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基于二氧化硅的 ， 矿物自组织碳酸钙 ， 无论是方解石还是文石 ， 在实验室或自然界中 ， 从无机溶液中结晶为单晶或双晶 ， 具有平坦的表面和完美的解理 。 这些碳酸钙晶体很脆 ， 它们的断裂前以固定角度抑制光滑表面 ， 反映其晶体结构的点对称性 。 这些晶体的表面通过经典的步进运动机制生长 ， 这是由螺旋位错和二维成核产生的 。 然而 ， 当方解石或文石晶体在生物体中生长时 。 一个称为生物矿化的过程 ， 它们以非常不同的方式生长 。 例如 ， 海洋外骨骼 ， 如蛤蜊或软体动物的壳 ， 显示出复杂的形态 ， 这些形态由连续曲率的表面 ， 而不是平面形成 。 当这些生物矿物结构被破坏时 ， 它们会显示出玻璃状的裂缝 ， 这种裂缝不是平坦的而是弯曲的表面 。
这些壳由数以百万计的纳米晶体组成 ， 这些纳米晶体具有出色的共取向性 ， 形成了一种中晶结构 ， 有时甚至保留了方解石 ， 或文石结构的点对称性 。 生物矿物原位生长的视觉记录表明 ， 晶体不像非生物方解石 ， 和文石那样通过经典的生长机制生长 ， 而是通过无定形前体 ， 或高密度富阳离子溶液的无序纳米点的积累 ， 然后再结晶成一种 ， 稳定的晶体多晶型物 。 众所周知 ， 氨基酸、多肽、蛋白质和其他生物分子 ， 能够明显改变碳酸钙 ， 和其他生物矿物的沉淀和性质。 这种效应被认为是如此明显 ， 以至于它甚至被提议 ， 作为一种检测其他地方生命的方法 。 所有这些研究都在加强 ， 学家们对生物矿物结构形成方式的理解 ， 以及如何将这些知识用于先进纳米材料的设计和制造 。
更有兴趣的是 ， 这种生化化合物诱导矿物组织的能力 ， 与二氧化硅SiO2相匹配 ， 二氧化硅 SiO2是地球历史上地壳中 ， 普遍存在的化合物 ， 包括地球没有生命的时期 。 与生物分子一样 ， 二氧化硅在许多层面上 ， 都会显着影响碳酸盐的沉淀 ， 包括形态、质地、断裂 ， 甚至碳酸盐晶体形成的生长机制 。 在过去 30 年中 ， 越来越多的证据表明 ， 碱性水环境中的二氧化硅能够与金属发生化学相互作用 ， 形成迷人的自组装矿物结构 ， 这种结构具有控制矿物形状 ， 和质地的能力 ， 类似于有机物和生命 。
这些自组织结构的形成远非平衡 ， 根据矿物成分和功能 ， 它们可分为两大类 ， 即二氧化硅生物形态 ， 和二氧化硅花园 。 它们都出现在具有高 pH 值的水溶液中 ， 其中固态无定形二氧化硅的溶解度急剧增加 ， 从酸性和中性 pH 值下的 180-200 ppm 到 pH 值高于 10 时每升几克的值 。 由于硅酸的第一次去质子化 ， 二氧化硅的 pH 值增加到 8.3 以上 ， 然后在第二次去质子化事件开始时增加更多 。 二氧化硅 ， 碳酸盐生物形态 ， 或二氧化硅园的形成取决于 pH 值和 CO2 浓度 ， 并由 H3SiO4 - 或 H2SiO4 2- 物种的优势决定 。 考虑到两个平衡点 H4SiO4 H3SiO4 - 和 H3SiO4 - H2SiO4 2- 的 pK 值 ， 可以估计这两种类型的 MSIOS 之间的边界在大约 11.3 的 pH 值处 。
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【基于二氧化硅的，矿物自组织】
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