Термическое расширение синтетического аналога маттеучита NaHSO4·H2O и α–NaHSO4

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучено термическое поведение водного сульфата NaHSO4·H2O и продукта его дегидратации α–NaHSO4. Исследования проводились методами терморентгенографии и комплексного термического анализа. По данным трех экспериментов установлены температура, характер и последовательность фазовых превращений: NaHSO4·H2O(30÷50°C) → α–NaHSO4(140÷180°C) → Na2S2O7 + Na3H(SO4)2. С повышением температуры в структуре NaHSO4·H2O происходят шарнирные деформации на уровне цепочки из полиэдров NaO3(OH)(H2O)2. Анизотропия термического расширения составляет αmax/αmin = 1.9 для NaHSO4·H2O и αmax/αmin = 1.3 для NaHSO4.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. П. Шаблинский

Институт химии силикатов им. А. В. Гребенщикова РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: shablinskii.andrey@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Н. В. Дмитриева

Институт химии силикатов им. А. В. Гребенщикова РАН

Email: shablinskii.andrey@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Р. С. Бубнова

Институт химии силикатов им. А. В. Гребенщикова РАН

Email: shablinskii.andrey@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

С. К. Филатов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: shablinskii.andrey@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

М. Г. Кржижановская

Институт химии силикатов им. А. В. Гребенщикова РАН

Email: shablinskii.andrey@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

В. Л. Уголков

Институт химии силикатов им. А. В. Гребенщикова РАН

Email: shablinskii.andrey@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Krivovichev S. V. Minerals as Advanced Materials I. Springer Berlin Heidelberg. 2008. Berlin, Heidelberg.
  2. Bindi L., Nespolo M., Krivovichev S. V., Chapuis G., Biagioni C. Producing highly complicated materials. Nature does it better // Reports on Progress in Physics. 2020. V. 83. 106501.
  3. Yakubovich O. V., Khasanova N., Antipov E. V. Mineral-Inspired Materials: Synthetic Phosphate Analogues for Battery Applications // Minerals. 2020. V. 10. P. 524–554.
  4. Aksenov S. M., Deyneko D. V. Crystal chemistry and design of new materials with mineral-related structures: the structure-properties relationship // Herald of the Kola Science Centre of the RAS. 2022. V. 14. P. 7–16.
  5. Пеков И. В., Агаханов А. А., Зубкова Н. В., Кошлякова Н. Н., Щипалкина Н. В., Сандалов Ф. Д., Япаскурт В. О., Турчкова А. Г., Сидоров Е. Г. Фумарольные системы окислительного типа на вулкане Толбачик — минералогический и геохимический уникум // Геология и геофизика. 2020. Т. 61. С. 826–843.
  6. Siidra O. I., Vladimirova V. V., Tsirlin A. A., Chukanov N. V., Ugolkov V. L. Cu9O2(VO4)4Cl2, the first copper jxychloride vanadate: mineralogically inspired synthesis and magnetic behavior // Inorganic Chemistry. 2020. V. 59. P. 2136–2143.
  7. Grimvell. S. The Crystal Structure of NaHSO4·H2O // Acta Chemical Scandinavica. 1971. V. 25. P. 3213–3219.
  8. Catti M., Ferraris G., Franchini–Angela M. Hydrogen Bonding in the crystalline State. NaHSO4 (Mattteuccite), a Pseudo-Symmetric Crystal Structure // Cristalligrafia e structuristica. 1975. V. 109. P. 531–545.
  9. Carobbi G., Cipriani C. Matteuccite: nuovo minerale vesuviano // Rendiconti della Società Mineralogica Italiana. 1952 V. 8. P. 54.
  10. Werner C., Tojanov S., Worzala H., E. Kemnitz Hydrogensulfate mit fehlgeordneten Wasserstoffatomen — Synthese und Struktur von Li[H(HSO4)2](H2SO4), sowie Verfeinerung der Struktur von a-NaHSO4 // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1996. V. 622. P. 337‒342.
