Ученые впервые точно описали структуру редкого минерала гидрокалюмита
Исследователи из Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН вместе с коллегами изучили образец гидрокалюмита, хранящийся в Национальном музее естественной истории в Париже. С помощью нескольких аналитических методов ученые определили точный химический состав минерала и выяснили, как именно в нем расположены атомы.
Источник: Источник: Елена Житова / Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН. Руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Елена Житова.
МОСКВА, 18 марта. /Новости науки/. Ученые впервые определили точную структуру и химическую формулу минерала гидрокалюмита, который используется в составе цементных материалов и может применяться как сорбент для удаления тяжелых металлов и других загрязнителей из воды. Исследование показало, что в одном и том же слое этого минерала необычным образом сочетаются сразу два разных отрицательно заряженных иона — хлор и карбонат, сообщает пресс-служба РНФ.
«Понимая, как “упакованы” разные ионы в одном минерале, мы сможем синтезировать материалы с заданными свойствами — например, разработать поглотитель, который будет максимально эффективно удалять из воды сразу несколько загрязнителей. Кроме того, знание структуры гидрокалюмита позволит создавать на его основе строительные смеси повышенной прочности. В дальнейшем мы планируем исследовать другие природные фазы минералов этого семейства, и не исключено, что они окажутся новыми минеральными видами», - приводятся в сообщении слова руководителя проекта, поддержанного грантом РНФ, кандидата геолого-минералогических наук, заведующей лабораторией минералогии, ведущего научного сотрудника Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН Елены Житовой.
Как отмечают авторы, гидрокалюмит имеет слоистую структуру, напоминающую сэндвич. В нем положительно заряженные слои, содержащие кальций и алюминий, чередуются с отрицательно заряженными слоями. Благодаря такому строению соединения этого типа можно использовать как своеобразные молекулярные конструкторы, способные поглощать нежелательные анионы и тяжелые металлы из водных растворов.
Синтетические аналоги гидрокалюмита также применяют в строительных цементных смесях, поскольку они помогают лучше связывать компоненты и повышать прочность конечного материала. Однако до сих пор точная формула и структура природного гидрокалюмита оставались неизвестными, так как образцы из разных регионов заметно различались по составу, а их систематическое исследование не проводилось.
Исследователи из Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН вместе с коллегами изучили образец гидрокалюмита, хранящийся в Национальном музее естественной истории в Париже. С помощью нескольких аналитических методов ученые определили точный химический состав минерала и выяснили, как именно в нем расположены атомы.
Оказалось, что в отрицательно заряженных слоях кристалла ионы хлора и карбонатные группы располагаются строго упорядоченно. Они чередуются между собой, а вокруг них выстраиваются молекулы воды, формирующие прочные водородные связи.
По словам авторов, такая организация двух разных отрицательно заряженных ионов в одном минерале встречается крайне редко. Именно она, вероятно, и определяет необычные свойства гидрокалюмита, связанные с его способностью поглощать различные примеси.
Кроме того, исследователи сопоставили новые данные с более ранними описаниями гидрокалюмита из разных месторождений. Это сравнение показало, что под одним названием на самом деле объединяют как минимум шесть разных минеральных фаз этого вещества.Эти варианты различаются соотношением ионов хлора и карбоната, а также количеством молекул воды в отрицательно заряженных слоях. Иными словами, в природе существует не один гидрокалюмит, а целый ряд очень близких минералов, свойства которых могут заметно отличаться в зависимости от состава.
По мнению авторов, такие данные будут полезны для создания новых материалов на основе гидрокалюмита и для улучшения составов промышленных цементов. Кроме того, работа открывает возможности для целенаправленного синтеза сорбентов, рассчитанных на удаление сразу нескольких типов загрязняющих веществ.
В исследовании участвовали сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета, Национального музея естественной истории Франции, Кольского научного центра РАН и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Mineralogical Magazine.
«Понимая, как “упакованы” разные ионы в одном минерале, мы сможем синтезировать материалы с заданными свойствами — например, разработать поглотитель, который будет максимально эффективно удалять из воды сразу несколько загрязнителей. Кроме того, знание структуры гидрокалюмита позволит создавать на его основе строительные смеси повышенной прочности. В дальнейшем мы планируем исследовать другие природные фазы минералов этого семейства, и не исключено, что они окажутся новыми минеральными видами», - приводятся в сообщении слова руководителя проекта, поддержанного грантом РНФ, кандидата геолого-минералогических наук, заведующей лабораторией минералогии, ведущего научного сотрудника Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН Елены Житовой.
Как отмечают авторы, гидрокалюмит имеет слоистую структуру, напоминающую сэндвич. В нем положительно заряженные слои, содержащие кальций и алюминий, чередуются с отрицательно заряженными слоями. Благодаря такому строению соединения этого типа можно использовать как своеобразные молекулярные конструкторы, способные поглощать нежелательные анионы и тяжелые металлы из водных растворов.
Синтетические аналоги гидрокалюмита также применяют в строительных цементных смесях, поскольку они помогают лучше связывать компоненты и повышать прочность конечного материала. Однако до сих пор точная формула и структура природного гидрокалюмита оставались неизвестными, так как образцы из разных регионов заметно различались по составу, а их систематическое исследование не проводилось.
Исследователи из Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН вместе с коллегами изучили образец гидрокалюмита, хранящийся в Национальном музее естественной истории в Париже. С помощью нескольких аналитических методов ученые определили точный химический состав минерала и выяснили, как именно в нем расположены атомы.
Оказалось, что в отрицательно заряженных слоях кристалла ионы хлора и карбонатные группы располагаются строго упорядоченно. Они чередуются между собой, а вокруг них выстраиваются молекулы воды, формирующие прочные водородные связи.
По словам авторов, такая организация двух разных отрицательно заряженных ионов в одном минерале встречается крайне редко. Именно она, вероятно, и определяет необычные свойства гидрокалюмита, связанные с его способностью поглощать различные примеси.
Кроме того, исследователи сопоставили новые данные с более ранними описаниями гидрокалюмита из разных месторождений. Это сравнение показало, что под одним названием на самом деле объединяют как минимум шесть разных минеральных фаз этого вещества.Эти варианты различаются соотношением ионов хлора и карбоната, а также количеством молекул воды в отрицательно заряженных слоях. Иными словами, в природе существует не один гидрокалюмит, а целый ряд очень близких минералов, свойства которых могут заметно отличаться в зависимости от состава.
По мнению авторов, такие данные будут полезны для создания новых материалов на основе гидрокалюмита и для улучшения составов промышленных цементов. Кроме того, работа открывает возможности для целенаправленного синтеза сорбентов, рассчитанных на удаление сразу нескольких типов загрязняющих веществ.
В исследовании участвовали сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета, Национального музея естественной истории Франции, Кольского научного центра РАН и Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Mineralogical Magazine.
