В мире химии

Теперь можно подглядеть за образованием кристаллов

14 сентября 2014

Зачастую нуклеация и превращения кристаллов протекают неожиданно и самопроизвольно, что оставляет исследователям мало шансов изучать эти протекающие на микроскопическом уровне процессы в деталях. Тем не менее, если создать правильные условия и помочь глазу тщательно подобранным инструментом, эти события, которые, говоря без преувеличения, протекают ежедневно и ежечасно, могут раскрыть ученым свои секреты.

Для изучения особенностей образования кристаллической фазы, исследователи, использовали особым образом модифицированный электронный микроскоп, подобрали условия и смогли наблюдать, как происходит нуклеация, рост и изменение строение кристаллов карбоната кальция.

Наноразмерная частица карбоната кальция, похожая по форме на каплю (круглая) подвергается нуклеации и растет, после чего трансфомируется в арагонит, который продолжает расти, поглощая аморфную фазу.

Результаты исследования говорят о том, что устоявшиеся теоретические представления о том, что рост кристаллов начинается с нуклеации и сопровождается ростом упорядоченной фазы, нельзя считать исчерпывающими. Из исследования также видно и то, что один из наиболее распространенных материалов на Земле часто образуется при реализации сразу нескольких, временами протекающих одновременно механизмов минерализации.



Превращение аморфного карбоната кальция в кристаллический арагонит. (Рисунок из Science 2014, DOI: 10.1126/science.1254051)

Как заявляет руководитель исследования, Джеймс Де Йорео (James J. De Yoreo) из Тихоокеанской Северо-западной Национальной лаборатории США, он и его коллеги десятилетиями изучали механизм кристаллизации карбонатов с помощью мощных микроскопов, но до недавнего времни у исследователей не было инструмента, позволяющего следить за формированием кристаллов в режиме реального времени. Теперь у исследователей есть такой инструмент – микроскоп с плавающей ячейкой (microscope flow cell), позволяющий следить за протеканием жидкофазных реакций на наноуровне.

Исследователи загружали в ячейку очень небольшие количества растворов карбоната натрия и хлорида кальция. При выбранных путем оптимизации концентрациях реагентов и скорости их смешения кристаллы начинали расти и видоизменяться, раскрывая детали, которые ранее не были известны исследователям.

В ряде случаев в растворе образовывались аморфные каплеобразные частицы карбоната кальция, однако внезапно на поверхности этих частиц появлялись кристаллические фазы карбонатных минералов арагонита и ватерита и продолжали расти «за счет» аморфных частиц. В других случаях исследователи наблюдали образование кристаллов кальцита и других фаз CaCO3, нуклеация и рост которых протекали независимо друг от друга при относительной близости расположения разных кристаллических фаз в растворе.

Как отмечает специалист по микроскопии из Технологического Университета Эйндховена (Нидерланды) Нико Соммердийк (Nico A. J. M. Sommerdijk), в настоящее время исследователи достигли того волнующего момента, начиная с которого стало возможным провести детальное исследование обычных жидкофазных реакций, как например образование кристаллов карбоната кальция. Он добавляет, что исследование подтверждает существование множественных и в ряде случаев протекающих одновременно актов кристаллизации, о которых исследователи предполагали, однако не могли подтвердить их существование на базе прежних экспериментов.

Источник: Science 2014, DOI: 10.1126/science.1254051


метки статьи: кристаллохимия, физическая химия, химия поверхности, химия твердого тела

В мире химии

Другие новости

25 января 2009 Проследить за одной молекулой

Международная исследовательская группа из Китая и Швеции под руководством Джанянь Яо (Jiannian Yao) использовали сочетание экспериментальных и теоретических методов для изучения поведения отдельной молекулы.


10 декабря 2014 Фуллеренами можно улавливать диоксид углерода

Исследователи из Университета Райса разработали безопасный для окружающей среды метод улавливания углерода. Новый метод может оказаться полезным для понижения уровня выбросов диоксида углерода. Химик из Университета Райса Эндрю Бэррон (Andrew...


18 марта 2016 Таможенный союз может привести к повышению цен на импорт шин

Накануне Республика Беларусь, в рамках Таможенного союза выступила с предложением о повышении пошлины на импорт шин для сельскохозяйственной, строительной и промышленной техники. При этом размер пошлины должен быть увеличен в 3 раза, а именно – с текущих 5% до 15%. Согласно информации, опубликованной ...