Новости химической науки > кристаллизация карбоната кальция: влияние полимерных добавок

Исследователи из университета Мичигана Won Kim, Richard E.Robertson и Robert Zand провели серию исследований по изучению такого интересного явления, как кристаллизация карбоната кальция в пристутствии различных неионных полимерных добавок и некоторых органических соединений.

В качестве таких добавок были использованы поливиниловый спирт, полиакриламид, поли-N-изопропилакриламид, поли-N-винилпирролидон и полиэтиленоксид. Также было изучено влияние на кристаллизацию этой неорганической соли и других соединений, таких как метанол, этанол, этиленгликоль, глицерин, декстран и мальтодекстран.

Ученые проводили кристаллизацию путем смешивания растворов хлорида кальция и карбоната аммония как в присутствии добавок, так и без них. При этом было отмечено, что образующийся на первоначальном этапе карбонат кальция представлял собой ватерит (метастабильная полиморфная модификация карбоната кальция) с небольшой примесью кальцита (наиболее стабильная из известных полиморфных модификаций CaCO₃).

Как отмечают исследователи, дальнейший рост кристаллов продукта определялся тем, какая из добавок была введена в раствор. При использовании большинства добавок, формирующийся на начальной стадии кристаллизации ватерит в течение приблизительно 1 ч переходил в кальцит, предполажительно по рекристаллизационному маршруту.

Полученные препараты карбоната кальция: ватерит (вверху) и арагонит (внизу). Фото с сайта ACS Publications (http://pubs.acs.org/journals/cgdefu/index.html)

Однако, при использовании поливинилового спирта, процесс старения осадка с образованием кальцита протекал с намного меньшими скоростями, а когда в раствор вводили достаточно большое количество поливинилового спирта и вовсе останавливался. При этом удалось получить препараты карбоната кальция, которые практически не содержали других кристаллических форм этого вещества. В случаях же, когда количество вводимого поливинилового спирта было недостаточным, рекристаллизация ватерита приводила к формированию фазы арагонита.

По истечении приблизительно 9 суток арагонит был доминирующей кристаллической фазой, содержащей небольшое количество сформировавшейся на ранних стадиях фазы кальцита.

Как полагают исследователи, столь необычные характеристики поливинилового спирта могут быть обусловлены его способностью образовывать водородные связи и практически тета-растворы в воде в широком интервале температур, включающем в себя комнатную температуру. Из тета-раствора полимер может неспецифично адсорбироваться на всех твердых поверхностях.

В результате анализа полученных результатов ученые сделали вывод о том, что наблюдаемое в биологических организмах образование арагонита может быть обусловлено тем, что некоторые из биологических белков могут выполнять ту же роль, что и поливиниловый спирт, использовавшийся исследователями в этой работе.

Источник: Crystal Growth & Design