Jump to content

Аморфный карбонат кальция

Эти отложения туфа содержат аморфный карбонат кальция по остаткам водорослей и мха.

Аморфный карбонат кальция (АКК) представляет собой аморфную и наименее стабильную полиморфную модификацию карбоната кальция . ACC крайне нестабилен в нормальных условиях и в природе встречается в таких разнообразных таксонах, как морские ежи , кораллы , моллюски и фораминиферы . [1] [2] [3] Обычно он встречается в виде моногидрата, имеющего химическую формулу CaCO 3 ·H 2 O; однако он также может существовать в обезвоженном состоянии CaCO 3 . АСС известен науке уже более 100 лет, когда Штурке Герман обнаружил недифракционную картину карбоната кальция, демонстрирующую его плохо упорядоченную природу. [4]

АСС является примером кристаллизации путем прикрепления частиц (CPA), когда кристаллы образуются путем добавления частиц, начиная от многоионных комплексов и заканчивая полностью сформированными нанокристаллами. [5] Исследования таких систем имеют разнообразное применение; однако нынешнее отсутствие однозначных ответов на фундаментальные вопросы (т.е. произведение растворимости, межфазные силы, структура и т. д.) приводит к тому, что они становятся темами исследований в самых разных областях - от химии, геологии, биологии, физики и материаловедения. [6] [5]

Стабильность

[ редактировать ]

АСС является шестым и наименее стабильным полиморфом карбоната кальция . Остальные пять полиморфов (по убывающей стабильности): кальцит , арагонит , ватерит , моногидрокальцит и икаит . При смешивании двух перенасыщенных растворов хлорида кальция и карбоната натрия (или бикарбонатов натрия) эти полиморфы будут выпадать в осадок из раствора в соответствии с правилом шагов Оствальда , которое гласит, что наименее стабильный полиморф выпадает в осадок первым. Но хотя АСС является первым продуктом, который выпадает в осадок, он быстро превращается в один из наиболее стабильных полиморфов за считанные секунды. [7] [8] В чистом CaCO 3 АСС за считанные секунды превращается в одну из кристаллических полиморфных модификаций карбоната кальция. Предполагается, что это превращение из аморфного состояния в кристаллическое является механизмом растворения-переосаждения. [3] Несмотря на крайне нестабильную природу АСС, некоторые организмы способны производить стабильный АСС. Например, американский омар Homarus americanus поддерживает стабильный ACC на протяжении всего годового цикла линьки. [2] Исследования биогенного АСС также показали, что эти стабильные формы АСС гидратируются, тогда как временные формы - нет. Судя по наблюдениям за ростом спикул у морских ежей, кажется, что АСС откладывается в месте роста новых минералов, где он затем обезвоживается и превращается в кальцит. [2]

В биологии

[ редактировать ]

Некоторые организмы разработали методы стабилизации АСС с помощью специализированных белков для различных целей. Предполагается, что функция ACC у этих видов заключается в хранении/транспортировке материалов для биоминерализации или улучшения физических свойств, но достоверность таких выводов еще предстоит определить. Известно, что дождевые черви, некоторые виды двустворчатых моллюсков и некоторые виды брюхоногих моллюсков производят очень стабильный ACC. [2] [9] АСС широко используется ракообразными для придания жесткости экзоскелету, а также для хранения кальция в гастролитах во время цикла линьки. Здесь польза от использования ACC может заключаться не в физической силе, а в периодической необходимости растворения экзоскелета для линьки. [2] Морские ежи и их личинки используют временную форму АСС при формировании спикул. Новый материал спикулы, гидратированная форма АСС, транспортируется и откладывается на внешних краях спикулы. Затем осажденный материал АСС·H 2 O быстро дегидратируется до АСС. После обезвоживания в течение 24 часов весь АСС превратится в кальцит. [10]

Синтетический АСС

[ редактировать ]

