Российские и канадские химики выяснили, что минералы жемчужниковит и степановит, найденные в 1960 годах в угольных шахтах Якутии, являются природным аналогом синтетических «металл-органических каркасов», пористых полимеров с уникальными свойствами.
«Это открытие полностью переворачивает наши представления о том, что эти популярные в химии материалы являются «чистой» синтетикой, изобретением человека. Их открытие говорит о том, что в природе могут существовать еще более крупные запасы МОК. Если бы первооткрыватели жемчужниковита могли определить его структуру, наука прыгнула бы на 30 лет вперед», — заявил Томислав Фришчис (Tomislav Friscic) из университета Макгилла (Канада).
История этого открытия берет свое начало с того, что Фришчис и его коллега по университету, Игорь Гускис (Igor Huskic), изучали один из каталогов минералов, выпускаемых канадскими геологическими организации. В нем они натолкнулись на описание двух необычных органических минералов – степановит и жемчужниковит, открытых советскими геологами в 1940-х и 1960-х годах в одной из угольных шахт в Сибири.
Они представляют собой тонкие полупрозрачные прожилки или кристаллики зеленого «стекла», которые были найдены в виде включений в пластах угля и других осадочных горных пород, пропитанных природной уксусной кислотой, что бывает крайне редко и что можно встретить только в условиях вечной мерзлоты.
Структура кристаллов степановита и жемчужниковита была неизвестной, однако советские ученые определили их формулу – они состоят из натрия, железа, магния, алюминия, органических кислот-оксалатов и воды — и описали то, как рентгеновские лучи отражаются от его поверхности.
Их состав и данные по рентгеновской кристаллографии натолкнули Гускиса и Фришчиса на мысль, что они крайне похожи на так называемые «металл-органические каркасы» — сложные полимерные материалы, похожие по структуре на пчелиные соты, обладающие очень высокой пористостью и прочностью. Сегодня МОК используются для создания фильтров, способных улавливать углекислоту или водород и удерживать в себе огромные количества этих газов.
Для проверки и подтверждения этой идеи Гускис и Фришчис обратились за помощью к двум российским геологам – Игорю Пекову из МГУ им. М.В. Ломоносова и Сергею Кривовичеву из Санкт-Петербургского государственного университета. Они помогли канадским исследователям найти источник этих минералов – шахты Туллах и Чай-Тумус в Якутии, получить образцы жемчужниковита, определить структуру его кристалла и создать его синтетические аналоги.
Как оказалось, жемчужниковит и степановит действительно принадлежат к числу металл-органических каркасов – они состоят из множества углеводородных нитей, заплетенных в своеобразные «снежинки» и «соты», в центре которых находятся ионы металлов, соединенные с молекулами воды. Эти ионы, как к сожалением отмечают ученые, мешают данным природным минералам впитывать СО2 и водород, из-за чего их нельзя использовать в промышленных целях.
По мнению ученых, залежи этих «синтетических» минералов в Якутии являются уникальными – других мест на Земле, где присутствуют большие количества уксусной кислоты в условиях вечной мерзлоты, скорее всего, нет. Тем не менее, канадские исследователи планируют продолжить поиски природных версий МОК в попытке найти более интересные соединения, чем те, которые создала не природа, а химики.
