Dinámicas de Polarización Eléctrica y Relajación de Iones en Superficies de Calcita Húmeda

Los iones móviles en superficies minerales pueden responder a un campo eléctrico aplicado, adoptando una nueva distribución que representa efectivamente la polarización de la doble capa eléctrica. Cuando se libera el campo, los iones se relajan a su distribución de equilibrio. En ambos casos, la dinámica es característica de la interfaz. Sin embargo, los modelos actuales de fenómenos electrocinéticos no son lo suficientemente robustos como para predecir con precisión la dinámica colectiva de los iones en interfaces minerales-agua que son estructural y químicamente específicas. En este estudio, utilizamos microscopía de fuerza electrostática (EFM) para investigar la dinámica de relajación de iones en superficies de calcita hidratada (104) a humedad relativa (HR) controlada. Se utilizan sondas eléctricamente polarizadas para polarizar las distribuciones de iones de calcio y carbonato que son intrínsecas a esta interfaz en un rango de valores de HR. La cinética de polarización se rastrea monitoreando el gradiente de fuerza entre la punta y la muestra durante la carga, y se utiliza la imagen EFM para caracterizar la dinámica de relajación espacial después de que se libera el campo aplicado. La modelización electrostática por elementos finitos del sistema muestra/sonda en escalas de longitud que van desde nanómetros hasta milímetros reproduce la respuesta de carga exponencial estirada observada. Juntos, estos resultados nos permiten estimar las difusividades iónicas en la interfaz a través de un amplio rango de valores de HR. Estas difusividades aumentan aproximadamente 5 órdenes de magnitud a medida que se incrementa la HR del 5 al 90%, destacando el papel crítico del agua adsorbida para la solvatación iónica en la superficie que permite la movilidad de los iones.