Множество методов, [9] [7] [11] были разработаны для синтетического получения АСС с момента его открытия в 1989 году, однако лишь немногие синтезы успешно стабилизировали АСС на срок более нескольких недель. Лучший эффективный метод стабилизации срока службы АКК — его формирование в присутствии магния и/или фосфора. [12] [13] Кроме того, было обнаружено, что пути кристаллизации АСС зависят от соотношения Mg/Ca, превращаясь в арагонит, [14] Mg-кальцит, [15] моногидрокальцит [16] или доломит [17] с увеличением содержания Mg. Хуанг и др. удалось стабилизировать АСС с помощью полиакриловой кислоты на несколько месяцев, [18] в то время как Лосте и др. показали, что ионы магния также могут повысить стабильность АСС. [19] Но только открытие того, что аспарагиновая кислота, глицин, [20] цитрат, [21] и фосфорилированные аминокислоты могут производить долговременно стабильный АСС. [22] открыли двери для коммерциализации продукции.

Высокопористый АСС

[ редактировать ]

Высокопористый АКЦ синтезирован безПАВ-методом. [23] В этом методе CaO диспергируется в метаноле под давлением диоксида углерода в герметичном реакционном сосуде. Данным методом синтезировали АКК с площадью поверхности более 350 м2/г. Высокопористые АКК оказались составленными из агрегированных наночастиц размером менее 10 нм. Также было обнаружено, что высокопористый ACC стабилен в условиях окружающей среды до 3 недель с сохранением большей части его пористости.

Приложения и использование

[ редактировать ]

Биодоступность: С 2013 года компания Amorphical Ltd. продает пищевую добавку ACC . [24] [25] Карбонат кальция используется в качестве добавки кальция во всем мире, однако известно, что его биодоступность очень низкая, всего около 20–30%. АСС примерно на 40% более биодоступен, чем кристаллический карбонат кальция. [26]

Доставка лекарств. Благодаря способности регулировать размер и морфологию частиц аморфного карбоната кальция (а также других частиц карбоната кальция) они находят широкое применение в доставки лекарств . системах [ нужна ссылка ] Высокопористый ACC продемонстрировал способность стабилизировать плохо растворимые молекулы лекарств в своей обширной системе пор, а также может увеличивать скорость высвобождения этих лекарств. [23]

Реконструкция палеоклимата: лучшее понимание процесса трансформации аморфного карбоната кальция в кристаллический улучшит реконструкцию климата прошлого с использованием химических и биологических показателей. Например, калибровки сгруппированных 13 С- 18 Карбонатный палеотермометр и понимание происхождения и эволюции скелетных структур. [6] [5]

Восстановление окружающей среды : совершенствование усилий по восстановлению окружающей среды за счет понимания роли земных материалов в биогеохимическом круговороте питательных веществ и металлов за счет лучшего понимания свойств минеральных фаз окружающей среды, участвующих в поглощении и высвобождении элементов. [27] [28]

Материаловедение: совершенствование конструкции и синтеза наноматериалов , например, улучшение фотоэлектрических , фотокаталитических и термоэлектрических материалов для энергетических применений или улучшение биомедицинских цементаций. Также совершенствуется разработка базовых материалов для CO 2 улавливания H 2 , хранения , контроля выбросов, преобразования биомассы , молекулярного разделения и очистки биотоплива. [5]

  1. ^ Полити, Яэль; Арад, Тальмон; Кляйн, Евгения; Вайнер, Стив; Аддади, Лия (12 ноября 2004 г.). «Кальцит позвоночника морского ежа образуется через переходную аморфную фазу карбоната кальция». Наука . 306 (5699): 1161–1164. Бибкод : 2004Sci...306.1161P . дои : 10.1126/science.1102289 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   15539597 . S2CID   32902672 .
  2. ^ Перейти обратно: а б с д и Аддади, Л.; Раз, С.; Вайнер, С. (17 июня 2003 г.). «Использование беспорядка: аморфный карбонат кальция и его роль в биоминерализации». Продвинутые материалы . 15 (12): 959–970. дои : 10.1002/adma.200300381 . ISSN   1521-4095 . S2CID   96531039 .
  3. ^ Перейти обратно: а б Джуффре, Энтони Дж.; Ганьон, Александр К.; Де Йорео, Джеймс Дж.; Дав, Патрисия М. (15 сентября 2015 г.). «Изотопные индикаторные доказательства превращения аморфного карбоната кальция в кальцит путем растворения-переосаждения» . Geochimica et Cosmochimica Acta . 165 : 407–417. Бибкод : 2015GeCoA.165..407G . дои : 10.1016/j.gca.2015.06.002 . ISSN   0016-7037 .
  4. ^ Патент США 603225 , Штурке, Герман Э., «Процесс получения аморфного карбоната извести из остатков», выдан 26 апреля 1898 г.  
  5. ^ Перейти обратно: а б с д Йорео, Джеймс Дж. Де; Гилберт, Пупа УПА; Соммердейк, Нико AJM; Пенн, Р. Ли; Уайтлам, Стивен; Джостер, Дерк; Чжан, Хэнчжун; Раймер, Джеффри Д.; Навроцкий, Александра (31 июля 2015 г.). «Кристаллизация путем прикрепления частиц в синтетической, биогенной и геологической среде» (PDF) . Наука . 349 (6247): ааа6760. дои : 10.1126/science.aaa6760 . ISSN   0036-8075 . ПМИД   26228157 . S2CID   14742194 .
  6. ^ Перейти обратно: а б Вайнер, С. (3 января 2003 г.). «Обзор процессов биоминерализации и проблема жизненного эффекта». Обзоры по минералогии и геохимии . 54 (1): 1–29. Бибкод : 2003RvMG...54....1W . CiteSeerX   10.1.1.460.7594 . дои : 10.2113/0540001 . ISSN   1529-6466 .
  7. ^ Перейти обратно: а б Родригес-Бланко, доктор юридических наук; Шоу, С.; Беннинг, LG (2011). «Кинетика и механизмы кристаллизации аморфного карбоната кальция (АКК) в кальцит через ватерит». Наномасштаб . 3 (1): 265–271. Бибкод : 2011Nanos...3..265R . дои : 10.1039/c0nr00589d . ПМИД   21069231 .
  8. ^ Боты, П.; Родригес-Бланко, доктор юридических наук; Ронкаль-Эрреро, Т.; Беннинг, LG; Шоу, С. (2012). «Механистическое понимание кристаллизации аморфного карбоната кальция в ватерит». Рост и дизайн кристаллов . 12 : 3806–3814. дои : 10.1021/cg300676b .
  9. ^ Перейти обратно: а б Родригес-Бланко, доктор юридических наук; Шоу, С.; Беннинг, Л.Г. (2008). «Как сделать «стабильный» АСС: протокол и предварительная структурная характеристика». Минералогический журнал . 72 (1): 283–286. Бибкод : 2008MinM...72..283R . дои : 10.1180/minmag.2008.072.1.283 . S2CID   129877161 .
  10. ^ Гонг, Ютао, Юта; Киллиан, Кристофер Э.; Олсон, Ян К.; Аппатурай, Нараяна П.; Амасино, Одра Л.; Мартин, Майкл С.; Холт, Лиам Дж.; Уилт, Фред Х.; Гилберт, ПУПА (17 апреля 2012 г.). «Фазовые переходы в биогенном аморфном карбонате кальция» . Труды Национальной академии наук . 109 (16): 6088–6093. Бибкод : 2012PNAS..109.6088G . дои : 10.1073/pnas.1118085109 . ISSN   0027-8424 . ПМК   3341025 . ПМИД   22492931 .