  11. Бубнова Р. С., Фирсова В. А., Филатов С. К. Программа определения тензора термического расширения и графическое представление его характеристической поверхности (ThetoToTensor-TTT) // Физика и химия стекла. 2013. Т. 39. № 3. С. 505–509.
  12. Stahl K., Balic Z. T., da Silva F., Eriksen K. M., Berg R. W., Fehrmann R. The crystal structure determinations and refinements of K2S2O7, KNaS2O7, and Na2S2O7 from X-ray powder diffraction and single-crystal data // Journal of Solid State Chemistry. 2005. V. 178. P. 1697–1704.
  13. Catti M., Ferraris G., Ivaldi G. A very short, and asymmetrical, hydrogen bond in the structure of Na3H(SO4)2 and S-OH vs O-H…O correlation // Acta Crystallogr. 1979. V. B35. P. 525–529.
  14. Филатов С. К., Карпов Г. А., Шаблинский А. П., Кривовичев С. В., Вергасова Л. П., Антонов А. В. Ивсит Na3H(SO4)2 — новый минерал вулканических эксгаляций из фумарол Трещинного Толбачинского извержения им. 50-летия ИВиС ДВО РАН // Доклады академии наук. Геохимия. 2016. Т. 468 (6). С. 690–693.
  15. Дмитриева Н. В., Бубнова Р. С., Филатов С. К., Шаблинский А. П., Кржижановская М. Г. Термическое расширение и фазовые переходы в сульфате Na3H(SO4)2 в области низких температур // Физика и химия стекла. 2019. Т. 45. С. 497–500.
  16. Hawthorne F. C. Toward theoretical mineralogy: A bond-topological approach // American Mineralogist. 2015. V. 100. P. 696–713.
  17. Hawthorne F. C., Schindler M. Understanding the weakly bonded constituents in oxusalt minerals. Zeitschrift für Kristallographie. 2008. V. 223. P. 41–68.
  18. Nakamura E., Kazuyuki I., Satoshi U., Kohji A., Hirihisa Y. Dielectric properties of lossy KH2SO4 crystals // Japanese Journal of Applied Рhysics. 1981. V. 20. P. 59–62.
  19. Воронков А. А., Илюхин В. В., Белов Н. В. Кристаллохимия смешанных каркасов. Принципы их формирования // Кристаллография. 1975. Т. 20. С. 556–567.
  20. Shablinskii A. P., Filatov S. K., Biryukov Y. P. Crystal structures inherited from parent high-temperature disordered microblocks: Ca2SiO4, Na2SO4–K2SO4 sulfates, and related minerals (bubnovaite and dobrovolskyite) // Physics and Chemistry of Minerals. 2023. V. 50. 30.
  21. Shablinskii A. P., Filatov S. K., Krivovichev S. V., Vergasova L. P., Moskaleva S. V., Avdontseva E. Yu., Knyazev A. V., Bubnova R. S. Dobrovolskyite, Na4Ca(SO4)3, a new fumarolic sulfate from the Great Tolbachik fissure eruption, Kamchatka Peninsula, Russia // Mineralogical Magazine. 2021. V. 85. P. 233–241.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Кристаллическая структура NaHSO4·H2O (а) и NaHSO4 (б)

Скачать (131KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Дифракционные картины NaHSO4·H2O, полученные при разных условиях: а — t = 4÷74°C, на воздухе; б — t = –180÷200°C, в вакууме. Штриховыми линиями обозначены температуры фазовых превращений

Скачать (131KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кривые ДСК и ТГ для NaHSO4·H2O

Скачать (75KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость параметров и объема элементарной ячейки NaHSO4·H2O (а) и α–NaHSO4 (б) от температуры

Скачать (160KB)
Метаданные
6. Рис. 5. a) — структура NaHSO4·H2O в плоскости ac; б) — цепочки из октаэдров NaO3(OH)(H2O)2, сопоставленные с фигурой тензора термического расширения

Скачать (110KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Диполь SO3OH в NaHSO4∙H2O

Скачать (66KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Проекции направления диполей в трех плоскостях в NaHSO4∙H2O

Скачать (132KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Максимальное расширение структуры α–NaHSO4 вдоль осей α22 и α33

Скачать (114KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Максимальное расширение структуры α–NaHSO4 вдоль осей α22 и α33

Скачать (237KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024