören.

Es ist immer eine gute Idee, nicht die Umweltbedingungen für Ihre Kristalle zu oft ändern. Lassen Sie sie allein, wenn Sie können.

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