Внутри черного ящика формирования оксидов железа

Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе впервые экспериментально наблюдали процесс зарождения (нуклеации) частиц гидроксида железа на поверхности кварца в реальном времени. Это стало возможным благодаря использованию метода малоуглового рассеяния рентгеновских лучей под скользящим углом (grazing incidence small angle X-ray scattering) на синхротроне Advanced Photon Source.

Работа, опубликованная в журнале Environmental Science & Technology, закрывает ключевой пробел в понимании формирования этих широко распространенных минералов. Ранее процессы нуклеации и роста (вместе — «осаждение») рассматривались суммарно, что приводило к неточным прогнозам. Новый эмпирический подход позволил количественно описать именно стадию зарождения первых наночастиц.

Полученные данные имеют важное практическое значение. Более точное понимание нуклеации гидроксидов железа позволит улучшить модели переноса загрязняющих веществ, что критически важно для прогнозирования качества воды, особенно в районах кислотных шахтных стоков, где эти минералы являются основным «хранилищем» токсичных металлов. Кроме того, это открывает пути к снижению образования накипи в трубах и к более эффективному производству экологичных сверхпроводников на основе железа.

«Люди думают, что мы делаем компьютерное моделирование. Но нет, мы экспериментально исследуем это в момент, когда это происходит», — говорит профессор Янг-Шин Джун. — «Мы экспериментальные наблюдатели. Я могу измерить начальную точку нуклеации». Эксперимент показал, что гидроксид железа образуется на минеральных поверхностях легче, чем считалось, поскольку для нуклеации высокогидратированных твердых веществ на поверхностях требуется меньше энергии.