Ion association behaviors in the initial stage of calcium carbonate formation: An ab initio study

化学 从头算 结晶学 离子 元动力学 成核 八面体 配体(生物化学) 晶体结构 计算化学 分子动力学 受体 生物化学 有机化学
作者
Yue Li,Jiarui Zhang,Hongbo Zeng,Hao Zhang
出处
期刊:Journal of Chemical Physics [American Institute of Physics]
卷期号:161 (1) 被引量:3
标识
DOI:10.1063/5.0206841
摘要

In this work, we performed static density functional theory calculations and ab initio metadynamics simulations to systematically investigate the association mechanisms and dynamic structures of four kinds of ion pairs that could be formed before the nucleation of CaCO3. For Ca2+-HCO3- and Ca2+-CO32- pairs, the arrangement of ligands around Ca2+ evolves between the six-coordinated octahedral structure and the seven-coordinated pentagonal bipyramidal structure. The formation of ion pairs follows an associative ligand substitution mechanism. Compared with HCO3-, CO32- exhibits a stronger affinity to Ca2+, leading to the formation of a more stable precursor phase in the prenucleation stage, which promotes the subsequent CaCO3 nucleation. In alkaline environments, excessive OH- ions decrease the coordination preference of Ca2+. In this case, the formation of Ca(OH)+-CO32- and Ca(OH)2-CO32- pairs favors the dissociative ligand substitution mechanism. The inhibiting effects of OH- ion on the CaCO3 association can be interpreted from two aspects, i.e., (1) OH- neutralizes positive charges on Ca2+, decreases the electrostatic interactions between Ca2+ and CO32-, and thus hinders the formation of the CaCO3 monomer, and (2) OH- decreases the capacity of Ca2+ for accommodating O, making it easier to separate Ca2+ and CO32- ions. Our findings on the ion association behaviors in the initial stage of CaCO3 formation not only help scientists evaluate the impact of ocean acidification on biomineralization but also provide theoretical support for the discovery and development of more effective approaches to manage undesirable scaling issues.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
喵喵666完成签到,获得积分10
9秒前
yliaoyou完成签到,获得积分10
11秒前
xun完成签到,获得积分20
14秒前
15秒前
土豆酱完成签到 ,获得积分10
19秒前
研友_Y59685完成签到 ,获得积分10
19秒前
橙子发布了新的文献求助30
20秒前
热带蚂蚁完成签到 ,获得积分0
21秒前
30秒前
春宇完成签到 ,获得积分10
30秒前
张wx_100完成签到,获得积分10
32秒前
Meteor636完成签到 ,获得积分10
33秒前
maple完成签到,获得积分10
33秒前
爱是无限大完成签到,获得积分0
34秒前
39秒前
41秒前
zf2023完成签到,获得积分10
46秒前
施忠垒完成签到 ,获得积分10
48秒前
韩.完成签到,获得积分10
50秒前
点点完成签到 ,获得积分10
52秒前
luobote完成签到 ,获得积分10
53秒前
54秒前
ok123完成签到 ,获得积分0
55秒前
jun完成签到,获得积分10
58秒前
橙子发布了新的文献求助30
59秒前
浅陌亦汐完成签到,获得积分10
1分钟前
1分钟前
秋雨梧桐完成签到 ,获得积分10
1分钟前
回首不再是少年完成签到,获得积分0
1分钟前
1分钟前
wugang完成签到 ,获得积分10
1分钟前
超级安阳完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
ChatGPT完成签到,获得积分10
1分钟前
黄梓同完成签到 ,获得积分10
1分钟前
Singularity发布了新的文献求助10
1分钟前
wonwojo完成签到 ,获得积分10
1分钟前
psydaodao发布了新的文献求助30
1分钟前
忧郁如柏完成签到,获得积分10
1分钟前
久晓完成签到 ,获得积分10
1分钟前
高分求助中
Principles of Economics, 11th Edition 10000
University Physics with Modern Physics, 16th edition 10000
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Molecular Mechanisms of Photosynthesis, 4th Edition 1000
Organic Reactions, Volume 116 1000
Current concepts in cutaneous toxicity : proceedings of the Fourth Conference on Cutaneous Toxicity, Washington, D.C., May 9-11, 1979 1000
The recovery-stress questionnaires : user manual 800
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7257680
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 8879580
关于积分的说明 18757429
捐赠科研通 6938038
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3201146
关于科研通互助平台的介绍 2375238
邀请新用户注册赠送积分活动 2176952