Atklāta jauna kaļķa kristāla forma

Kalcija karbonāts veido iepriekš nezināmu ūdensūdens kristāla variantu

Jaunatklātais kalcija karbonāta pushidrāts veido sīkus acikulārus kristālus. © Maks Planka koloīdu un saskarņu institūts / Zhaoyong Zou
lasīt skaļi

Pārsteigums minerālā Allerwelts: Pētnieki ir atklājuši iepriekš nezināmu kaļķu kristāla formu. Tā sauktais kalcija karbonāta pushidrāts (CCHH) veidojas, kad amorfs kalcija karbonāts kristalizējas magnija klātbūtnē. Attiecīgi kalcija karbonātam ir ne tikai piecas, bet pat sešas dažādas kristālu struktūras, kā ziņo pētnieki žurnālā "Science". Tagad ķīmijas mācību grāmatas ir jāpārraksta.

Kalcija karbonāts (CaCO3), tautā pazīstams kā kaļķis, ir viens no lielākajiem oglekļa rezervuāriem uz mūsu planētas. Tas veido klintis, piemēram, krītu, kaļķakmeni un marmoru, veido daudzas alas ar savādajiem stalaktītu veidojumiem un veido zemes karsta ainavas. Kalcija karbonāts ir atrodams arī daudzu sauszemes un ūdens dzīvnieku apvalkos un skeletos.

Līdz šim ir bijuši pieci

Līdz šim ir zināmas piecas kalcija karbonāta kristāla formas: trīs tīri kristāla polimorfi kalcīts, aragonīts un vaterīts, kā arī divas kristāla fāzes, kas satur saistītu ūdeni - monohidrokalcīts un ikaīts. Papildus šīm izkristalizētajām formām kaļķi var pastāvēt arī dažādos amorfos stāvokļos. Viņiem ir izšķiroša loma daudzu radību kaļķu čaumalu sagatavēs - piemēram, no tām jūras eži veido savus skeletus.

Zhaoyong Zou no Maks Planka Koloīdu un saskarņu institūta Potsdamā vēlējās izprast šo procesu, kad viņi eksperimentēja ar pāreju no amorfā kalcija karbonāta uz kristāliskajām formām laboratorijā. Dažādās temperatūrās un šķīduma koncentrācijās viņi pārbaudīja, kad un kā veidojas kristāli.

Sīki adatas formas kristāli

Bet Džou pamanīja kaut ko neparastu: ja šķīdumā papildus kalcija karbonātam bija noteikts daudzums magnija jonu, tika iegūts kaut kas pavisam savādāks nekā gaidītais kalcīts. Tas veidoja sīkus adatām līdzīgus kristālus, kuru garums bija līdz vienam mikronam un apmēram 200 nanometru biezs. displejs

"Mēs domājām, ka tas ir piesārņojuma rezultāts, " saka Džou kolēģis Pīters Fratzls. Bet eksperimenti vienādos apstākļos atkārtoti noveda pie šiem adatu kristāliem. Tālākā analīze, izmantojot infrasarkano staru un Ramana spektroskopiju, atklāja, ka šo kristālu spektri ievērojami atšķiras no visiem iepriekš zināmajiem kalcija karbonāta variantiem, kā ziņo pētnieki. Arī rentgenstaru izkliedē šie kristāli neatbilda nevienai zināmai formai.

Pilnīgi jauna kristāla forma

Bija skaidrs: Zhou un viņa komanda bija izdomājuši kaut ko pilnīgi jaunu. "Mēs ziņojam par iepriekš nezināma kakalija karbonāta hidratēta kristāla formas atklāšanu un raksturošanu, " raksta pētnieki. Pēc viņas analīzes, šis savienojums ir kalcija karbonāta pushidrāts ar formulu CaCO 3 - H 2 O. "Pētnieka dzīvē tas notiek ne tik bieži, ka tiek atklāts kaut kas pilnīgi negaidīts, pēc kura faktiski to nemeklēja, "saka Fratzl.

Zinātnieki atklāja, ka jaunie amorfie kalcija karbonāta kristāli veidojas šķīdumā ik pēc pieciem līdz deviņiem procentiem magnija jonu. "Mēs pieņemam, ka izšķīdinātais magnijs kavē kalcīta kristalizāciju šajā sistēmā un veicina CCHH veidošanos, " skaidro Zhou un viņa kolēģi. Acīmredzot CCHH nešķiet pastāvīgi stabils: laika gaitā tas absorbēs vairāk ūdens un pārveidosies par hidratētu monohidrokalcītu.

Mācību grāmatas ir jāpielāgo

"CCHH, tā ceļu un struktūras atklāšana ievērojami paplašina mūsu izpratni par kalcija karbonātu saimi, " atzīmē pētnieki. "Tam varētu būt būtiska ietekme uz biomineralizāciju, ģeoloģiju un rūpniecības procesiem, kuru pamatā ir kalcija karbonāta hidratācija." Šķiet skaidrs, ka attiecīgās mācību grāmatas un leksikona ieraksts Papildus vēl lielākam kaļķa kristāliskajam izskatam ir jāpievieno.

Tomēr joprojām nav skaidrs, vai jaunatklātais kaļķu variants sastopams arī dabā. Tomēr, pēc pētnieku domām, CCHH varētu būt starpposma loma biomineralizācijas procesos, piemēram, pārejā no amorfā kalcija karbonāta uz kalcītu. Džou un viņa komanda vēlas tālāk izpētīt jauno kristāla formu un ar to saistītos procesus. (Zinātne, 2019. gads; doi: 10.1126 / science.aav0210)

Avots: Maks Planka koloīdu un saskarņu institūts

- Nadja Podbregar