  11. ^ Блю, Кристина Р.; Римстидт, Дж. Дональд; Дав, Патрисия М. (1 января 2013 г.). «Метод реактора смешанного потока для синтеза аморфного карбоната кальция в контролируемых химических условиях». Методы исследования в науке о биоминерализации . Методы энзимологии. Том. 532. стр. 557–568. дои : 10.1016/B978-0-12-416617-2.00023-0 . ISBN  9780124166172 . ПМИД   24188782 .
  12. ^ Коборн, Г.; Маунтджой, Дж.; Родригес-Бланко, доктор юридических наук; Беннинг, LG; Хэннон, AC; Плезье, младший (2014). «Нейтронная и рентгеновская дифракция и эмпирическое потенциальное моделирование уточнения структуры стабилизированного магнием аморфного карбоната кальция». Журнал некристаллических твердых тел . 401 : 154–158. Бибкод : 2014JNCS..401..154C . дои : 10.1016/j.jnoncrysol.2013.12.023 . hdl : 2262/89859 .
  13. ^ Бентов, Шмуэль; Вейль, Сими; Глейзер, Лайла; Саги, Амир; Берман, Амир (01 августа 2010 г.). «Стабилизация аморфного карбоната кальция белками органической матрицы, богатыми фосфатами, и отдельными фосфоаминокислотами». Журнал структурной биологии . 171 (2): 207–215. дои : 10.1016/j.jsb.2010.04.007 . ISSN   1047-8477 . ПМИД   20416381 .
  14. ^ Вайс, Ингрид Мария; Туросс, Норин; Аддади, Лия; Вайнер, Стив (1 октября 2002 г.). «Формирование раковины личинок моллюсков: аморфный карбонат кальция является предшественником арагонита». Журнал экспериментальной зоологии . 293 (5): 478–491. дои : 10.1002/jez.90004 . ISSN   1097-010X . ПМИД   12486808 .
  15. ^ Родригес-Бланко, доктор юридических наук; Шоу, С.; Боты, П.; Ронкаль-Эрреро, Т.; Беннинг, Л.Г. (2012). «Роль pH и Mg на стабильность и кристаллизацию аморфного карбоната кальция». Журнал сплавов и соединений . 536 : S477–S479. дои : 10.1016/j.jallcom.2011.11.057 .
  16. ^ Родригес-Бланко, доктор юридических наук; Шоу, С.; Боты, П.; Ронкаль-Эрреро, Т.; Беннинг, LG (2014). «Роль Mg в кристаллизации моногидрокальцита» (PDF) . Geochimica et Cosmochimica Acta . 127 : 204–220. Бибкод : 2014GeCoA.127..204R . дои : 10.1016/j.gca.2013.11.034 .
  17. ^ Родригес-Бланко, доктор юридических наук; Шоу, С.; Беннинг, LG (2015). «Путь прямой кристаллизации доломита» (PDF) . Американский минералог . 100 (5–6): 1172–1181. Бибкод : 2015AmMin.100.1172R . дои : 10.2138/am-2015-4963 . hdl : 2262/89864 . S2CID   32337739 .
  18. ^ Шу-Чен Хуан, Кенсуке Нака и Йошики Чудзё (2007). «Метод контролируемого добавления карбоната для аморфных сфер карбоната кальция, стабилизированных полиакриловой кислотой». Ленгмюр . 23 (24): 12086–12095. дои : 10.1021/la701972n . ПМИД   17963412 .
  19. ^ Лосте, Ева; Уилсон, Рори М.; Сешадри, Рам; Мелдрам, Фиона К. (2003). «Роль магния в стабилизации аморфного карбоната кальция и контроле морфологии кальцита». Журнал роста кристаллов . 254 (1): 206–18. Бибкод : 2003JCrGr.254..206L . дои : 10.1016/S0022-0248(03)01153-9 .
