O carbonato de cálcio é encontrado em quase todos os lugares, no cimento da calçada, tinta de parede, comprimidos antiácido e no subsolo. Engenheiros da Universidade de Washington em St. Louis usaram um conjunto único de técnicas de imagem de última geração para descobrir como as nanopartículas de carbonato de cálcio se nucleadas, o que é importante para aqueles que fabricam os nanomateriais carbonáticos e controlam a carbonatação do metal durante o sequestro de CO2.

Young-Shin Jun, professor de energia, engenharia ambiental e química na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas, e Quingun Li, um ex-aluno de doutorado em seu laboratório, são os primeiros a medir a energia de ativação e os fatores cinéticos da nucleação do carbonato de cálcio, ambos são essenciais para prever e controlar o processo. A nucleação é a etapa inicial na formação de uma fase sólida em um sistema de fluido, como cristais de açúcar se formando em cordas para fazer bala. Os resultados da pesquisa são publicados em Química da Comunicação 19 de setembro.

Junho, um especialista na nucleação de sólidos, e sua equipe explorou maneiras de controlar a velocidade e a localização da nucleação, bem como a forma dos sólidos emergentes.

"Nosso teste de sensibilidade mostra quais condições de síntese aceleram a nucleação de forma mais eficaz, "disse ela." Devemos mudar a força motriz, aumentando a concentração de certos íons, ou devemos mudar as propriedades da superfície do material ou a temperatura do sistema? Agora podemos prever esse resultado. "

Anteriormente, quando os cientistas descreveram a nucleação, eles descreveram o número de eventos que ocorrem em um metro cúbico ou quadrado a cada minuto ou a cada hora, mas isso não dá uma imagem completa da química, Jun explicou. Com as novas informações, Jun e sua equipe podem dizer definitivamente o quão concentradas as nanopartículas de carbonato de cálcio estão em um determinado espaço ao longo de um determinado período de tempo, o que lhes permite controlar a nucleação. Até agora, esses fatores termodinâmicos e cinéticos permaneceram desconhecidos porque as observações em tempo real são difíceis de realizar em partículas tão pequenas:o primeiro tamanho das partículas de carbonato de cálcio que se formam no quartzo são cerca de 8 nanômetros, ou 8 bilionésimos de um metro, em diâmetro. Pesquisas anteriores nesta área foram realizadas principalmente com modelagem molecular, que tem sido inadequada para revelar os fatores cinéticos de nucleação.

Em experimentos no Laboratório Nacional de Argonne, O grupo de Jun usou espalhamento de raios-X de pequeno ângulo para sondagem in situ das nanopartículas. Em seu laboratório na Washington University, eles usaram microscopia de força atômica para imagens ex situ da nucleação de carbonato de cálcio em quartzo.

"Saber sobre nucleação nos capacita a criar nanomateriais e nos permite controlar as propriedades das nanopartículas e a funcionalização da superfície dos materiais, ajudando a nanofabricação sustentável, "Disse Jun." Decifrar a nucleação também ajuda a projetar processos de engenharia em larga escala, onde a nucleação altera as propriedades macroscópicas dos materiais. Cada material começa com nucleação, portanto, esse processo pode ser aplicável a qualquer coisa. Agora entendemos melhor o 'começo'. "