A novel view on the early stage of crystallization [Elektronische Ressource] / von Denis Gebauer

Denis Gebauer

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• Publié par: universitat_potsdam
• Publié le: 01 janvier 2008
• Nombre de lectures: 12
• Langue: English
• Poids de l'ouvrage: 15 Mo

Extrait

A Novel View on the Early Stage of 
Crystallization 
 
Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades 
„doctor rerum naturalium“ 
(Dr. rer. nat.) 
in der wissenschaftlichen Disziplin Physikalische Chemie 
 
Eingereicht an der  
mathematisch‐naturwissenschaftlichen Fakultät  
der Universität Potsdam,  
angefertigt am  
Max‐Planck‐Institut für Kolloid‐ und Grenzflächenforschung Potsdam 
von Denis Gebauer 
 
Potsdam, 14.04.2008 












































Elektronisch veröffentlicht auf dem
Publikationsserver der Universität Potsdam:
http://opus.kobv.de/ubp/volltexte/2008/1981/
urn:nbn:de:kobv:517-opus-19818
[http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-19818] Selbstständigkeitserklärung 
Ich erkläre, dass ich die vorliegende Arbeit an keiner anderen Hochschule eingereicht sowie 
selbstständig und nur mit den angegebenen Mitteln angefertigt habe. 
 
 
Ort, Datum         Unterschrift des Verfassers  
IV Contents 
Vorwort...................................................................................................................................................I
1 Introduction.......................................................................................................................................1
2 Nucleation TheoryFormelabschnitt 2......................................................................................................7
2.1 Classical Nucleation Theory.....................................................................................................8
2.1.1 Basic Concept.......................................................................................................................8
2.1.2 Equilibrium Cluster Size Distribution............................................................................12
2.2 Non‐Classical Nucleation Theory..........................................................................................13
3 MethodsFormelabschnitt 3.............................................................................................................15
3.1 Analytical Ultracentrifugation................................................................................................15
3.2 Ion Potential Measurement and Titration.............................................................................18
3.2.1 Ion Potential ..............................................................................................18
3.2.2 Titration..............................................................................................................................22
3.3 Light Microscopy......................................................................................................................23
3.4 Scanning Electron Microscopy...............................................................................................24
3.5 Transmission Electron Microscopy........................................................................................24
3.6 Wide Angle X‐Ray Scattering and Electron Diffraction.....................................................25
4 Experimental....................................................................................................................................27
4.1 Preparation of Solutions..........................................................................................................27
4.2 Calcium Measurements and Crystallization at Constant pH‐Values...............................28
4.2.1 Principal Setup28
4.2.2 Calibration of Electrodes..................................................................................................29
4.2.3 Double Diffusion Experiments........................................................................................30
4.2.4 Beaker Experiments31
4.2.5 Yield of Crystals................................................................................................................32
4.3 Crystallization Experiments at Shifting pH‐Values ‐Gasdiffusion Experiments............32
4.4 Synthesis of Peptide Additives...............................................................................................33
4.4.1 Materials.............................................................................................................................33
4.4.2 Synthesis.......34
5 Results and DiscussionFormelabschnitt 5...................................................................................35  
5.1 Calcium Carbonate Precipitation and pH‐Value.................................................................35
5.2 Calcium   in Absence of Additives................................................39
5.2.1 Double Diffusion Experiments........................................................................................39
5.2.2 Beaker Experiments...........................................................................................................47
5.2.3 Comparison of Double Diffusion and Beaker Experiments........................................50
5.2.4 Physicochemical Characterization of the Cluster Equilibrium...................................51
5.2.5 Ion Products.......................................................................................................................61
5.2.6 Cluster Size.........................................................................................................................63
5.2.7 Calcium Carbonate Precipitation at Minimum Cluster Binding Energy...................66
5.3 Calcium Carbonate  in Presence of Additives...............................................73
5.3.1 Polyacrylic Acid as a Model Compound for Scale Inhibition.....................................73
5.3.2 Peptides as Model Compounds for Modifiers...............................................................79
5.4 Inconsistencies with Classical Nucleation Theory...............................................................86
6 Conclusion and Outlook.................................................................................................................89
7 Abstract.............................................................................................................................................93
8 Kurzfassung.....................................................................................................................................96
9 References.........................................................................................................................................99
10 Appendix...............104
10.1 List of Abbreviations............................................................................................................104
 

VI Οιδα ουκ ειδωζ… 
Vorwort 
“Ich weiß, dass ich nichts weiß…!“ Dieses geflügelte Wort aus der Apologie Platons wird als 
verfälschtes Zitat dem Philosophen Sokrates zugeschrieben. Es mag abgegriffen erscheinen 
und doch steht es –wie ich finde‐ in direktem Bezug zur Wissenschaft im Allgemeinen und 
zur Doktorarbeit im Besonderen: Eine solche Arbeit wird eigentlich nie fertig. Man beginnt, 
Neues zu verstehen, das Wissen wächst. Gleichzeitig jedoch wirft man neue Fragen auf, die 
das erlangte Wissen zwar nicht unbedingt in Zweifel stellen aber es in der Quantität zumeist 
übersteigen. Das mag abschreckend klingen, für mich aber liegt genau in dieser Eigenschaft 
der Wissenschaf