El método de composición constante para la cristalización de carbonato de calcio a supersaturación constante

El control exacto de la supersaturación es de gran importancia cuando se estudia la formación de materia cristalina y amorfa. El método de composición constante es adecuado para el estudio de los procesos de cristalización a supersaturación constante mediante la adición controlada de titulantes a un cristalizador para mantener el pH constante. No todos los aspectos necesarios para el funcionamiento exitoso de este método son evidentes en la literatura existente, y el método se utiliza a menudo de forma incorrecta. El objetivo del presente trabajo es poner de manifiesto los escollos asociados al método de composición constante. El método se evalúa y se describe en detalle para mostrar que, aunque el pH de la solución se mantenga constante, la sobresaturación puede cambiar. En primer lugar, se ilustra lo crucial que es utilizar una composición química de las soluciones valorantes que esté de acuerdo con la solución acuosa preparada inicialmente. Se presentan reglas generales para los carbonatos sobre cómo debe calcularse la composición de las soluciones valorantes en función de la alcalinidad total para mantener una sobresaturación constante. Esto, según el conocimiento de los autores, no se había mostrado antes. A continuación, se muestra cómo el intercambio de dióxido de carbono con la atmósfera corrompe la constancia del nivel de sobresaturación durante un experimento. En tercer lugar, se señala que la fuerza iónica debe mantenerse constante a lo largo de los experimentos de cristalización, ya que un cambio en la fuerza iónica altera la actividad de los iones en la solución. Aquí se explica la determinación de la fuerza motriz termodinámica (sobresaturación) a partir de los equilibrios químicos pertinentes, la alcalinidad total y el cálculo de los coeficientes de actividad. Los cálculos se presentan para el polimorfo menos estable del carbonato cálcico, la vaterita, pero pueden extenderse fácilmente a los demás polimorfos y a otros sistemas dependientes del pH, lo que permite realizar estudios de cristalización a niveles de sobresaturación bajos y mantenidos, típicos de los procesos naturales en geología y biomineralización, así como de la formación de escamas minerales en la industria.