Ученые Института геологии и минералогии имени Соболева Сибирского отделения РАН провели квантово-химическое моделирование и доказали возможность естественного образования и стабильного нахождения в природе карбоната бериллия BeCO3. До сих пор считалось, что карбонат бериллия сразу же разлагается на оксид BeO и углекислый газ CO2.
В ходе моделирования исследователи определили три возможные кристаллические формы карбоната бериллия, стойкие к разложению как при комнатной температуре и обычном атмосферном давлении, так и в условиях умеренно повышенных температуры и давления в недрах Земли на небольшой глубине.
Теоретические выводы российских ученых фактически одновременно подтвердили эксперименты химиков из Института имени Гете во Франкфурте, которые независимо от россиян занимались исследованием соединений бериллия и синтезировали его стабильный карбонат.
Ценность работы сибирских ученых (ее результаты опубликованы в высокорейтинговом издании The Journal of Physical Chemistry C), заключается не только в том, что наконец-то устранен досадный пробел в классификации соединений щелочноземельных металлов (все остальные соединения этой группы образуют стабильные карбонаты). Знаковым стало само открытие, сделанное in silico (путем компьютерного вычисления) и затем подтвержденное лабораторным путем.
Создание математических моделей становится трендом исследований в химии, физике, биологии, медицине, которые сложно или невозможно провести в лабораторных или клинических условиях. В случае с соединениями бериллия работу ученых осложняет его токсичность, канцерогенность и редкость.
У этого элемента космическое происхождение, на Землю он попадает в результате распада атомов кислорода, которые в верхних слоях атмосферы бомбардируются космическими лучами. За всю четырехмиллиардную историю нашей планеты в земной коре накопилось крайне мало бериллия. В одной тонне породы его содержание не превышает 3,8 грамма. В год из минералов, содержащих бериллий, получается всего 300 тонн чистого металла. Его промышленное производство освоили только четыре страны — США, Китай, Казахстан и Россия (перечислены в порядке уменьшения объемов добычи сырья и выплавки металла).
В силу своих уникальных физико-химических свойств бериллий крайне ценен в высокотехнологичных отраслях промышленности. Из него делают трубки рентгеновских аппаратов, экраны космических кораблей и спутников, композиты для ракет и самолетов, защитные системы ядерных реакторов, рабочие органы твердотельных лазеров. В Большом адронном коллайдере труба, собирающая заряженные частицы, сделана из бериллия, который не реагирует даже на самое жесткое ионизирующее излучение.
О практическом применении российскими учеными стабильного карбоната бериллия пока говорить рано, однако нет сомнений, что пополнение базы знаний о столь ценном и редком элементе даст свои плоды.
Ранее ученые рассказали о высокой концентрации бериллия-10 на дне Тихого океана, предположив, что это след космической катастрофы, случившейся 10 миллионов лет назад.
