Сжимая пористое твёрдое тело, учёные неожиданно заставили его поры открыться шире, при этом впуская и захватывая в ловушку ионы европия, сообщает «WordScience.org». Учитывая сходство между ионами европия и урана, команда учёных из в университета Южной Каролины (University of South Carolina), Йонсейского университета (Yonsei University — Южная Корея) и Стэнфордского университета (Stanford University), считает, что данное открытие может представлять собой новый перспективный путь для предприятий по переработке ядерных отходов.

Основное внимание в их работе пало на натролит, один из многих примеров алюмосиликатных минералов из группы цеолитов, которые имеют крошечные, с одинаково расположенными по расстоянию порами. Цеолиты имеют более, чем 100 различных форм и состав каждого варианта определяет размер полости и следовательно, виды молекул и ионов, которые могут быть сохранены, или исключены из их пор.

В результате, цеолиты могут разделять и сортировать химические соединения: если добавить в раствор, содержащую смесь ионов, они могут выборочно сохранять только те ионы, которые могут поместиться в их поры.

Авторы основываются на ряде исследований, которые демонстрируют, как установить контроль над «гостями», которых цеолиты будут держать в своей полости.

Команда использует решение, которое используется довольно редко для контроля размера полости: давление.

Работая с натролитом, природным цеолитом с «2:03:10» отношением «Al:Si:O», команда сообщила в «Angewandte Chemie», что им удалось «уговорить» трёхвалентные «Eu³⁺» ионы на обмен с «К⁺» ионами в наноразмерных порах материала. После того, как давление на образец было приостановлено, иммобилизованные ионы оказывались в ловушке.

«Что касается натролита, ученые полагали, что невозможно получить «Eu3⁺» в его пределах. Но под давлением, это возможно», — сказал Томас Фогт (Thomas Vogt), один из соавторов, профессор на кафедре химии и биохимии в колледже искусств и естественных наук Университета Южной Каролины.

Результат парадоксален в том, что гидростатическое давление применяемое в ячейке алмазной наковальни, как правило превышает 1 Гпа (больше чем 10,000 атм) — это и может заставить поры в пределах натролита увеличиваться в объёме.

«По существу, это открывает «окно» для увеличенных ионов, чтобы мигрировать в поры и оказаться там запертыми в ловушке, после сброса давления», — сказал Вогт.

Обмен ионов европия даёт многообещающие надежды для предприятий по переработке ядерных отходов.

>«Радиус Eu3⁺ = 108,7 пикаметров, которая близка к 103 пикаметрам U⁴⁺», — сказал Вогт. «Мы доказали, что можем обмениваться Eu³⁺ на K⁺. Этот разновалентный обмен заменяет 90% калия».

Помимо этого, Фогт считает, что изучение поведения натролита под давлением может оказаться полезным для учёных, исследующих внутренние работы земной коры.

«Мы создали картину того, как оказание давления приводит к не-интуитивному увеличению объёма и даже к поглощению воды», — сказал он. «Всё это — обычные материалы в земной коре. Минералогия, тектоника… — есть много областей, где данное открытие может представить особый интерес», — закончил Фогт.