Transformación y energéticas de cristalización del carbonato de calcio amorfo sintético y biogénico

El carbonato de calcio amorfo (ACC) es una fase metastable que a menudo se observa durante la síntesis inorgánica a baja temperatura y la biomineralización. El ACC se transforma con el envejecimiento o el calentamiento en una forma menos hidratada, y con el tiempo cristaliza en calcita o aragonita. Se estudiaron las energéticas de transformación y cristalización del ACC sintético y biogénico (extraído de espículas larvarias del erizo de mar púrpura de California, Strongylocentrotus purpuratus) utilizando calorimetría de solución ácida isotérmica y calorimetría diferencial de barrido. La transformación y cristalización del ACC pueden seguir una secuencia energéticamente descendente: ACC hidratado más metastable → ACC hidratado menos metastable ⇒ ACC anhidro ∼ ACC anhidro biogénico ⇒ vaterita → aragonita → calcita. En una secuencia de reacción dada, no todas estas fases necesitan ocurrir. Las transformaciones implican una serie de procesos de ordenamiento, deshidratación y cristalización, cada uno de los cuales reduce la entalpía (y la energía libre) del sistema, siendo la cristalización del material amorfo deshidratado la que más reduce la entalpía. El ACC es mucho más metastable con respecto a la calcita que los polimorfos cristalinos vaterita o aragonita. El ACC anhidro es menos metastable que el hidratado, lo que implica que la reorganización estructural durante la deshidratación es exotérmica e irreversible. El ACC sintético deshidratado y el ACC biogénico anhidro son similares en entalpía. La secuencia de transformación observada en la biomineralización podría estar principalmente impulsada energéticamente; la primera fase depositada es ACC hidratado, que luego se convierte en ACC anhidro y finalmente cristaliza en calcita. La formación inicial de ACC puede ser un primer paso en la precipitación de calcita bajo una amplia variedad de condiciones, incluida la captura de CO2 geológico.