Sektion Kristallographie
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Prozesse an Kristalloberflächen

Kieselsäuren auf Kalzit

Der Effekt von Kieselsäuren (KS) auf das Calcitwachstum repräsentiert ein Modellsystem für die Effekte von partiell polymerisierten Additiven auf das Kristallwachstum. Bei alkalischen pH Werten koexistieren polymerisierte Kieselsäuren mit monomeren und oligomeren Formen. Mit dem Rasterkraftmikroskop kann man erkennen, daß die großen polymeren KS das zwei-dimensionale Wachstum beschleunigen, während die Monomeren und Oligomeren KS einen bimodalen Beschleuniger/Inhibitor Effekt auf die Stufenverschiebungsgeschwindigkeiten aufweisen. . Diese Bimodalität kann als Resultat der Anhaftung von Monomeren und Oligomeren an die Stufen interpretiert werden, die eine Modifikation der Stufenkinetik verursachen. Die Form der Wachstumsinseln (Hillocks) verändert sich mit zunehmendem KS Gehalt hin zu einer Ellipsenform.

step velocity

Abb. 1: Calcit Stufenverschiebungsgescheindigkeiten vs. Si Konzentration für unterschiedliche Übersättigungen. Gezeigt sind die Werte für die die obtuse, d.h. Stumpfwinkeligen Stufen.

growth

Abb. 2: Das Schema zeigt die Form der Hillocks bei einer Übersättigung von βcalcite = 10 and einer Kieselsäurenkonzentration von Sitot = 5.7 ppm. Die einzelnen Hillocks sind eingerahmt durch eine Raute. Diese Raute ist ein Maßstab für die Wachstumsgeschwindigkeiten, wobei der schwarze Punkt den Ursprung bezeichnet. Zum Vergleich der Wachstumsgeschwindigkeiten wurden noch das Referenzsystem (Sitot = 0 ppm) und ein höher konzentriertes System (Sitot = 23.2 ppm) eingezeichnet.

Die Ergebnisse der Experimente zeigen, daß ein bimodaler Effekt auf das Kristallwachstum nicht ausschließlich von organischen Liganden (z.B. Proteinen), sondern auch von inorganischen Molekülen erzeugt werden kann.

Letztlich ist es noch interessant anzumerken, daß Kieselsäuren bei einigen Organismen zum Aufbau ihrers Skeletts verwendet werden. Daher sind die Kieselsäuren nicht nur als das Additive für das Wachstum des biologisch wichtigen Calcit nützlich, sondern selbst auch noch in Form von festem Siliziumdioxid als eigenständies Biomineral vorhanden.

Publikation

Pina, C.M., Merkel, C., Jordan, G.: On the Bimodal Effects of Silicic Acids on Calcite Growth. Crystal Growth & Design (2009) Vol. 9, pp. 4084-90, DOI:10.1021/cg900333z