Softness of hydrated salt crystals under deliquescence

无水的 硫酸钠 相对湿度 化学 盐(化学) 无机化学 水合物 化学工程 矿物学 材料科学 有机化学 热力学 物理 工程类
作者
Rozeline Wijnhorst,Menno Demmenie,Etienne Jambon-Puillet,Freek Ariese,Daniel Bonn,Noushine Shahidzadeh
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:14 (1) 被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41467-023-36834-0
摘要

Abstract Deliquescence is a first-order phase transition, happening when a salt absorbs water vapor. This has a major impact on the stability of crystalline powders that are important for example in pharmacology, food science and for our environment and climate. Here we show that during deliquescence, the abundant salt sodium sulfate decahydrate, mirabilite (Na 2 SO 4 ·10H 2 O), behaves differently than anhydrous salts. Using various microscopy techniques combined with Raman spectroscopy, we show that mirabilite crystals not only lose their facets but also become soft and deformable. As a result, microcrystals of mirabilite simultaneously behave crystalline-like in the core bulk and liquid-like at the surface. Defects at the surface can heal at a speed much faster than the deliquescence rate by the mechanism of visco-capillary flow over the surface. While magnesium sulfate hexahydrate (MgSO 4 ⋅6H 2 O) behaves similarly during deliquescence, a soft and deformable state is completely absent for the anhydrous salts sodium chloride (NaCl) and sodium sulfate thenardite (Na 2 SO 4 ). The results highlight the effect of crystalline water, and its mobility in the crystalline structure on the observed softness during deliquescence. Controlled hydrated salts have potential applications such as thermal energy storage, where the key parameter is relative humidity rather than temperature.

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