石灰の新しい結晶形が発見されました

炭酸カルシウムは、これまで知られていなかった含水結晶バリアントを形成します

新しく発見された炭酸カルシウム半水和物は、小さな針状結晶を形成します。 ©Max Planck Institute for Colloids and Interfaces / Zhaoyong Zou
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Allerwelts Mineralでのサプライズ:研究者は、これまで知られていない石灰の結晶形を発見しました。 いわゆる炭酸カルシウム半水和物(CCHH)は、マグネシウムの存在下で非晶質炭酸カルシウムが結晶化すると形成されます。 したがって、研究者がジャーナル「科学」で報告しているように、炭酸カルシウムには5つだけでなく6つの異なる結晶構造さえあります。 今、化学の教科書を書き直す必要があります。

石灰として一般に知られている炭酸カルシウム(CaCO3)は、地球上で最大の炭素貯留層の1つです。 チョーク、石灰岩、大理石などの岩石を形成し、奇妙な乳石の形成で多くの洞窟を形成し、地球のカルスト風景を形成します。 炭酸カルシウムは、多くの陸生および水生動物の貝殻および骨格にも見られます。

これまでに5つありました

これまでに、炭酸カルシウムの5つの結晶形が知られています。3つの純粋な結晶多形である方解石、アラゴナイト、バテライト、および結合水を含む2つの結晶相-モノヒドロ方解石とイカイト。 これらの結晶形態に加えて、石灰もさまざまなアモルファス状態で存在する可能性があります。 それらは、多くの生き物のライムシェルのプリフォームとして重要な役割を果たします-例えば、それらから、ウニはその骨格を生成します。

ポツダムのマックスプランクコロイドと界面研究所のZhaoyong Zouは、実験室でアモルファス炭酸カルシウムから結晶形への移行を実験したときに、このプロセスを理解したかった。 さまざまな温度と溶液濃度で、彼らはいつ、どのように結晶が形成されるかをテストしました。

小さな針状結晶

しかし、周は異常なことに気付きました。溶液に炭酸カルシウムに加えて一定量のマグネシウムイオンが含まれていると、予想される方解石とはまったく異なるものが生成されました。 長さ1ミクロン、厚さ約200ナノメートルの小さな針状の結晶を形成しました。 ディスプレイ

「これは汚染の結果だと思った」と、周の同僚ピーター・フラツルは言う。 しかし、同じ条件下での実験により、これらの針状結晶が繰り返し発生しました。 研究者が報告しているように、赤外およびラマン分光法によるさらなる分析により、これらの結晶のスペクトルは、これまでに知られているすべての炭酸カルシウムのスペクトルと著しく異なることが明らかになりました。 また、X線散乱では、これらの結晶は既知の形状と一致しませんでした。

まったく新しい結晶形

明らかに、周と彼のチームはまったく新しいものを思いついていました。 「我々は、炭酸カリウムのこれまで知られていなかった水和結晶形の発見と特性化について報告する」と研究者たちは書いている。 彼女の分析によると、この化合物は式CaCO 3 H 2 Oの炭酸カルシウム半水和物です。実際にはそれを探していませんでした」とFratzlは言います。

科学者は、5〜9パーセントのマグネシウムイオンが存在するときはいつでも、新しい非晶質炭酸カルシウム結晶が形成されることを発見しました。 「溶解したマグネシウムは、このシステムでの方解石の結晶化を抑制し、CCHHの形成を促進すると想定しています」とZhou氏と彼の同僚は説明します。 どうやら、CCHHは永続的に安定しているようには見えません。CCHHは時間とともにより多くの水を吸収し、水和した形のモノヒドロカルサイトに変換します。

教科書を改作する必要がある

「CCHH、その経路および構造の発見は、炭酸カルシウムファミリーの理解を大いに広げます」と研究者たちは述べています。 「これは、炭酸カルシウムの水和に基づいたバイオミネラル化、地質学、および産業プロセスに大きな影響を与える可能性があります。」関連する教科書と用語集のエントリさらに石灰の結晶性の外観を追加する必要があります。

しかし、新たに発見されたライムの変種が自然界でも発生するかどうかはまだ不明です。 しかし、研究者によると、CCHHは、アモルファス炭酸カルシウムから方解石への移行など、バイオミネラリゼーションプロセスで中間的な役割を果たす可能性があります。 周と彼のチームは、新しい結晶形と関連するプロセスをさらに調査したいと考えています。 (科学、2019; doi:10.1126 / science.aav0210)

出典:Max Planck Institute for Colloids and Interfaces

-ナジャ・ポドブレガー