Nucleation, the birth of a stable cluster from a disorder, is inherently stochastic. Yet up to date, there are no quantitative studies on NaCl nucleation that accounts for its stochastic nature. Here, we report the first stochastic treatment of NaCl-water nucleation kinetics. Using a recently developed microfluidic system and evaporation model, our measured interfacial energies extracted from a modified Poisson distribution of nucleation time show an excellent agreement with theoretical predictions. Furthermore, analysis of nucleation parameters in 0.5, 1.5, and 5.5 pl microdroplets reveals an interesting interplay between confinement effects and shifting of nucleation mechanisms. Overall, our findings highlight the need to treat nucleation stochastically rather than deterministically to bridge the gap between theory and experiment.

1.
J.
Lee
,
J.
Yang
,
S. G.
Kwon
, and
T.
Hyeon
,
Nat. Rev. Mater.
1
(
8
),
16034
(
2016
).
2.
J. H.
Um
,
A.
Jin
,
X.
Huang
,
J.
Seok
,
S. S.
Park
,
J.
Moon
,
M.
Kim
,
S. H.
Kim
,
H. S.
Kim
,
S.-P.
Cho
,
H. D.
Abruña
, and
S.-H.
Yu
,
Energy Environ. Sci.
15
(
4
),
1493
1502
(
2022
).
3.
R. D.
Davis
,
S.
Lance
,
J. A.
Gordon
,
S. B.
Ushijima
, and
M. A.
Tolbert
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
112
(
52
),
15815
(
2015
).
4.
J.
Desarnaud
,
H.
Derluyn
,
J.
Carmeliet
,
D.
Bonn
, and
N.
Shahidzadeh
,
J. Phys. Chem. Lett.
5
(
5
),
890
895
(
2014
).
5.
G. S.
Frankel
,
J. D.
Vienna
,
J.
Lian
,
X.
Guo
,
S.
Gin
,
S. H.
Kim
,
J.
Du
,
J. V.
Ryan
,
J.
Wang
,
W.
Windl
,
C. D.
Taylor
, and
J. R.
Scully
,
Chem. Rev.
121
(
20
),
12327
12383
(
2021
).
6.
E. M.
Winkler
and
P. C.
Singer
,
Geol. Soc. Am. Bull.
83
(
11
),
3509
3514
(
1972
).
7.
M. J.
Qazi
,
R. W.
Liefferink
,
S. J.
Schlegel
,
E. H. G.
Backus
,
D.
Bonn
, and
N.
Shahidzadeh
,
Langmuir
33
(
17
),
4260
4268
(
2017
).
8.
N. E. R.
Zimmermann
,
B.
Vorselaars
,
J. R.
Espinosa
,
D.
Quigley
,
W. R.
Smith
,
E.
Sanz
,
C.
Vega
, and
B.
Peters
,
J. Chem. Phys.
148
(
22
),
222838
(
2018
).
9.
K. E.
Blow
,
D.
Quigley
, and
G. C.
Sosso
,
J. Chem. Phys.
155
(
4
),
040901
(
2021
).
10.
N. E. R.
Zimmermann
,
B.
Vorselaars
,
D.
Quigley
, and
B.
Peters
,
J. Am. Chem. Soc.
137
(
41
),
13352
13361
(
2015
).
12.
R.
Bahadur
,
L. M.
Russell
, and
S.
Alavi
,
J. Phys. Chem. B
111
(
41
),
11989
11996
(
2007
).
13.
G.
Lanaro
and
G. N.
Patey
,
J. Phys. Chem. B
120
(
34
),
9076
9087
(
2016
).
14.
H.
Jiang
,
A.
Haji-Akbari
,
P. G.
Debenedetti
, and
A. Z.
Panagiotopoulos
,
J. Chem. Phys.
148
(
4
),
044505
(
2018
).
15.
Y.
Gao
,
L. E.
Yu
, and
S. B.
Chen
,
J. Phys. Chem. A
111
(
42
),
10660
10666
(
2007
).
16.
H.-S.
Na
,
S.
Arnold
, and
A. S.
Myerson
,
J. Cryst. Growth
139
(
1
),
104
112
(
1994
).
17.
L.-T.
Deck
and
M.
Mazzotti
,
Cryst. Growth Des.
23
(
2
),
899
914
(
2022
).
18.
N.
Candoni
,
Z.
Hammadi
,
R.
Grossier
,
M.
Ildefonso
,
S.
Zhang
,
R.
Morin
, and
S.
Veesler
, in
Advances in Organic Crystal Chemistry: Comprehensive Reviews 2015
, edited by
R.
Tamura
and
M.
Miyata
(
Springer
,
Japan, Tokyo
,
2015
), pp.
95
113
.
19.
R.
Grossier
,
Z.
Hammadi
,
R.
Morin
, and
S.
Veesler
,
Phys. Rev. Lett.
107
(
2
),
025504
(
2011
).
20.
T.
Nakamuro
,
M.
Sakakibara
,
H.
Nada
,
K.
Harano
, and
E.
Nakamura
,
J. Am. Chem. Soc.
143
(
4
),
1763
1767
(
2021
).
21.
R.
Cedeno
,
R.
Grossier
,
M.
Lagaize
,
D.
Nerini
,
N.
Candoni
,
A.
Flood
, and
S.
Veesler
,
Faraday Discuss.
235
,
183
197
(
2022
).
22.
R.
Cedeno
,
R.
Grossier
,
V.
Tishkova
,
N.
Candoni
,
A. E.
Flood
, and
S.
Veesler
,
Langmuir
38
(
31
),
9686
9696
(
2022
).
23.
L.
Goh
,
K.
Chen
,
V.
Bhamidi
,
G.
He
,
N. C. S.
Kee
,
P. J. A.
Kenis
,
C. F.
Zukoski
III
, and
R. D.
Braatz
,
Cryst. Growth Des.
10
(
6
),
2515
2521
(
2010
).
24.
X. Y.
Liu
,
Langmuir
16
(
18
),
7337
7345
(
2000
).
25.
F. C.
Meldrum
and
C.
O’Shaughnessy
,
Adv. Mater.
32
(
31
),
2001068
(
2020
).
26.
R.
Grossier
and
S.
Veesler
,
Cryst. Growth Des.
9
(
4
),
1917
1922
(
2009
).
27.
O. A.
Bempah
and
O. E.
Hileman
, Jr.
,
Can. J. Chem.
51
(
20
),
3435
3442
(
1973
).
28.
R.
Grossier
,
V.
Tishkova
,
R.
Morin
, and
S.
Veesler
,
AIP Adv.
8
(
7
),
075324
(
2018
).
29.
B.
Peters
,
J. Cryst. Growth
317
(
1
),
79
83
(
2011
).
30.
N.
Shahidzadeh
,
M. F. L.
Schut
,
J.
Desarnaud
,
M.
Prat
, and
D.
Bonn
,
Sci. Rep.
5
(
1
),
10335
(
2015
).
31.
P.
Koß
,
A.
Statt
,
P.
Virnau
, and
K.
Binder
,
Phys. Rev. E
96
(
4
),
042609
(
2017
).
32.
M. W.
Anderson
,
M.
Bennett
,
R.
Cedeno
,
H.
Cölfen
,
S. J.
Cox
,
A. J.
Cruz-Cabeza
,
J. J.
De Yoreo
,
R.
Drummond-Brydson
,
M. K.
Dudek
,
K. A.
Fichthorn
,
A. R.
Finney
,
I.
Ford
,
J. M.
Galloway
,
D.
Gebauer
,
R.
Grossier
,
J. H.
Harding
,
A.
Hare
,
D.
Horváth
,
L.
Hunter
,
J.
Kim
,
Y.
Kimura
,
C. E. A.
Kirschhock
,
A. A.
Kiselev
,
W.
Kras
,
C.
Kuttner
,
A. Y.
Lee
,
Z.
Liao
,
L.
Maini
,
S. O.
Nilsson Lill
,
N.
Pellens
,
S. L.
Price
,
I. B.
Rietveld
,
J. D.
Rimer
,
K. J.
Roberts
,
J.
Rogal
,
M.
Salvalaglio
,
I.
Sandei
,
G.
Schuszter
,
J.
Sefcik
,
W.
Sun
,
J. H.
ter Horst
,
M.
Ukrainczyk
,
A. E. S.
Van Driessche
,
S.
Veesler
,
P. G.
Vekilov
,
V.
Verma
,
T.
Whale
,
H. P.
Wheatcroft
, and
J.
Zeglinski
,
Faraday Discuss.
235
,
219
272
(
2022
).
33.
S.
Karthika
,
T. K.
Radhakrishnan
, and
P.
Kalaichelvi
,
Cryst. Growth Des.
16
(
11
),
6663
(
2016
).
34.
M. A.
Durán-Olivencia
,
P.
Yatsyshin
,
S.
Kalliadasis
, and
J. F.
Lutsko
,
New J. Phys.
20
(
8
),
083019
(
2018
).
35.
H.
Hwang
,
Y. C.
Cho
,
S.
Lee
,
Y.-H.
Lee
,
S.
Kim
,
Y.
Kim
,
W.
Jo
,
P.
Duchstein
,
D.
Zahn
, and
G. W.
Lee
,
Chem. Sci.
12
(
1
),
179
187
(
2021
).
36.
C. P.
Lamas
,
J. R.
Espinosa
,
M. M.
Conde
,
J.
Ramírez
,
P.
Montero de Hijes
,
E.
G. Noya
,
C.
Vega
, and
E.
Sanz
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
23
(
47
),
26843
26852
(
2021
).
37.
A. P.
Olsen
,
R. C.
Flagan
, and
J. A.
Kornfield
,
Rev. Sci. Instrum.
77
(
7
),
073901
(
2006
).
38.
A.
Naillon
,
P.
Joseph
, and
M.
Prat
,
J. Cryst. Growth
463
,
201
210
(
2017
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.