Na2CO3/HCO3^-盐溶液在云母薄片内的纤维化与水合作用
软凝聚态物质
2025-12-04 v1
摘要
CO2在水中的水合态与水解态之间的平衡是地质学、海洋学和生物学中诸多过程的核心。虽然碳酸盐体系的化学在浓缩溶液中已广为人知，但像矿物风化和生物矿化等过程常发生在纳米受限空间，碳酸盐化学在此类环境下的研究仍较不足。对于受限系统，纤维化平衡预期会因表面反应性、电场及配置熵的降低而发生偏移。本讨论性论文我们提供了在盐酸钙/碳酸氢钙溶液受限于纳米薄膜与储液体平衡的情况下，负电性硅酸盐（云母）薄片之间相互作用力的测量结果。通过拟合测量数据至考虑边界壁电荷调控的泊松-玻尔兹曼方程，我们讨论了受限条件下碳酸氢根的纤维化特征。我们发现：（i）储液体中碳酸氢根的存在导致在狭缝内的压力高于相同浓度下中性pH盐溶液，因云母表面有效电荷更负；（ii）Na2CO3溶液的静电屏蔽长度低于NaHCO3溶液于相同浓度，源于纤维化平衡随pH偏移且符合德布鲁赫理论；（iii）在2 nm以下观察到水合作用，特征尺寸为0.1 nm和0.3 nm，这种现象在所研究的各种碳酸氢根电解质中均可复现，与中性pH电解质中均匀步进大小的水合作用形成鲜明对比。
引用
@article{arxiv.2512.03904,
title = {Speciation and hydration forces in sodium carbonate/bicarbonate aqueous solutions nanoconfined between mica sheets},
author = {Daria Turculet and Shurui Miao and Kieran Agg and Susan Perkin},
journal= {arXiv preprint arXiv:2512.03904},
year = {2025}
}