МОСКВА, 18 марта. /ТАСС/. Ученые впервые определили точную структуру и химическую формулу гидрокалюмита — минерала, который используют в составе цементных материалов и в качестве сорбента тяжелых металлов и различных отрицательно заряженных частиц. Исследование показало, что в одних и тех же слоях его структуры содержатся сразу два разных отрицательно заряженных иона — хлор и карбонат, а под названием «гидрокалюмит» объединяются как минимум шесть химически разных соединений, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда (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, Елены Житовой, кандидата геолого-минералогических наук, заведующей лабораторией минералогии, ведущего научного сотрудника Института вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения РАН.
Гидрокалюмит представляет собой минерал со слоистой структурой. В нем положительно заряженные слои, содержащие кальций и алюминий, чередуются с отрицательно заряженными слоями. Благодаря такому строению соединения этого типа могут поглощать нежелательные анионы и тяжелые металлы из водных растворов. Синтетический аналог гидрокалюмита также добавляют в строительные цементные смеси, поскольку он помогает лучше связывать компоненты и повышает прочность материала.
Как отмечают авторы исследования, до сих пор точная химическая формула и структура гидрокалюмита оставались неизвестными. Это было связано с тем, что образцы минерала, собранные в разных частях мира, отличались по составу, а их систематического изучения ранее не проводилось.
Суть исследования.
Структуру гидрокалюмита исследовали ученые Института вулканологии и сейсмологии Дальневосточного отделения РАН вместе с коллегами. Они изучили образец минерала, хранящийся в Национальном музее естественной истории в Париже. С помощью нескольких методов исследователи определили точный химический состав вещества и установили, как атомы расположены друг относительно друга.
Выяснилось, что в отрицательно заряженных слоях кристалла ионы хлора и карбонатные группы расположены строго упорядоченно и чередуются между собой. Вокруг них выстраиваются молекулы воды, образующие прочные водородные связи. Такая укладка двух разных отрицательно заряженных ионов в одном минерале, подчеркивают авторы, является большой редкостью и именно она обеспечивает уникальную способность гидрокалюмита поглощать различные примеси.
Сравнение новых данных с более ранними описаниями гидрокалюмита из разных месторождений показало, что под этим названием фактически объединяют как минимум шесть разных минеральных фаз. Они отличаются количеством ионов хлора, карбоната и молекул воды в отрицательно заряженных слоях. По оценке исследователей, это указывает на существование в природе целого ряда очень близких минералов, свойства которых могут различаться в зависимости от химического состава.
Полученные данные, как ожидается, будут полезны для разработки новых материалов на основе гидрокалюмита, а также для совершенствования составов промышленных цементов.
Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Mineralogical Magazine. В исследовании также участвовали сотрудники Санкт-Петербургского государственного университета, Национального музея естественной истории, Кольского научного центра РАН и Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.
