# "Недостающее звено" - золотое, нанокристаллическое

Леонид Александрович Ашкинази

"Недостающее звено" - золотое, нанокристаллическое


Сначала атомы, потом кластеры, потом кристаллы. А между кластерами и кристаллами - нанокристаллы. Нанокристаллы - не просто маленькие, они - другие: "Малое - это прекрасно". Например, у них бывает ось симметрии пятого порядка, которая в обычных кристаллах не встречается, но встречается в мире живого. Наночастицы - объект для физики и техники неновый, но почти всегда исследуются нанокристаллы, полученные искусственно. В природе найдены и исследованы лишь нанокристаллы оксидов Fe, Ti, Al и сульфидов Zn. Причин, по-видимому, три. Первая - человек начинает с простого, с того, что видно простым глазом, лишь потом берет в руки лупу. Вторая - наночастицы плохо сохраняются и не всегда доживают до возникновения специалиста-минералога на Земле. Это следствие малого размера, того, что большая часть атомов у них находится на поверхности (рис. 1) и взаимодействует с окружающей средой.


Третья причина - в отличие от "недостающего звена" в биологии, нанокристалл имел шанс вырасти до обычного кристалла (не как вид, а как индивид), а раз не вырос, значит, что-то ему помешало. Например, окружающая порода. Поэтому лучшие шансы на сохранение имеют наночастицы, во-первых, благородных металлов, во-вторых, защищенные от воздействия среды инертной породой. И действительно, индивиды нанокристаллов и их сростки обнаружились в месторождениях Сибири, Забайкалья, Дальнего Востока и Средней Азии, в виде включений в кварце и сульфидах. Это так называемые матрично стабилизированные нанокристаллы, консервирующиеся в неизмененных первичных рудах на протяжении геологического времени. Десятков миллионов и миллиардов лет, то есть, с точки зрения экспериментатора, вечно.


Частицы имеют размер в десятки нанометров, кубическую, кубооктаэдрическую и додекаэдрическую (квазикристаллическую, с той самой осью пятого порядка) форму. Обнаружены неизвестные для макрокристаллов золота множественные двойники. Энергия, заключенная в экзотических структурах, увеличивается с увеличением размера кристаллов, и расчет показывает, что максимальный размер экзотических кристаллов - около 10 нм, но практически наблюдались и на порядок большие кристаллы - они выживают за счет дислокаций, уменьшающих энергию напряжений. Матрично стабилизированные наночастицы самородного золота осаждаются из гидротермальных растворов неорганических солей на минеральную матрицу, на поверхности которой они стабилизируются в активных точках либо в микропорах. При формировании руд некоторых эпитермальных (то есть связанных с горячими источниками) месторождений осуществляется природный золь-гель синтез.


При добыче золота маленькие наночастицы создают большие проблемы - этим отчасти и вызван интерес к ним исследователей. Нанокристаллы, включенные в матрицу, составляют большую часть потерь при извлечении золота из руд. А раздробить породу до размеров нанокристаллов, чтобы извлечь их все, тоже нельзя - частицы слипаются из-за своей огромной поверхности.


Нанокристаллы исследовали так, как и положено иссследовать маленьких - с помощью электронной микроскопии, сканирующей и просвечивающей (углеродные реплики сколов и шлифов). Состав частиц исследовался с помощью энергодисперсионного анализа, структура - дифракцией электронов.


А вот и наши персонажи. На рис. 2, 3 и 4 соответственно показаны нанокристаллы золота на арсенопирите, силикате и кварце. Нанокристаллы охотно собираются в группы и цепочки (рис. 5а, б), не теряя при этом своей индивидуальности. А порой ведут себя так, что можно принять их за следы деятельности пришельцев (рис. 6, 7).


По материалам публикаций М.И.Новгородовой (Минералогический музей им.А.Е.Ферсмана).


Литература


Петров Ю.И. Кластеры и малые частицы. М.: Наука, 1986. Петровская Н.В. Самородное золото. М.: Наука, 1973. Помогайло А.Д., Розенберг А.С., Уфлянд И.Е. Наночастицы металлов в полимерах. М.: Химия, 2000.


Подписи к рисункам


Рис. 1 Доля (в %) атомов на поверхности (1) и количество элементарных ячеек в объеме (2) нанокристаллов золота, в зависимости от их размера


Рис. 2 Нанокристаллы золота, экстрагированные на реплику (черное), в зональном кристалле арсенопирита в срастании с пиритом (светло-серое). Полированный шлиф, травленный царской водкой. Длина масштабных линеек 1000 и 100 нанометров. Месторождение Бакырчик, Калба


Рис. 3 Нанокристаллы золота в силикатах, на серицит-кварцевой матрице; длина масштабных линеек 1000 и 100 нм. Скол образца, без травления. Месторождение Советское, Енисейский кряж


Рис. 4 Коллоидное золото в кварце, в виде сростков плотноупакованных глобул; месторождение Тасеевское, Забайкалье. Скол образцов, без травления. Размер масштабных линеек 1 микрон. Месторождение Каульды, Узбекистан


Рис. 5 Сгустки (а) и линейные скопления (б) метаколлоидного золота с трещинами синерезиса и обособленными полиэдрическими блоками в кварце. На врезке - блоки додекаэдрического облика. Скол образцов, травлено царской водкой. Длина масштабных линеек 1 микрон. Месторождение Агатовское, Колыма


Рис. 6 Структуры метаколлоидного золота в форме сложных кристаллических построек зонального строения; внизу слева - с элементами ротационного вращения, внизу справа - полисинтетические двойники. Скол образцов; ионное травление. Длина масштабных линеек 1 микрон. Месторождение Агатовское, Колыма


Рис. 7 Почковидные агрегаты метаколлоидного золота; внизу - деталь, показывающая скелетное строение мелких блоков с выходом винтовой дислокации в центре. Скол образца; ионное травление. Длина масштабных линеек 1 микрон (вверху) и 100 нм (внизу). Месторождение Агатовское, Колыма