Команда исследователей из России и Германии открыла новые минералы — арсмирандит и леманнит. Они относятся к классу полиоксометаллатов и до сих пор не были обнаружены в природе. Их открытие поможет в разработке методик синтеза новых материалов, а также в изучении переноса металлов в геологических системах. Работа ученых опубликована в журнале Scientific Reports.

Полиоксометаллаты представляют собой наноразмерные кластеры, состоящие из атомов металла(-ов) и кислорода. Они обладают высокой каталитической активностью, а также перспективны для адресной доставки лекарств. С конца прошлого века эти соединения активно исследуются химиками, но до сих пор не было известно, какую роль они играют в геологических процессах.

«В лаборатории полиоксометаллаты создают, как правило, из водных растворов, хотя иногда для этого используются другие жидкие среды, например ионные жидкости. При этом получить их из газовой фазы довольно трудно и необычно. Поэтому нам показалось удивительным, что найденные минералы арсмирандит и леманнит способны синтезироваться из газов», — говорит один из авторов исследования, заведующий кафедрой кристаллографии СПбГУ профессор Сергей Кривовичев.

Кристаллы обоих минералов росли из вулканических газов. Поднявшись на поверхность из глубин земли, эти газы встретились с атмосферой и пониженными температурами, в результате чего начали осаждаться в виде арсмирандита и леманнита. Эти соединения ученые открыли при изучении минералогии фумарол — небольших отверстий, через которые выходят горячие газы, — вулкана Плоский Толбачик на Камчатке. Там авторы отобрали образцы арсмирандита и леманнита для дальнейших исследований.

Проведя рентгеноструктурный анализ (РСА), ученые выявили уникальный характер кристаллической структуры минералов — присутствие в них наноразмерных металл-кислородных кластеров. На первый взгляд эти минералы кажутся одинаковыми и представляют собой скопления изумрудно-зеленых кристалликов. Но метод РСА позволил выяснить, что, хотя оба материала имеют похожую структуру структурных элементов — атом металла, окруженный восемью атомами кислорода, — арсмирандит имеет в ее центре атом железа, а леманнит — титана. Эти структурные элементы в свою очередь оказываются окружены 12 атомами меди, расположенными в виде кубооктаэдра.

«Это так называемое металл-кислородное ядро кластера, которое облеплено со всех сторон восемью арсенатными группами, содержащими мышьяк и кислород. Таким образом и строится полный кластер. Такие большие кластеры в общей структуре минерала расположены в шахматном порядке, а между ними располагаются атомы натрия и хлора. Можно сказать, что минералы представляют собой галит — каменную соль — с вкраплениями полиоксометаллатов», — объяснил Кривовичев.