Научный журнал
Успехи современного естествознания
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,823

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ТРИГОНАЛЬНЫХ ТРОЙНЫХ МОЛИБДАТОВ M5LNHF(MOO4)6 В СИСТЕМАХ М2MOO4–LN2(MOO4)3–HF(MOO4)2 (M = K, TL, RB; LN = LA–LU)

Базарова Ж.Г. 1, 2 Чимитова О.Д. 1 Гроссман В.Г. 1 Базаров Б.Г. 1, 2 Тушинова Ю.Л. 1, 2
1 Байкальский институт природопользования СО РАН
2 ФГБОУ ВО «Бурятский государственный университет»
При исследовании субсолидусного строения тройных солевых систем M2MoO4–Ln2(MoO4)3–Hf(MoO4)2 (M = K, Rb, Tl) методом рентгенофазового анализа выявлено образование обширного семейства тригональных тройных молибдатов M5LnHf(MoO4)6. Настоящая статья посвящена рассмотрению закономерностей образования этих соединений. В работе прослежено влияние размерного и структурного факторов на формирование указанных фаз. Анализ результатов исследований показывает, что молибдаты состава M5LnHf(MoO4)6 (M = K, Ln = Sm–Lu; M = Tl, Rb, Ln = Ce–Lu) образуются в системах, если разница в ионных радиусах катионов находится в пределе 0,68 ≤ rM+–rLn3+ ≤0,86. Изучение систем Cs2MoO4–Ln2(MoO4)3–Hf(MoO4)2 показало, что при возрастании Δr интервал существования соединений рассматриваемого состава не увеличивается.
молибдат
калий
таллий
рубидий
лантаноид
гафний
синтез
кристаллическая структура
свойство
1. Басович О.М. Новые фазы в системах M2MoO4–Ln2(MoO4)3 (M = Ag, Tl) и Li2MoO4–M2MoO4–Ln2(MoO4)3 (M = K, Rb, Tl): автореф. дис. ... канд. хим. наук. – Иркутск, 2006. – 19 с.
2. Гроссман В.Г., Базаров Б.Г., Базарова Ж.Г. Фазовые диаграммы систем Tl2MoO4–Ln2(MoO4)3–Hf(MoO4)2, где Ln = La–Lu в субсолидусной области // Журн. неорган. химии. – 2008. – № 11. – С. 1910–1916.
3. Золотова Е.С. Синтез и физико-химические свойства двойных молибдатов щелочных и четырехвалентных элементов: автореф. дис. ... канд. хим. наук. – Новосибирск, 1986. – 25 с.
4. Клевцов П.В., Клевцова Р.Ф. Полиморфизм двойных молибдатов и вольфраматов одно- и трехвалентных металлов состава М+R3+(ЭО4)2 // Журн. неорган. химии. – 1977. – № 3. – С. 419–439.
5. Клевцова Р.Ф. Тройной молибдат таллия-магния-циркония состава Tl5Mg0,5Zr1,5(MoO4)6 // Журн. неорган. химии. – 2003. – № 9. – С. 1547–1550.
6. Романова Е.Ю. Новые двойные и тройные молибдаты в системах Ln2(MoO4)3–Hf(MoO4)2 и К2MoO4–Ln2(MoO4)3–Hf(MoO4)2 (Ln = La–Lu, Y): автореф. дис. ... канд. хим. наук. – Иркутск, 2007. – 22 с.
7. Рыбаков В.К., Трунов В.К. Исследование двойных молибдатов тяжелых щелочных и редкоземельных элементов // Журнал неорган. химии. – 1971. – № 5. – С. 1320–1325.
8. Трунов В.К., Ефремов В.А. О двойных молибдатах щелочных и трехвалентных элементов // Журн. неорган. химии. – 1971. – № 7. – С. 2026–2027.
9. Трунов В.К. Кристаллохимия и свойства двойных молибдатов и вольфраматов / В.К. Трунов, В.А. Ефремов, Ю.А. Великодный – Л.: Наука, 1986. – 173 с.
10. Чимитова О.Д. Фазовые равновесия, кристаллические структуры и электрические свойства новых тройных молибдатов в системах Rb2MoO4–Ln2(MoO4)3–Hf(MoO4)2 (Ln = La–Lu): автореф. дис. ... канд. хим. наук – Красноярск, 2008. – 23 с.
11. Shannon R.D. Revised effective ionic radii systematic studies of interatomic distances in halides and chalkogenides // Acta Crystallogr. – 1976. – Vol. A32. – P. 751–767.

При исследовании систем M2MoO4–Ln2(MoO4)3–Hf(MoO4)2 (М = K, Tl, Rb; Ln = La–Lu) [2, 6, 10] методами физико-химического анализа было выявлено образование тройных молибдатов формульного состава M5LnHf(MoO4)6 (5:1:2). Настоящая статья посвящена рассмотрению закономерностей образования этих соединений. В работе прослежено влияние размерного и структурного факторов на формирование указанных фаз.

Материалы и методы исследования

Синтез образцов осуществляли по стандартной керамической технологии из карбонатов одновалентных металлов M2CO3 (M = K, Rb, Cs), оксидов: Tl2O3 (х.ч.), Ln2O3 (99,99 % осн. вещ-ва), HfO2 и MoO3 (х.ч.). Во избежание потерь MoO3 за счет возгонки прокаливание начинали с 400 °С. M2MoO4 и Hf(MoO4)2 получали отжигом стехиометрических количеств соответствующих исходных веществ в интервале температур 400–550 и 400–700 °С в течение 50 и 100 ч соответственно. Молибдаты лантаноидов синтезировали из стехиометрических смесей оксидов лантаноидов Ln2O3 и триоксида молибдена MoO3. Отжиг проводили в интервале температур 400–1000 °С в течение 100–150 ч.

