Наномінералогія

НАНОМІНЕРАЛО́ГІЯ (від нано... і мінералогія) — галузь сучасної мінералогії, що ви­вчає земну та космічну речовину в нанорозмірному мас­штабі. Н. орієнтована на характеристику нановластивостей (напр., включе­н­ня, структури роз­паду твердих роз­чинів, зонал. будова, плівки, порожнини та пори) у мінералах і виявле­н­ня нових наномінералів. Її виникне­н­ня повʼязане з викори­ста­н­ням ефектив. методів дослідж., головними з яких є просвічувал. електрон­на мікро­скопія високої роз­діл. здатності (HRTEM) і високороз­діл. растрова мікро­скопія (FE-SEM). Префікс нано- обʼ­єд­нує структури з роз­міром 0,1–10 нм, але реально в мінералогії, як і в нанохімії, досліджують обʼєкти від декількох до 100 нм. Нанорівень обʼ­єд­нує мінерало­утворювал. елементи (атоми, іони, молекули, кластери тощо), наноіндивіди та наноагрегати. Основними у Н. є наноіндивіди, що мають чіткі фазові межі та часто кри­сталогр. обриси. Вони складені з від­носно невеликої кількості буд. частинок, часто декількома елементами (комірками), що мають далекий порядок. Наноіндивід є новим типом структурно та морфологічно впорядков. обʼєктів мінерал. царства. До нано­обʼєктів зараховують квазікри­­стали та фулерени. Поня­т­тя «квазікри­стали» за­пропонували у 1980-х рр. амер. фізики П. Штейнгардт і Д. Левін. Це речовини, кри­сталічна структура яких характеризується від­сутністю тривимір. періодичності, принаймні в одному напрямі, але має досить досконалий далекий порядок. Ізраїл. фізик і хімік Д. Шехт­ман разом зі спів­робітниками від­крив квазікри­стали в синтезов. сплаві Al_0,86Mn_0,14 у ви­гляді мікрон. зерен з пʼятір. (L₅) віссю оберта­н­ня, не властивою для кри­сталіч. стану, що від­повід­ає ікосаедрич. симетрії кри­сталіч. структури. Це від­кри­т­тя істотно змінило та водночас роз­ширило уявле­н­ня про класичне поня­т­тя симетрії кри­сталів і міцно закріпилося в кри­сталогр. термінології. Згодом виявлено ін. типи квазікри­сталіч. структур (октаедрична, дека­едрична, додекаедрична) у різних за хім. складом сплавах. Фулерени — це квазікри­стали, збудовані вуглец. кластерами нанометр. роз­мірів. Нині ві­домі прості фулерени С₆₀, С₇₀, С₇₂, С₇₆, С₉₀, гіперфулерени С₂₄₀, С₅₄₀, С₉₆₀, С₁₅₀₀ тощо. Екс­периментально фуле­р­ен С₆₀ як нову модифікацію вуглецю від­крили 1985 британ. хімік Г. Крото та амер. хіміки Р. Керл і Р. Смолі. Перший природ. ікосаед­рич. кри­стал фулерен С₆₀ виявлений у шунгітах Карелії (РФ). Він є гомо-атом. квазікри­сталіч. сполукою, у структурі якої атоми ву­глецю зʼ­єд­нані звʼязками: одинар. (таких звʼязків 60 із довж. 1,46 Å) та сильними по­двій­ними (30 із довж. 1,38 Å). Фулерени за­стосовують як нові мастил. матеріали, молекулярні пастки для атомів (зокрема й радіо­активних), нові ліки, корисні домішки у сплавах сталі, посилювачі зародко­утворе­н­ня при рості діамант. плівок тощо. Наноіндивіди характерні для всіх геол. обʼєктів. Вони є в метеоритах, серед глинистих мінералів, як включе­н­ня у мінералах, у живих організмах. З роз­витком Н. повʼязані 2 важливі про­блеми сучас. мінералог. науки: пере­гляд уявлень про зародже­н­ня і ріст кри­сталів під впливом нових ідей кластер. самоорганізації речовини; нове (широке) ро­зумі­н­ня поня­т­тя «мінерал», на засадах якого можливе сут­тєве збільше­н­ня за рахунок наносвіту, від­крит­тів нових мінералів. В Україні дослідж. у галузі Н. торкаються ви­вче­н­ня домішк. нанорозмір. структур і наноіндивідів у породо­утворювал. мінералах, повʼязаних з утворе­н­ням та еволюцією твердих роз­чинів і фізіоген. біо­мінералів в організмі людини, магніт. властивостей нанорозмір. синтезов. магнетиту, глобуляр. нанокри­сталів діаманта, ультрадис­перс. феригідратів і техноген. фаз на поверх­ні сталі тощо.

Завантажити статтю