اكتشاف شكل جديد من الكلس

تشكل كربونات الكالسيوم متغيرًا بلوريًا غير معروف سابقًا

تشكل هيموهيدرات كربونات الكالسيوم المكتشفة حديثًا بلورات صغيرة حويضية. © معهد ماكس بلانك للغرويات والواجهات / Zhaoyong Zou
قراءة بصوت عال

مفاجأة في Allerwelts Mineral: اكتشف الباحثون شكلاً بلوريًا لم يكن معروفًا من قبل. يتم تشكيل ما يسمى هيميدرات كربونات الكالسيوم (CCHH) عندما تتبلور كربونات الكالسيوم غير المتبلورة في وجود المغنيسيوم. وفقًا لذلك ، لا يحتوي كربونات الكالسيوم على خمسة فقط ، بل حتى ستة هياكل بلورية مختلفة ، وفقًا لما أورده الباحثون في مجلة "العلوم". الآن يجب إعادة كتابة الكتب المدرسية للكيمياء.

كربونات الكالسيوم (CaCO3) ، والمعروفة باسم الجير ، هي واحدة من أكبر مستودعات الكربون على كوكبنا. إنها تشكل صخورًا مثل الطباشير والحجر الجيري والرخام ، وتشكل العديد من الكهوف بتكويناتها الصخرية الغريبة وتشكل المناظر الطبيعية الكارستية للأرض. تم العثور على كربونات الكالسيوم أيضًا في قذائف وهياكل عظمية للعديد من الحيوانات البرية والمائية.

حتى الآن ، كان هناك خمسة

حتى الآن ، تم التعرف على خمسة أشكال بلورية من كربونات الكالسيوم: الأشكال الثلاثة البلورية النقية كالسيت والأراغونيت والفيتريت ، بالإضافة إلى مرحلتين بلوريتين تحتويان على ماء مرتبط - مونوهيدروكالسيت وإيكيت. بالإضافة إلى هذه الأشكال المتبلورة ، قد يوجد الجير أيضًا في حالات متبلورة مختلفة. يلعبون دوراً حاسماً في التشكيل لقذائف الجير للعديد من المخلوقات - منها ، على سبيل المثال ، تنتج قنافذ البحر هياكلها العظمية.

أراد تشاويونغ زو من معهد ماكس بلانك للغرويات والواجهات في بوتسدام أن يفهم هذه العملية عندما جربوا الانتقال من كربونات الكالسيوم غير المتبلور إلى الأشكال البلورية في المختبر. في درجات حرارة مختلفة وتركيزات المحلول ، اختبروا متى وكيف تشكلت البلورات.

بلورات صغيرة على شكل إبرة

لكن زهو لاحظ شيئًا غير طبيعي: إذا احتوى المحلول على كمية معينة من أيونات المغنيسيوم بالإضافة إلى كربونات الكالسيوم ، فقد تم إنتاج شيء مختلف تمامًا عن الكالسيت المتوقع. لقد شكلت بلورات صغيرة تشبه الإبرة يصل طولها إلى ميكرون واحد ويبلغ سمكها حوالي 200 نانومتر. عرض

يقول زميل تشو بيتر فراتزل: "لقد اعتقدنا أن ذلك كان نتيجة التلوث". لكن التجارب في ظل نفس الظروف أدت مرارا وتكرارا إلى هذه البلورات الإبرة. كشف تحليل آخر بواسطة التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء ورامان أن أطياف هذه البلورات اختلفت بشكل ملحوظ عن تلك الموجودة في جميع أنواع كربونات الكالسيوم المعروفة سابقًا ، كما ذكر الباحثون. في تناثر الأشعة السينية أيضًا ، لم تتطابق هذه البلورات مع أي شكل معروف.

شكل الكريستال جديدة تماما

كان واضحًا: توصل تشو وفريقه إلى شيء جديد تمامًا. وكتب الباحثون: "نُبلغ عن اكتشاف وتوصيف شكل بلوري مائي لم يكن معروفًا من قبل من كربونات caclium". وفقًا لتحليلها ، فإن هذا المركب عبارة عن هيدرات هيدرات كربونات الكالسيوم مع الصيغة CaCO 3 H 2 O. "لا يحدث في كثير من الأحيان في حياة الباحث أن يتم اكتشاف شيء غير متوقع تمامًا ، وبعد ذلك في الواقع لم يبحث عنها "، يقول فراتزل.

وجد العلماء أن بلورات كربونات الكالسيوم غير المتبلورة الجديدة تتشكل في محلول كلما وجدت أيونات المغنسيوم من خمسة إلى تسعة في المئة. "نحن نفترض أن المغنيسيوم الذائب يمنع بلورة الكالسيت في هذا النظام ويعزز تكوين CCHH" ، يشرح تشو وزملاؤه. على ما يبدو ، يبدو أن CCHH غير مستقر بشكل دائم: سوف يمتص المزيد من الماء مع مرور الوقت ويتحول إلى شكل مونوهيدروكالسيت رطب.

يجب أن تتكيف الكتب المدرسية

"اكتشاف CCHH ، ومساراتها وهيكلها يوسع كثيرا من فهمنا لعائلة كربونات الكالسيوم" ، لاحظ الباحثون. "قد يكون لهذا آثار كبيرة على التمعدن البيولوجي والجيولوجيا والعمليات الصناعية القائمة على ترطيب كربونات الكالسيوم." يبدو من الواضح أن الكتب المدرسية ذات الصلة وإدخال المعجم بالإضافة إلى مظهر بلوري إضافي من الجير يجب إضافته.

ومع ذلك ، لا يزال من غير الواضح ما إذا كان متغير الجير المكتشف حديثًا يحدث أيضًا في الطبيعة. ومع ذلك ، وفقًا للباحثين ، قد يلعب CCHH دورًا وسيطًا في عمليات التمعدن البيولوجي ، مثل الانتقال من كربونات الكالسيوم غير المتبلور إلى الكالسيت. يريد تشو وفريقه استكشاف المزيد من الشكل البلوري الجديد والعمليات ذات الصلة. (العلوم ، 2019 ؛ دوي: 10.1126 / science.aav0210)

المصدر: معهد ماكس بلانك للغرويات والواجهات

- ناديا بودبريجار