Кристаллическую структуру и химическую формулу важного минерала–сорбента установили ученые на Камчатке
Специалисты Института вулканологии и сейсмологии ДВО РАН совместно с российскими коллегами впервые точно установили кристаллическую структуру и химическую формулу гидрокалюмита — минерала, который широко применяется в цементной промышленности и в качестве сорбента для очистки воды от загрязнителей.
Полученные данные лягут в основу разработки новых материалов на основе этого соединения и помогут улучшить составы промышленных цементов. Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда.
Гидрокалюмит относится к слоистым минералам: положительно заряженные слои, образованные кальцием и алюминием, чередуются в нём с отрицательно заряженными слоями, содержащими анионы. Благодаря такому строению материал способен эффективно связывать ионы тяжёлых металлов и другие загрязняющие вещества, а также выступать в роли упрочняющей добавки к цементу.
Однако до сих пор точная атомная структура минерала оставалась неизвестной — образцы из разных месторождений различались по составу, а систематического изучения не проводилось.
Учёные исследовали образцы гидрокалюмита из коллекции Национального музея естественной истории в Париже с помощью комплекса современных методов и выяснили, как именно организованы его кристаллические слои.
Оказалось, что в отрицательно заряженных межслоевых промежутках ионы хлора и карбонатные группы расположены строго упорядоченно, чередуясь друг с другом; вокруг них выстраиваются молекулы воды, образуя прочные водородные связи.
Такое упорядоченное сочетание двух различных типов анионов в одном минерале и объясняет его уникальную способность поглощать разнообразные примеси.
Кроме того, анализ ранее опубликованных работ показал, что под названием «гидрокалюмит» объединяется не одно вещество, а по меньшей мере шесть различных минеральных фаз, каждая из которых имеет собственный состав и свойства.
Как пояснила руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, кандидат геолого-минералогических наук, заведующая лабораторией минералогии, ведущий научный сотрудник ИВиС ДВО РАН Елена Житова, понимание того, как упакованы разные ионы в структуре гидрокалюмита, позволит в будущем синтезировать материалы с заданными характеристиками — например, создать сорбент, одновременно удаляющий из воды несколько типов загрязнителей.
Знание точной структуры также даст возможность разрабатывать строительные смеси повышенной прочности на его основе.
В дальнейшем коллектив планирует изучить другие природные фазы этого семейства минералов; не исключено, что некоторые из них окажутся новыми минеральными видами.
Фото: freepik
