El carbonato de calcio (CaCO3), también conocido coloquialmente como cal o tiza, es un mineral que ya ha sido analizado a fondo por los químicos y del cual se conocen cinco estructuras cristalinas diferentes. Ahora investigadores del Instituto Max Planck de Coloides e Interfases en Potsdam se han encontrado con otra estructura de carbonato de calcio en experimentos de laboratorio.
El carbonato de calcio se encuentra en muchas rocas y montañas como en la piedra caliza, tiza o mármol. Es un componente esencial de los materiales de construcción como el cemento y el yeso, pero también es una molestia habitual en la vida diaria, cuando forma depósitos en máquinas de café, teteras o regaderas. Pero el carbonato de calcio también se encuentra en los seres vivos, por ejemplo, en las conchas de los mejillones, ciertas algas y en los esqueletos de los erizos de mar.
Peter Fratzl del Instituto Max Planck de Coloides e Interfases junto con sus colegas del Instituto de Ciencia Weizmann en Israel, estudiaron esqueletos de erizos de mar para comprender el cómo estos animales forman las complejas conchas cristalinas para sus cuerpos blandos. Se sabía que el carbonato de calcio está inicialmente presente en forma amorfa, es decir, desordenada y solo más tarde adquiere la estructura regular de la calcita. Los investigadores querían descubrir cómo se lleva a cabo la transición en detalle en experimentos de laboratorio en los que variaban factores como la temperatura o el nivel de humedad.
Fue Zhaoyong Zou, entonces estudiante de doctorado en el grupo de trabajo con sede en Potsdam y ahora profesor en China, quien hizo un sorprendente descubrimiento en este contexto un día: bajo ciertas condiciones, se formó algo que no se parecía a la calcita. “Primero pensamos que era el resultado de la contaminación”, recuerda Peter Fratzl, Director del Instituto Max Planck de Coloides e Interfases. Sin embargo, experimentos adicionales repetidos en las mismas condiciones siempre produjeron los mismos resultados. Al quedar descartada la contaminación, los investigadores dieron por hecho que habían descubierto una nueva fase de carbonato de calcio.
“Determinar su estructura precisa no fue nada fácil”, admite Fratzl. Por un lado, los intentos de producir cristales suficientemente grandes de la sustancia para el análisis de difracción de rayos X estándar utilizado para determinar las estructuras químicas no tuvieron éxito, y para otra, la sustancia demostró ser demasiado inestable para otros procesos. Los investigadores finalmente lograron determinar la estructura de la fase desconocida de carbonato de calcio de manera inequívoca con la asistencia de numerosos socios en Alemania y en el extranjero, incluidos científicos de otros tres institutos Max Planck y expertos en cristalografía del Technion (Instituto de Tecnología de Israel) en Haifa. y la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz, utilizando diversas tecnologías.
Estos mostraron que, como es el caso con otras dos fases de carbonato de calcio, la sustancia es una red cristalina que también incluye moléculas de agua además de calcio y iones de carbonato en una proporción de 0.5 moléculas de agua por unidad de carbonato de calcio. La sustancia es, por lo tanto, llamada hemihidrato de carbonato de calcio, o CCHH, como dicen los investigadores, para simplificar.
En su euforia inicial, los científicos propusieron un nombre para el nuevo material: Golmita, en honor del distrito de Golm en Potsdam, donde se encuentra el Instituto Max Planck. “Sin embargo”, dice Fratzl, “descubrimos que los nombres triviales de este tipo solo pueden asignarse si se demuestra que una sustancia existe en la naturaleza”.
De hecho, desde su descubrimiento, los investigadores de biomateriales se han estado preguntando si la nueva fase de carbonato de calcio podría existir en la naturaleza. Si bien los experimentos mostraron que, en condiciones de humedad, el CCHH contiene más moléculas de agua y, eventualmente cambie a una fase diferente, también hubo ciertas condiciones de laboratorio en las que la sustancia se mantuvo estable durante varios meses. Según Fratzl, bien podría ser el caso de que CCHH desempeñe un papel como etapa provisional en los procesos de biomineralización, por ejemplo, en la transición de carbonato de calcio amorfo a calcita.
Analizar estos procesos con más detalle es, por lo tanto, uno de los objetivos de los científicos. Los hallazgos relevantes también podrían ser potencialmente útiles en procesos técnicos en los que el carbonato de calcio desempeña un papel, como el procesamiento de materiales de construcción que contienen cemento. Por el momento, sin embargo, eso es mera especulación. Ahora, las entradas relevantes en libros educativos y enciclopedias deben aumentarse para incluir otra forma cristalina de carbonato de calcio..
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