结晶碳酸氢钙的合成

《Journal of the American Chemical Society》：Synthesis of Crystalline Calcium Bicarbonate

碳酸氢钙Ca(HCO3)2的合成与晶体结构研究揭示了金属-碳酸氢根离子配对机制及其稳定性调控原理，发现极化环境通过羟基极化削弱离子配对，导致传统分离方法失败。

　　

碳酸氢盐反应，尤其是涉及钙的反应，在碳循环和生化过程中起着重要作用，构成了地球上最大的碳库。然而，尽管两个多世纪前就已经有人提出这一假设，但无论是自然界还是实验室中，所有试图分离出纯形式的碳酸氢钙（Ca(HCO₃)₂）或其他多价金属的碳酸氢盐的尝试都未能成功，最终总是生成了碳酸盐。在这项研究中，我们通过改变碳酸氢根离子的结合环境来提高其稳定性，并成功合成了Ca(HCO₃)₂晶体，并确定了其晶体结构。含有直接钙-碳酸氢根键的Ca(HCO₃)₂晶体与方解石具有相同的菱形晶体结构。我们进一步发现，在有利于极化的环境中（例如水溶剂化作用），钙-碳酸氢根离子的极化会抑制Ca(HCO₃)₂的分离，因为这种极化作用会使羟基发生极化，从而破坏钙-碳酸氢根离子的对配，而这对Ca(HCO₃)₂的结晶是必需的。这些发现，尤其是首次解析出的Ca(HCO₃)₂晶体结构，为金属-碳酸氢根相互作用及离子化合物的形成提供了基础性的认识，进一步推动了控制涉及二氧化碳的反应的能力。