Редколлегия Физикохимия Поверхности и Защита Материалов - Самопроизвольное образование кристаллов

В поляризованном свете, образовавшиеся в лабораторных условиях, кристаллы карбоната бария или оксида кремния представляют собой замечательное зрелище. (Рисунок из Science 2009, 323, 362)

При образовании изящно закрученных кристаллов в морских раковинах неорганические ионы организуются в структуры при участии белков или низкомолекулярных биомолекул. Как это ни удивительно, подобного типа кристаллы могут быть получены в лабораторных условиях из карбоната бария и оксида кремния без использования молекулярных шаблонов.

Исследователи из Испании и Австралии сделали первый шаг к объяснению того, как неорганические ионы могут образовывать закрученные «биоморфные» кристаллы.

Когда Хуан Гарсия Руис (Juan M. García Ruiz), специалист по кристаллографии из Университетa Гранады в 2003 году впервые сообщил о биоморфных кристаллах, полученных в «лабораторном стакане», это сообщение вызвало горячие дебаты среди палеобиологов. Оказалось, что некоторые из полученных биоморфных кристаллов оказались похожими на окаменелости, обнаруженные около местечка Варравуна (Австралия). Возраст этих окаменелостей оценивается в 3,5 миллиарда лет. Некоторые палеобиологи считали, что окаменелости регулярного строения являются самым ранним свидетельством существования микроорганизмов, соответственно дата зарождения жизни на Земле также оценивается как 3,5 миллиардов лет назад.

Открытие Руиса позволяло предположить, что Варравунские окаменелости не имеют биогенного происхождения, а являются простым результатом отложений неорганических соединений, что, естественно, привело к дискуссиям об их происхождении.

Теперь соавтор Руиса Эмилио Мелеро-Гарсиа (Emilio Melero-Garcia) и Стефан Хайд (Stephen T. Hyde), математик из Национального Университета Австралии (Канберра) предлагают механизм, в соответствии с которым биоморфные кристаллы могли самоорганизоваться самопроизвольно. Они утверждают, что осаждение чередующихся слоев силиката и карбоната бария вызывает колебания уровня pH в околоповерхностном слое растущих кристаллов.

Для получения биоморфного кристалла хлорид бария первоначально растворяли в щелочном растворе силиката натрия. По мере растворения в растворе атмосферного CO₂ pH раствора падает, карбонат бария начинает осаждаться. Образование карбоната бария увеличивает кислотность раствора, что, в свою очередь, приводит к осаждению аморфного оксида кремния. Осаждение оксида кремния приводит к увеличению pH. По мере падения и роста уровня pH из раствора осаждаются чередующиеся слои карбоната бария и оксида кремния, организующиеся в спиралевидные кристаллы.