"Зловонный флюорит" оказался единственным убежищем для природного элементарного фтора

Минерал антозонит, он же "зловонный флюорит", он же "вонючий шпат"

Минерал антозонит, он же "зловонный флюорит", он же "вонючий шпат"
(фото Rupert Hochleitner).

На протяжении 200 лет химики спорили о происхождении отвратительного запаха одной из разновидностей минерала флюорита. Недавно выяснилось, что антозонит или "зловонный флюорит" –единственное на земле убежище, где крайне реакционно-способный химический элемент фтор присутствует в свободной форме.

На протяжении 200 лет химики спорили о происхождении отвратительного запаха одной из разновидностей минерала флюорита. Недавно выяснилось, что антозонит или "зловонный флюорит" или "вонючий шпат" – это единственное на земле убежище, где крайне реакционно-способный химический элемент фтор присутствует в свободной форме.

Фтор является одним из наиболее реакционно-способных химических элементов и требует крайне осторожного обращения. Он настолько агрессивен, что даже стекло и кирпич начинают "гореть" при контакте с ним.

Такая высокая реакционная способность склоняла химиков к мысли, что фтор в природе может существовать только в виде отрицательно заряженных ионов, в таких минералах, как флюорит (или плавиковый шпат). Встретить фтор в свободном виде в природе казалось учёным невозможным. Именно такое мнение господствовало в научных кругах до сих пор.

Вопросы вызывала лишь одна из разновидностей флюорита — антозонит. Всё дело в том, что при раскалывании кусков этого минерала появляется неприятный запах, характерный для свободного фтора. На протяжении 200 лет антозонит был предметом многочисленных дискуссий среди химиков и минерологов. 

Резкий запах антозонита приписывали йоду, озону, соединениям фосфора, мышьяка, серы, селена и многим другим. Методы анализа, способные безапелляционно доказать наличие элементарного фтора в структуре антозонита, появились совсем недавно.

Исследователи из технического университета Мюнхена (TUM) и университета Людвига-Максимилиана (LMU) успешно разрешили все споры и сомнения. Результаты исследования учёные опубликовали в журнале Angewandte Chemie.

Сначала группа химиков, работающая под руководством Флориана Крауса (Florian Kraus), провела обонятельный тест, чтобы уловить хорошо известный любому химику "почерк" фтора, который возникает при раскалывании природного материала. Тест дал однозначно положительный результат, и в дело пошли серьёзные инструментальные методы.

Для того чтобы получить веские доказательства своего предположения, учёные обратились к ядерному магнитному резонансу (ЯМР). Этот метод позволяет определять тип и взаимное расположение атомов в образце на основе данных о том, как их ядра реагируют на импульсы радиоволн. При этом не происходит разрушение образца. После этого теста сомнений в существовании в антозоните свободного фтора у немецких учёных не осталось.

"Не удивительно, что химики сомневались в присутствии элементарного фтора в "зловонном флюорите", — поясняет доктор Краус. – Действительно трудно поверить в то, что свободный фтор существует бок о бок с кальцием".

Исследователи пошли дальше и решили определить причину сохранения столь агрессивного химического элемента в природном минерале.

Антозонит – это не простой флюорит. В минерале присутствуют включения радиоактивного урана, который постоянно создаёт ионизирующее излучение, расщепляющее флюорит на кальций и фтор.

Для лучшего понимания природного процесса учёные воздействовали на искусственный антозонит β- и γ-излучением и пучками электронов высоких энергий. Образцы часто становились фиолетовыми из-за образования кластеров ионов кальция, а последующие ЯМР-исследования показывали наличие включений газообразного фтора.

Выяснилось, что образовавшийся фтор, запертый внутри минерала, отделён от кальция нереактивным флюоритом и сохраняется в элементарном виде в своеобразных карманах.

Аналогичные процессы происходят и в природном минерале, уверен доктор Краус. Распад урана сопровождается появлением β-излучения. Природным минералам, залегающим в недрах Земли на протяжении более чем 100 миллионов лет, вполне достаточно этого времени для образования свободного газообразного фтора и приобретения магического тёмно-фиолетового оттенка.