O método de composição constante para cristalização do carbonato de cálcio em supersaturação constante

O controlo exacto da supersaturação é de grande importância ao estudar a formação de matéria cristalina e amorfa. O método de composição constante é adequado para o estudo de processos de cristalização em supersaturação constante através da adição controlada de titrantes a um cristalizador para manter um pH constante. Nem todos os aspectos necessários para o bom funcionamento deste método são óbvios da literatura existente, e o método é frequentemente utilizado de forma incorrecta. O foco do presente trabalho é destacar as armadilhas associadas ao método de composição constante. O método é avaliado e descrito em pormenor para mostrar que mesmo que o pH da solução seja mantido constante, a supersaturação pode mudar. Antes de mais, é ilustrado como é crucial utilizar uma composição química das soluções tituladas que esteja de acordo com a solução aquosa inicialmente preparada. São apresentadas regras gerais para os carbonatos quanto à forma como a composição das soluções tituladas deve ser calculada com base na alcalinidade total, a fim de manter constante a supersaturação. Isto – tanto quanto é do conhecimento dos autores – não foi demonstrado antes. Depois, é mostrado como a troca de dióxido de carbono com a atmosfera corrompe a constância do nível de supersaturação durante uma experiência. Em terceiro lugar, salienta-se que a força iónica deve ser mantida constante durante as experiências de cristalização, uma vez que uma mudança na força iónica altera a actividade dos iões em solução. Aqui, a determinação da força motriz termodinâmica (supersaturação) é explicada com base nos equilíbrios químicos relevantes, alcalinidade total e cálculo dos coeficientes de actividade. Os cálculos são apresentados para os polimorfos menos estáveis do carbonato de cálcio, a vaterite, mas podem facilmente ser alargados aos outros polimorfos e outros sistemas dependentes do pH, permitindo estudos de cristalização a níveis baixos e mantidos de supersaturação típicos dos processos naturais em geologia e biomineralização, bem como a formação de escalas minerais na indústria.