В Арктике найден минерал-трансформер
29 августа 2025 г.
Сотрудники лаборатории природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики Кольского научного центра РАН при участии коллег из Московского государственного университета, Санкт-Петербургского государственного университета и Музейно-выставочного центра «Апатит» провели исследования механизма превращения паракелдышита в келдышит.
Келдышит впервые найден в Ловозерском массиве Кольского полуострова в 1962 году. Он был вновь исследован с применением современных методов рентгеноструктурного анализа, сканирующей электронной микроскопии и химического микроанализа. Полученные данные показали, что практически все образцы, считавшиеся ранее келдышитом являются частично протонированным и обеднённым натрием паракелдышитом. Механизм трансформации и перехода из паракелдышита в келдышит был исследован с помощью лабораторных экспериментов по гидролизу паракелдышита в растворах соляной кислоты разной концентрации и при различных температурах.
Эксперименты показали, что уже в мягких условиях минерал теряет значительную часть натрия, а при увеличении концентрации кислоты и времени реакции в структуре начинает формироваться келдышит. Ключевым звеном механизма трансформации является образование прочной водородной связи в келдышите, которая отсутствует в изначальном паракелдышите. Эта связь запускает цепочку шарнирных деформаций в цирконий-кремний-кислородном каркасе, изменяя геометрию кристаллических каналов, по которым перемещаются ионы натрия. В результате часть натриевых позиций освобождается, а в структуре появляются вакансии, что радикально меняет её физико-химические свойства.
Уточненная по результатам исследований формула келдышита – Na□ZrSi₂O₆(OH), где □ обозначает вакансии, подтверждает его статус как самостоятельного минерального вида. Недавно международной комиссией по новым минералам и номенклатуре для обоих минералов была предложена одна формула Na₂ZrSi₂O₇, что было опровергнуто результатами исследований. Как показала работа ученых, глубокий пересмотр старых данных с использованием современного новейшего оборудования может не только уточнить фундаментальные представления о составе и структуре минералов, но и дать импульс к разработке новых функциональных материалов.
Проведенное исследование стало весомым вкладом в развитие российской минералогической науки и материаловедения. Была уточнена кристаллическая структура минералов группы келдышита, что имеет значение для международной базы данных IMA, важно для фундаментальной минералогии. Выявлен механизм трансформации, позволяющий прогнозировать посткристаллизационные изменения и поведение минералов в природных условиях – это открывает возможность реконструкции геохимической истории формирования пород Ловозерского массива.
Также ученые выявили, что минералы этой группы обладают перспективными свойствами для применения в качестве ионных проводников, молекулярных сит и сорбентов тяжелых металлов. Контроль над структурой ионных каналов, а также знание влияния протонирования на их геометрию, открывает путь к целенаправленному синтезу материалов с заданными характеристиками.
Источник: РАН / пресс-служба Минобрнауки России / КНЦ РАН.
Читайте также: