В статьях Stable Prenucleation Calcium Carbonate Clusters и Now You See Them, опубликованных в декабрьском номере (2008) журнала Science, рассмотрен механизм кристаллизации карбоната кальция, отличный от традиционного.
Ранее считалось, что кристаллизация происходит по принципу построения кирпичной кладки, когда к одному иону из раствора присоединяется еще один ион. Потом еще и еще. Причем ионы сразу занимают свои места в кристаллической решетке, т.е. уже во время построения кристалл сразу же имеет четкую и прочную структуру.
Авторы показали, что кристаллизация может происходить иным образом. Сначала образуются стабильные кластеры (полимероподобные сгустки ионов), имеющие так называемый докритический размер, который может составлять порядка 70 ионов. Затем происходит агрегирование (соединение) нескольких кластеров в "пост-критическое ядро", внутри которого происходит кристаллизация с образованием кристаллической решетки.
Рисунок: Как образуются кристаллы карбоната кальция? В соответствие с классической теорией, образование ядер кристалла происходит путем присоединения ионов к единичному кластеру (вверху). Gebauer и др. полагают, что имеет место иной механизм, в котором образование ядер карбоната кальция происходит путем агрегации стабильных, аморфных кластеров докритического размера (внизу). Впоследствии из ядра кристаллической фазы образуется конечный устойчивый кристалл.
Система водоподготовки Гидрофлоу работает по принципу формирования кластеров. Гидрофлоу отталкивает ионы солей кальция от стенок труб, вызывая образование кластеров. Затем Гидрофлоу уплотняет ионы в кластере.
При возникновении в растворе условий для кристаллизации, для образования кристаллов карбоната кальция из сформированных кластеров требуется меньше всего энергии, поэтому в первую очередь происходит кластерная кристаллизация. Остальные ионы кальция кристаллизуются на сформированных ранее взвешенных кристаллах. В последствие микрокристаллы выносятся потоком воды из системы.
Источники:
Denis Gebauer, Antje Völkel, Helmut Cölfen - Stable Prenucleation Calcium Carbonate Clusters
Fiona C. Meldrum, Richard P. Sear - Now You See Them
См. также: