До недавнего времени считалось, что бериллий — единственный элемент щелочноземельной 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 щелочноземельных 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.
Ученые ИГМ СО РАН с помощью современных методов поиска структур впервые обнаружили три стабильные кристаллические модификации карбоната бериллия. Исследование является теоретическим — все расчеты 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.
Рассчитанная фазовая P-T-диаграмма BeCO3 с полиэдрическим представлением кристаллических структур. Источник: Sagatova et al / The Journal of Physical Chemistry C, 2024
Теоретические расчеты сибирских ученых 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, посвященные 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 щелочноземельных 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.
