Российские ученые впервые раскрыли точную структуру минерала гидрокалюмита

Исследователи впервые установили точную химическую формулу и кристаллическое строение минерала гидрокалюмита, широко применяемого в цементных материалах и технологиях очистки воды. О результатах научной работы сообщили в пресс-службе Российский научный фонд.

По словам руководителя проекта Елена Житова, понимание особенностей внутреннего устройства минерала позволит создавать материалы с заданными характеристиками. В частности, на его основе можно разработать эффективные сорбенты для удаления загрязняющих веществ из воды, а также строительные смеси с повышенной прочностью.

Гидрокалюмит представляет собой соединение со слоистой структурой. В его составе чередуются положительно заряженные слои, содержащие кальций и алюминий, и отрицательно заряженные прослойки. Благодаря такому строению минерал способен поглощать тяжелые металлы и другие нежелательные анионы из водных растворов. Синтетические аналоги этого вещества уже применяются в цементной промышленности, поскольку улучшают сцепление компонентов и повышают прочностные характеристики строительных материалов.

До настоящего времени точное строение гидрокалюмита оставалось неизвестным. Это объясняется тем, что образцы минерала из разных регионов мира значительно отличались по составу, а их системное изучение ранее не проводилось. В ходе нового исследования специалисты Институт вулканологии и сейсмологии ДВО РАН совместно с коллегами проанализировали образец, хранящийся в Национальный музей естественной истории. С использованием комплекса методов ученые установили точное расположение атомов и определили химический состав минерала.

Выяснилось, что в отрицательно заряженных слоях кристалла ионы хлора и карбонатные группы располагаются строго упорядоченно и чередуются между собой. Вокруг них формируются молекулы воды, создающие прочные водородные связи. Такое сочетание двух разных отрицательно заряженных ионов в одной структуре встречается крайне редко и объясняет уникальные сорбционные свойства гидрокалюмита.

Сопоставление новых данных с ранее описанными образцами показало, что под названием «гидрокалюмит» фактически объединяют не менее шести различных минеральных фаз. Они отличаются содержанием хлора, карбоната и воды в структуре, что может влиять на их свойства. По мнению исследователей, это свидетельствует о существовании целого семейства близких минералов, которые требуют дальнейшего изучения.

Полученные результаты, опубликованные в научном журнале Mineralogical Magazine, могут способствовать созданию новых материалов на основе гидрокалюмита и совершенствованию рецептур промышленных цементов. В работе также приняли участие ученые Санкт-Петербургский государственный университет, Кольский научный центр РАН и Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова.