【引言】

作為世界上最豐富的材料之一，碳酸鈣CaCO₃是各種海洋生物的骨架和貝殼類的主要成分。它用于水泥工業，在全球碳循環和沉積巖的形成中起著至關重要的作用。一個多世紀以來，已知在環境條件下僅存在三種純CaCO3——方解石、文石和球霰石的多晶型物，以及兩種水合晶相，單水鋁石（CaCO₃·1 H₂O）和白鈣石（CaCO₃·6H₂O）。在研究鎂離子在無定形碳酸鈣結晶途徑中的作用時，研究人員意外地發現了一種未知的結晶相，半水合物CaCO₃·?H₂O，具有單斜結構。 這一發現在基于CaCO₃水合作用的生物礦化、地質、和工業方面，具有重要意義。

【成果簡介】

今日，來自德國馬克斯-普朗克膠體與界面研究所的Zhaoyong Zou（通訊作者）等人報告了迄今為止未知的水合結晶——CaCO₃·?H₂O碳酸鈣化合物，即碳酸鈣半水合物（CCHH）——的發現和綜合特征。發生條件是在Mg²⁺離子存在下，Mg/Ca摩爾比約為5/1，同時，CCHH微晶中的Mg²⁺濃度保持低于2 atomic % ，由溶液中的無定形碳酸鈣（ACC）的相變。與方解石的相同工藝相比，陽離子配位的差異，阻礙了Mg ²⁺離子進入CCHH（14）。Ca在CCHH中是八倍協調的，而在方解石中是六倍協調的。 研究人員提出，溶液中的Mg²⁺離子抑制ACC的脫水并控制結晶相的水合水平。這種水合結晶碳酸鈣相的發現強調了無定形前體和Mg²⁺在控制碳酸鈣結晶途徑中的重要性。

【圖文導讀】

圖1 CCHH的形態和結構表征

圖2  CCHH在溶液中形成和轉化過程的化學和結構演變

圖3 在各種條件下形成CCHH

圖4 CCHH和MHC晶體結構中層狀基序的比較

文獻鏈接：A hydrated crystalline calcium carbonate phase: Calcium carbonate hemihydrate（Science，2018， DOI: 10.1126/science.aav0210）