  20. ^ Тоблер, диджей; Родригес-Бланко, доктор юридических наук; Дидериксен, К.; Санд, КК; Бовет, Н. Беннинг; Стипп, SLS (2014). «Влияние аспарагиновой кислоты и глицина на структуру, стабильность и кристаллизацию аморфного карбоната кальция (АСС)». Procedia Земля и планетология . 10 : 143–148. Бибкод : 2014PrEPS..10..143T . дои : 10.1016/j.proeps.2014.08.047 . hdl : 2262/89858 . S2CID   85651837 .
  21. ^ Тоблер, диджей; Родригес-Бланко, доктор юридических наук; Дидериксен, К.; Бовет, Н.; Санд, КК; Стипп, SLS (2015). «Влияние цитрата на структуру, стабильность и кристаллизацию аморфного карбоната кальция (ACC)». Передовые функциональные материалы . 25 (20): 3081–3090. дои : 10.1002/adfm.201500400 . hdl : 2262/89861 . S2CID   97248392 .
  22. ^ Бентов, Шмуэль; Вейль, Сими; Глейзер, Лайла; Саги, Амир; Берман, Амир (2010). «Стабилизация аморфного карбоната кальция белками органической матрицы, богатыми фосфатами, и отдельными фосфоаминокислотами». Журнал структурной биологии . 171 (2): 207–215. дои : 10.1016/j.jsb.2010.04.007 . ПМИД   20416381 .
  23. ^ Перейти обратно: а б Сунь, Руи; Чжан, Пэн; Байноци, Ева Г.; Неагу, Александра; Тай, Чеук-Вай; Перссон, Ингмар; Стрёмме, Мария; Чунг, Оушен (04 июня 2018 г.). «Аморфный карбонат кальция, построенный из агрегатов наночастиц с беспрецедентной площадью поверхности и мезопористостью». Прикладные материалы и интерфейсы ACS . 10 (25): 21556–21564. дои : 10.1021/acsami.8b03939 . ISSN   1944-8244 . ПМИД   29862822 . S2CID   206483700 .
  24. ^ Домашняя страница пищевой добавки «DENSITY». Архивировано 11 марта 2015 г. в Wayback Machine.
  25. ^ Кальций, следующее поколение: добавка, которая успешно восстанавливает кости Статья на иврите на Ynet о новой пищевой добавке кальция, декабрь 2013 г.
  26. ^ Мейрон, Орен Э; Бар-Давид, Элад; Афлало, Элиаху Д; Шехтер, Ассаф; Степенский, Дэвид; Берман, Амир; Саги, Амир (2011). «Растворимость и биодоступность стабилизированного аморфного карбоната кальция» . Журнал исследований костей и минералов . 26 (2): 364–372. дои : 10.1002/jbmr.196 . ПМИД   20690187 . S2CID   33408899 .
  27. ^ Мехта, Неха; Бугур, Джереми; Кочар, Бенджамин Д.; Дюпра, Элоди; Бензерара, Карим (08 апреля 2022 г.). «Цианобактерии накапливают радий (226 Ra) внутри внутриклеточных включений аморфного карбоната кальция» . АСУ ЭСиТ Вода . 2 (4): 616–623. doi : 10.1021/acsestwater.1c00473 . ISSN   2690-0637 . S2CID   247456505 .
  28. ^ Кэм, Нитавонг; Бензерара, Карим; Джорджелин, Томас; Джабер, Магуй; Ламбер, Жан-Франсуа; Пуансо, Мелани; Скури-Панет, Фериэль; Кордье, Лора (01 ноября 2016 г.). «Селективное поглощение щелочноземельных металлов цианобактериями, образующими внутриклеточные карбонаты» . Экологические науки и технологии . 50 (21): 11654–11662. doi : 10.1021/acs.est.6b02872 . ISSN   0013-936X . ПМИД   27712057 . S2CID   30420839 .
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: bc296e6cc181336e3a03325f8e3a4697__1701762480
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/bc/97/bc296e6cc181336e3a03325f8e3a4697.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Amorphous calcium carbonate - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)