Российские ученые изучили синтетический аналог биоминерала мулуита, определили его химическую формулу и кристаллическую структуру.
Кристаллы синтетического мулуита / ©Пресс-служба Кольского научного центра
Результаты исследования, проведенного сотрудниками Санкт-Петербургского государственного университета, лаборатории природоподобных технологий и экологической безопасности Арктики Кольского научного центра РАН и Института проблем химической физики РАН опубликованы в журнале International Journal of Molecular Sciences.
Оксалат меди мулуит представляет собой типичный биоминерал, который образуется в результате контакта медьсодержащих минералов с источниками щавелевой кислоты (например, кислотообразующих организмов – лишайников, грибов, бактерий, или птичьего помета). Единичных монокристаллов мулуита природного происхождения пока не обнаружено. Мулуит был открыт в 1986 году в Западной Австралии как продукт взаимодействия птичьего помета с халькопиритом на станции Мулу-Даунс. Находили его и в лишайниках, растущих на вулканических породах, образованных в том числе и медьсодержащими минералами.
Несмотря на то, что медь – это один из необходимых для высших растений и животных элементов, некоторые ее соединения токсичны для живых организмов. Попадая в почву и воду, медьсодержащие отходы могут снижать активность почвенных ферментов и разнообразие микроорганизмов. Поскольку этот металл и его сплавы широко применяются в машиностроении электротехнике, химическом производстве и других областях хозяйства, проблема очистки от него окружающей среды весьма актуальна.
Перспективным способом очистки территорий в последние годы считают биоремедиацию: технологии, применяющие в качестве главного «инструмента» живые организмы. Для вывода меди из круговорота можно использовать образование нерастворимых соединений, например, мулуита. Например, болгарские ученые описали извлечение меди и других металлов из промышленных сточных вод с помощью плесневого гриба Aspergillus niger. Мулуит рассматривается в качестве прекурсора для образования ряда широко используемых наночастиц, таких как Cu, CuO, Cu2O и Cu(OH)2, и проявляет интересные физико-химические, в том числе антиферромагнитные свойства.
Свойства оксалата меди изучаются уже более пятидесяти лет, но его рентгеноструктурный анализ до сих пор не проводился из-за сложности синтеза монокристаллов. Авторы статьи получили синтетический аналог мулуита, провели рентгеноструктурный анализ монокристаллов и пришли к выводу, что его идеализированная структура должна описываться формулой Cu(C2O4).
Комбинация различных экспериментальных методик позволила предположить механизм встраивания молекул воды в разрывы цепей оксалата меди. Такое встраивание молекул Н2О приводит к структурному разупорядочению, что объясняет отсутствие в природе и в синтетических экспериментах кристаллов, пригодных для рентгеноструктурного анализа. Чем больше содержание Н2О в структуре, тем сильнее беспорядок будет влиять на образование кристаллов. Ученые подтвердили, что наиболее оправданной формулой для этого биоминерала следует считать Cu(C2O4)·nH2O. В целом полученная структурная модель хорошо согласуется с ранее опубликованными данными.
