В кристаллографии порой долгие годы ученые исследуют один образец и строят теории, но настоящий прорыв случается, когда кто‑то находит способ решить сложную задачу. Так вышло с редким минералом сейдитом‑(Ce) с Кольского полуострова. Его описали еще в конце 1990‑х в Ловозерском массиве, но структуру долго не могли разгадать: минерал образует очень тонкие (около 0,03 мм), хрупкие пластинки, которые трудно исследовать, даже на синхротронах.
В 2003 году предложили первую модель его структуры, которая опиралась на сходство с другим минералом и данные всего по 40 сигналам от атомов (для надежного результата нужны тысячи). Тем не менее эта модель продержалась два десятилетия. И только недавнее исследование российских кристаллографов, опубликованное в журнале «Доклады Российской академии наук», раскрыло истинную структуру сейдита‑(Ce).
Как сообщила пресс-служба Минобрнауки РФ порталу Наука Mail, прорыв в изучении минерала сейдита‑(Ce) случился благодаря новому оборудованию: ученые из Кольского научного центра РАН и СПбГУ использовали 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 и особенно хорошо подходит для исследования тонких кристаллов. Заведующему лабораторией Тарасу Паникоровскому удалось собрать более 2900 дифракционных сигналов, а правильность модели подтвердили специальным методом.
Выяснилось, что структура сейдита сложная и слоистая: в ней есть редкие десятичленные кольца из кремнекислородных тетраэдров, а атомы церия, стронция и титана расположились не так, как считали раньше. Это помогло объяснить, почему часть атомов натрия в минерале легко вступает в реакции, а часть — нет: одни «заперты» внутри слоев и не реагируют, другие находятся в свободных пространствах между слоями и легко участвуют в обмене.
Кроме того, ученые поняли, что существуют разные варианты укладки слоев в этом минерале — как детали конструктора. Старая модель описывала один такой вариант, а новая техника позволила увидеть другой: так открыли разные подтипы сейдита и нашли его сходство с другим минералом — лапландитом‑(Ce).
Может показаться, что неважно, как уложены атомы в крошечной пластинке, если и так известен ее состав. Но для науки это имеет большое значение. Точная модель строения минерала помогает объяснить, как он ведет себя в природе. Например, теперь ясно, что церий прочно «заперт» в особой форме, а часть натрия вообще не вступает в реакции. Кроме того, благодаря новому взгляду на структуру сейдита‑(Ce) ученые иначе смотрят и на другие похожие минералы из Ловозерского массива.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что ученые опровергли сообщения об открытии минерала дороже золота.