Ученые исследовали природный механизм превращения паракелдышита в келдышит

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» изучили механизм превращения паракелдышита в келдышит, а также уточнили химическую формулу и кристаллическую структуру последнего. Открытие имеет не только фундаментальное значение для минералогии и геохимии, но и прикладную ценность в материаловедении.

Келдышит был впервые найден в Ловозерском массиве Кольского полуострова в 1962 году. Сейчас для его исследования ученые использовали комплекс современных аналитических методов, включая рентгеноструктурный анализ, сканирующую электронную микроскопию и химический микроанализ. Оказалось, что практически все образцы, считавшиеся ранее келдышитом, являются частично протонированным и обедненным натрием паракелдышитом. Механизм трансформации и перехода из паракелдышита в келдышит авторы исследовали 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 физико-химические свойства.

Комиссия по новым минералам, номенклатуре и классификации Международной минералогической ассоциации недавно предложила принять для обоих минералов единую формулу Na₂ZrSi₂O₇. Однако полученные результаты опровергают правомерность такого подхода. Уточненная по результатам исследований формула келдышита — Na□ZrSi₂O₆(OH), где □ обозначает вакансии, — подтверждает его статус как самостоятельного минерального вида.

Также ученые выявили, что минералы этой группы обладают перспективными свойствами для применения в качестве ионных проводников, молекулярных сит и сорбентов тяжелых металлов. По мнению исследователей, контроль над структурой ионных каналов и понимание влияния протонирования на их геометрию, открывает путь к целенаправленному синтезу материалов с заданными характеристиками.