Российские кристаллографы расшифровали структуру редкого минерала

Ученые из Кольского научного центра РАН, благодаря новому оборудованию, раскрыли сложную слоистую структуру редкого минерала сейдита-(Ce). Более двадцати лет наука опиралась на его ошибочную теоретическую модель. Знание реальной структуры позволит понять реальное поведение сейдита-(Ce) и родственных ему минералов в природных геохимических процессах.

Сейдит-(Ce) был описан в породах Ловозерского массива на Кольском полуострове еще в конце 1990-х годов, но его кристаллическая структура долго оставалась неразгаданной. Главная проблема была физической: минерал образует не крупные кристаллы, а микроскопические, хрупкие пластинки толщиной около 0,03 мм, которые очень сложно «просветить». Не помогали даже исследования на синхротронах.

В 2003 году группа итальянских исследователей предложила теоретическую модель структуры сейдита. Она базировалась на внешнем сходстве с минералом мизеритом и была подтверждена сопоставлением дифракционных картин, полученных менее чем по 40 рефлексам (сигналам от атомов). Для надежного решения подобной кристаллохимической задачи их нужны тысячи. Тем не менее, эта модель, представлявшая сейдит как трехмерный каркас с октаэдрическим окружением для церия и стронция, на два десятилетия стала общепринятой точкой отсчета.

Прорыв произошел, когда ученые применили современный дифрактометр «Rigaku XtaLAB Synergy-S» с микрофокусным источником монохроматического CuKα-излучения и гибридным фотонно-счетным детектором, который с недавнего времени работает в Центре коллективного пользования КНЦ РАН. Оказалось, что именно медное излучение (CuKα) оптимально подходит для получения дифракционных данных от тонких пластинчатых кристаллов. Авторам удалось собрать 2982 независимых дифракционных максимумов. Правильность модели была верифицирована методом Ритвельда по порошковым данным.

Расшифрованная российскими кристаллографами структура сейдита-(Се) оказалась довольно сложной.

«В ее основе — тройные слои, разделенные плоскостью симметрии. Кремнекислородные слои сплетены из десятичленных тетраэдрических колец (это большая редкость в кристаллохимии силикатов). Редкоземельный церий и стронций, которые ранее помещали в октаэдры, заняли позиции в виде двукрышечных тригональных призм с координационным числом 8. Это классическая и энергетически выгодная упаковка для крупных атомов редкоземельных элементов, которая гораздо лучше соответствует природе их химических связей. Титан оказался собран в сильно искаженные октаэдры TiO_5F. Из-за присутствия фтора связи титана оказались резко асимметричными: с одной стороны – короткая и прочная титанильная связь Ti=O, а с противоположной – вытянутая связь Ti–F», — рассказал один из авторов исследования, заведующий лабораторией природоподобных технологий и техносферной безопасности Арктики Тарас Паникоровский.

Источник: Официальный ресурс Министерства образования и науки Российской Федерации