Il metodo a composizione costante per la cristallizzazione del carbonato di calcio a supersaturazione costante

Il controllo esatto della supersaturazione è di grande importanza quando si studia la formazione di materia cristallina e amorfa. Il metodo a composizione costante è adatto allo studio dei processi di cristallizzazione a supersaturazione costante mediante l’aggiunta controllata di titolanti a un cristallizzatore per mantenere il pH costante. Non tutti gli aspetti necessari per il buon funzionamento di questo metodo sono evidenti dalla letteratura esistente, e il metodo è spesso usato in modo errato. L’obiettivo del presente lavoro è quello di evidenziare le insidie associate al metodo a composizione costante. Il metodo viene valutato e descritto in dettaglio per mostrare che anche se il pH della soluzione viene mantenuto costante, la sovrasaturazione può cambiare. Innanzitutto, viene illustrato quanto sia cruciale utilizzare una composizione chimica delle soluzioni titolanti che sia in accordo con la soluzione acquosa inizialmente preparata. Vengono presentate delle regole generali per i carbonati su come la composizione delle soluzioni titolate dovrebbe essere calcolata in base all’alcalinità totale per mantenere costante la sovrasaturazione. Questo – per quanto ne sanno gli autori – non è stato mostrato prima. Poi, viene mostrato come lo scambio di anidride carbonica con l’atmosfera corrompe la costanza del livello di supersaturazione durante un esperimento. In terzo luogo, si sottolinea che la forza ionica dovrebbe essere mantenuta costante durante gli esperimenti di cristallizzazione, poiché un cambiamento nella forza ionica altera l’attività degli ioni in soluzione. Qui, la determinazione della forza motrice termodinamica (sovrasaturazione) è spiegata sulla base degli equilibri chimici rilevanti, dell’alcalinità totale e del calcolo dei coefficienti di attività. I calcoli sono presentati per il polimorfo meno stabile del carbonato di calcio, la vaterite, ma possono essere facilmente estesi agli altri polimorfi e ad altri sistemi dipendenti dal pH, consentendo studi di cristallizzazione a livelli di sovrasaturazione bassi e mantenuti, tipici dei processi naturali in geologia e biomineralizzazione, nonché della formazione di scaglie minerali nell’industria.