Исследователи из Института геологии и минералогии им. В.С. Соболева СО РАН с помощью квантово-химического моделирования впервые показали возможность образования карбоната бериллия, наименьшего элемента в ряду щёлочноземельных металлов. Согласно итогам исследования, карбонат бериллия стабилен как в условиях окружающей среды, так и при более высоких давлениях, то есть в условиях глубинных оболочек Земли. Результаты опубликованы в высокорейтинговом издании The Journal of Physical Chemistry C.

До недавнего времени считалось, что бериллий — единственный элемент щёлочноземельной группы, для которого стабильная структура карбонатной фазы (BeCO₃) неизвестна. Сообщалось, что, напротив, это соединение нестабильно и подвержено разложению на оксид бериллия и диоксид углерода. Однако для других щёлочноземельных металлов (магний, кальций, стронций, барий) стабильные кристаллические структуры карбонатных фаз обнаружены и детально описаны. Следует также отметить, что данных о природном образовании чистого карбоната BeCO₃ не имеется. На сегодняшний день из почти сотни минералов, содержащих бериллий, известен только один сложный карбонат с дополнительными анионами — минерал нивеоланит.

Сотрудники ИГМ СО РАН с помощью современных методов поиска структур впервые обнаружили три стабильные кристаллические модификации карбоната бериллия. Исследование является теоретическим — все расчёты были выполнены в рамках теории функционала плотности. Кроме того, специалисты выяснили ряд особенностей этих модификаций: детали атомной структуры, возможность сохранения структур при декомпрессии и термодинамическую стабильность при атмосферном давлении.

Теоретические расчёты сибирских учёных были подтверждены группой экспериментаторов из Франкфуртского университета имени Гёте (Германия). Немецкие специалисты, независимо от исследования сотрудников ИГМ СО РАН, проводили реальный синтез BeCO₃, и практические результаты полностью соответствовали данным специалистов Института геологии и минералогии. Научные публикации, посвящённые этим двум разным аспектам работ, вышли в свет практически одновременно. 

Открытие стабильных кристаллических структур BeCO₃, часть из которых могут быть восстановлены до условий окружающей среды, расширяет современное понимание о карбонатах, поскольку карбонат бериллия был последним отсутствующим звеном в семействе карбонатов щёлочноземельных металлов.

«Возможной причиной отсутствия карбоната бериллия в природе и отсутствие данных его синтезов при атмосферном давлении, скорее всего, обусловлено низкой температурой распада на оксид бериллия и углекислый газ, подобно карбонатам магния и кальция. Однако мы верим, что в обозримом будущем существование стабильной кристаллической структуры BeCO₃ при атмосферном давлении будет подтверждено экспериментально», — отметил научный сотрудник ИГМ СО РАН кандидат физико-математических наук Нурсултан Ерболович Сагатов.

Текст: Динара Сагатова, ИГМ СО РАН.
Источник: «Наука в Сибири».