Группа ученых, возглавляемая кристаллографами Санкт-Петербургского государственного университета, смогла синтезировать в лаборатории аналог самого сложного со структурной точки зрения минерала Земли — юингита. Результаты исследования, поддержанного грантом РНФ, опубликованы в научном журнале Materials.
Юингит — минерал, который был обнаружен в середине 2010-х годов в выработанной урановой шахте Плавно, расположенной в Чешской Республике. Это наиболее сложный по своей структуре из всех известных минералов на Земле. Кроме того, из-за специфических термодинамических условий, необходимых для его образования, минерал считается очень редким.
Исследователи смогли получить синтетический аналог, близкий по составу и кристаллической структуре к природному юингиту, путем сочетания низкотемпературного гидротермального синтеза и испарения при комнатной температуре.
Как отмечают ученые, устойчивость найденного минерала несколько выше, чем у синтетического соединения (согласно визуальным наблюдениям и экспериментальным исследованиям). Тем не менее синтетическую фазу можно рассматривать как первичный и метастабильный продукт реакции, который в условиях окружающей среды в дальнейшем сможет перекристаллизоваться в более устойчивую форму минерала.
По словам доцента кафедры кристаллографии СПбГУ, председателя научной комиссии Института наук о Земле и руководителя исследования Владислава Гуржия, уникальность юингита заключается в его кристаллической структуре, основу которой составляют нанокластеры из атомов урана и карбонатных групп. Такие структурные комплексы не были известны до открытия минерала ни в природе, ни среди синтетических соединений, поэтому ученые СПбГУ и захотели воссоздать в лаборатории это уникальное творение природы.
«У нашей группы довольно богатый опыт получения аналогов минералов в лабораторных условиях и синтеза новых соединений с минералоподобными структурами. Но даже имея такой опыт, мы работали над экспериментом почти полтора года — столько времени потребовалось на налаживание протокола синтеза для получения достаточно крупных кристаллов, которые позволили получить достоверную структурную модель», — подчеркнул Владислав Гуржий.
Соединение, полученное исследователями в лаборатории, немного отличается по составу от природного. Так, в структуре минерала уран-карбонатные кластеры связываются через атомы магния и кальция, а синтетическое соединение содержит только кальций. Однако это никак не сказывается на принципе упаковки нанокластеров в кристаллической структуре.
Кроме фундаментального научного интереса, данное исследование представляет и вполне практическую ценность, поскольку даже на выработанных месторождениях вроде шахты Плавно остается значительное количество урана в рассеянной форме.
«Поняв механизм вторичного минералообразования (перекристаллизации), в результате которого образуется юингит, можно будет контролировать процессы выноса урана в окружающую среду. Или, наоборот, создать условия, при которых в случае необходимости будет возможно перевести уран в растворенную форму, чтобы он стал менее опасен для человека», — добавил Владислав Гуржий.
Работа была выполнена при поддержке Российского научного фонда (грант № 19-17-00038) и Чешского научного фонда. Рентгенофазовые и спектроскопические исследования проводились на базе ресурсного центра «Рентгенодифракционные методы исследования» Научного парка Санкт-Петербургского государственного университета.
Информация предоставлена пресс-службой СПбГУ
Источник фото: ru.123rf.com
