Новый материал поможет понять процессы образования минералов
6 июня 2025 г.
Ученые синтезировали новое соединение с двумя полиморфными модификациями. Утверждается, что исследование вносит вклад в понимание процессов образования природных минералов со сходной структурой. Результаты опубликованы в Inorganic Chemistry Communications.
Геологи Санкт‑Петербургского университета совместно с коллегами из Института химии силикатов РАН синтезировали новое соединение K₂Na₈Ca(SO₄)₆ и обнаружили у него две полиморфные модификации, одинаковые по составу, но отличающиеся по кристаллической структуре.
«Его кристаллическую структуру можно описать либо как плотную упаковку катионов, либо как каркас из колонн, состоящих из кластеров. Они образованы октаэдрами MO₆, где атом металла окружен шестью атомами кислорода, и тетраэдрами SO₄ (атом серы, связанный с четырьмя кислородами). Октаэдры и тетраэдры соединяются друг с другом через общие вершины – атомы кислорода», – рассказал профессор кафедры кристаллографии СПбГУ д.г.-м.н. С. К. Филатов. По его словам, ранее уже был известен минерал схожего состава, но имеющий различные примеси, – бубноваит.
Ученые СПбГУ исследовали кристаллическую структуру нового материала при разных температурах, используя различные методы. При комнатной температуре структуру изучали методом рентгеноструктурного анализа на монокристалле, а при повышенных температурах применяли метод Ритвельда для порошковых образцов. Чтобы полностью понять поведение материала при нагреве, ученые также провели комплексные исследования: рентген порошка при изменении температуры, измерение тепловых свойств, изучение колебаний атомов в кристаллической решетке и проверку электрических характеристик. Такой всесторонний подход позволил детально изучить температурные изменения структуры и свойств материала.
Исследования показали, что при полиморфных превращениях (изменениях структуры при разных температурах) материал сохраняет общие структурные элементы. Основными строительными блоками в обоих случаях выступают комплексы M(TO₄)₆, где M – это натрий, калий или кальций, а T – сера. Разница между модификациями заключается в степени упорядоченности этих блоков: при высоких температурах они расположены хаотично, а при охлаждении постепенно приобретают более упорядоченную структуру. Причем характер этого упорядочивания напрямую зависит от химического состава материала.
Как отмечают ученые, эти результаты имеют важное значение для понимания процессов образования природных минералов со сходной структурой. Особый интерес представляет переход материала в суперионное состояние при нагреве, сопровождающийся резким увеличением электропроводности. Примечательно, что высокотемпературная модификация материала демонстрирует даже более высокую проводимость, чем известный ионный проводник α‑Na₂SO₄, что открывает перспективы для его практического применения. В частности, оба полиморфа могут быть использованы в качестве твердотельных электролитов – например, в аккумулирующих электростанциях.
Источник: СПбГУ.
Читайте также:
- Новый минерал германия позволит больше узнать о формировании космических тел
- На Кольском полуострове открыли минерал нового структурного типа
- Изучен обнаруженный в метеорите новый минерал кафеосит
Метки: минералы