Представлены детальные наблюдения кристаллизации

Изображения процесса формирования кристаллов карбоната кальция, полученные при помощи просвечивающего электронного микроскопа. (кликните картинку для увеличения)

Изображения процесса формирования кристаллов карбоната кальция, полученные при помощи просвечивающего электронного микроскопа. (кликните картинку для увеличения)

11.09.2014 (7:40)
Просмотров: 2008
Рейтинг: -0.00
Голосов: 4

Теги:
кристаллизация, кристалл, карбонат, кальций, кальцит, валерит, арагонит,
Естественные науки >> Физика






Ваша оценка
-2 -1 0 1 2
Последние экспериментальные наблюдения процесса кристаллизации в точках, где только начинается формирование твердой фазы, противоречат предсказаниям теории кристаллизации. В результате до сих пор существовала некоторая неопределенность в реализации определенного механизма образования кристаллов из жидкостей. Теперь же команда ученых из США использовала просвечивающий электронный микроскоп, чтобы наблюдать образование кристаллов карбоната кальция с самого начала и до конца. Согласно опубликованной по результатам этого эксперимента работе, есть свидетельства присутствия одновременно нескольких различных путей кристаллизации.

Зарождение отдельных кристаллических зерен – первый шаг в процессе кристаллизации, подразумевающей превращение неупорядоченной фазы в упорядоченную. Процесс зарождения был описан в классической теории кристаллизации еще в XIX веке. Тем не менее, более 100 лет спустя исследователи, работавшие с кристаллизующимися белками, наблюдали процессы, противоречащие сформулированной тогда теории. Как выяснилось, белки часто изначально конденсируются в плотную жидкую фазу, а уже после этого капли данной фазы начинают кристаллизоваться. Впоследствии наблюдались и другие «неклассические» процессы на начальном этапе кристаллизации, иногда с участием аморфных частиц (твердых частиц, не имеющих дальнего порядка, характерного для кристаллов). К примеру, ученые, изучавшие биоминералы, обнаружили, что монокристаллический карбонат кальция начинает свое формирование, как аморфная частица, которая кристаллизуется в течение долгого времени.

Одна из задач, стоящих перед исследователями процессов кристаллизации, - это наблюдение процесса зарождения кристалла, поскольку точка зарождения обычно мала по сравнению с общим числом молекул в системе. Ранее исследователи использовали методики, которые формируют ряд снимков в процессе кристаллизации, прослеживая таким образом изменения фазы, усредненные по большому количеству отдельных актов зарождения. Теперь же ученые предложили альтернативный подход – наблюдение одного единственного акта зарождения от начала и до конца. Совместная группа ученых из Pacific University of California Berkeley, Lawrence Berkeley National Laboratory, Pacific Northwest National Laboratory и University of Washington (США) на практике наблюдала процесс зарождения твердого тела при помощи экспериментальной установки, включавшей в себя просвечивающий электронный микроскоп.

Поставленные эксперименты позволили ученым непосредственно наблюдать действительные пути формирования твердого тела (карбоната кальция) в результате смешивания хлорида кальция и бикарбоната кальция в небольшом сосуде, размеры которого не превышали несколько миллиметров в поперечнике. Толщина слоя смешиваемых веществ при этом была не более нескольких нанометров. Вся эта система находилась в вакуумной камере просвечивающего электронного микроскопа, что позволило исследователям следить за процессом в режиме реального времени.

В рамках своего эксперимента ученые наблюдали различные полиморфы (или структуры, формируемые из карбоната кальция): кальцит, валерит и арагонит. Наряду с полиморфами они наблюдали и аморфный карбонат кальция. Среди кристаллических структур в более крупные формы вырос валерит (при этом некоторые кристаллы сливались между собой). Также в размерах росли неупорядоченные структуры, сохраняя аморфное состояние. А ряд аморфных структур после достижения размера в несколько сотен нанометров начинали сокращаться, пока не превращались в зерна валерита или арагонита.

Таким образом, наблюдение показало, что кристаллы образуются как непосредственно из раствора, так и через аморфных предшественников. В дополнение к этому результату, исследователи получили представление о природе аморфных частиц.

Подробные результаты работы опубликованы в журнале Science.

Нравится


Екатерина Баранова

Также по теме:

Источники:



самое популярное


Rambler's Top100