Фазообразование в системах М2MoO4–Ln2(MoO4)3–Hf(MoO4)2 (M = K, Tl, Rb; Ln = La–Lu) изучали методом «пересекающихся разрезов». Выявленные квазибинарные разрезы исследовали через 5–10 мол. %. Достижение равновесия контролировали рентгенографически. Взаимодействие в системах изучали методом рентгенофазового анализа («Advance D8» фирмы Bruker AXS c графитовым монохроматором).

Результаты исследования и их обсуждение

На рис. 1, 2 приведены характерные фазовые диаграммы систем в субсолидусной области.

Калиевые системы можно разделить на пять групп: I – La, Ce, Pr, Nd; II – Sm, Eu, Gd; III – Tb; IV – Dy, Ho, Y; V – Er, Tm, Yb, Lu (рис. 1) [6].

pic_6.tif

Рис. 1. Фазовые отношения в тройных молибдатных системах K2МоО4–Ln2(MoO4)3–Hf(MoO4)2, S1 – K5LnHf(MoO4)6, заштрихована область двухфазного равновесия

Рубидиевые и таллиевые тройные солевые системы M2MoO4–Ln2(MoO4)3–Hf(MoO4)2 разделены на 7 групп (I – La; II – Ce–Nd; III – Sm–Gd; IV – Tb; V – Dy, Ho; VI – Er–Lu; VII – Ce–Nd) (рис. 2) [10, 2].

Молибдаты М5LnHf(MoO4)6 (М = К, Rb) изоструктурны между собой и кристаллизуются в пространственной группе bazarova01.wmf. Определение структуры молибдатов проведено на монокристаллах К5LuHf(MoO4)6, Rb5LnHf(MoO4)6 (Ln = Nd, Eu, Er) [6,10]. Структура является каркасной. Для атомов молибдена характерна типичная тетраэдрическая координация. Атомы гафния имеют октаэдрическую координацию. Октаэдрически координированы и атомы лантаноидов в молибдатах. Особенностью данной группы соединений является статистическое распределение катионов Ln3+и Hf4+ по двум кристаллографическим позициям. В больших полостях каркаса размещаются два сорта однозарядного катиона с КЧ 10 и 12. Эти М-полиэдры заполняют в структуре различным образом ориентированные каналы большого сечения.

Соединения Tl5LnHf(MoO4)6 изоструктурны тройному молибдату Tl5Mg0,5Zr1,5(MoO4)6 (тригональная сингония, пр. гр. R3c) [54]. Структура представляет собой трехмерный смешанный каркас, в образовании которого участвуют MoO4-тетраэдры и (Mg, Zr)O6-октаэдры, соединяющиеся через общие кислородные вершины. В больших полостях каркаса размещаются три сорта катионов таллия.

pic_7.tif

Рис. 2. Фазовые отношения в тройных молибдатных системах M2MoO4–Ln2(MoO4)3–Hf(MoO4)2, M = Tl, Rb (S1 – M5LnHf(MoO4)6, S2 – M2LnHf2(MoO4)6,5, S3 – TlLnHf0,5(MoO4)3), заштрихована область двухфазного равновесия

Анализ результатов исследований систем M2MoO4–Ln2(MoO4)3–Hf(MoO4)2 (М = K, Rb, Tl) показывает, что молибдаты состава M5LnHf(MoO4)6 (M = K, Ln = Sm–Lu; M = Tl, Rb, Ln = Ce–Lu) образуются, если разность в ионных радиусах катионов [11] находится в пределе

bazarova02.wmf (таблица).

Разность ионных радиусов bazarova03.wmf катионов

 

La

Ce

Pr

Nd

Sm

Eu

Gd

Tb

Dy

Ho

Er

Tm

Yb

Lu

K

0,61

0,61

0,65

0,66

0,68

0,69

0,7

0,72

0,73

0,74

0,75

0,76

0,77

0,78

Rb

0,69

0,71

0,73

0,74

0,76

0,77

0,78

0,80

0,81

0,82

0,83

0,84

0,85

0,86

Tl

0,67

0,69

0,71

0,72

0,74

0,75

0,76

0,78

0,79

0,80

0,81

0,82

0,83

0,84

Сs

0,85

0,87

0,89

0,90

0,92

0,93

0,94

0,96

0,97

0,98

0,99

1,00

1,01

1,02

pic_8.tif

Рис. 3. Субсолидусное строение фазовых диаграмм систем Cs2MoO4–Ln2(MoO4)3–Hf (MoO4)2 , s2 – Cs2LnHf2(MoO4)6,5; заштрихована область двухфазного равновесия

С целью подтверждения наличия или отсутствия 5:1:2 в системах с цезием нами были изучены системы Cs2MoO4–Ln2(MoO4)3–Hf(MoO4)2 (Ln = Nd, Sm, Tb, Er). Такой выбор лантаноидов позволяет учесть известное структурное и стехиометрическое многообразие двойных молибдатов в ограняющих системах.

При исследовании систем Cs2MoO4–Ln2(MoO4)3–Hf(MoO4)2 (Ln = Nd, Sm, Tb, Er) установлено отсутствие тройных молибдатов состава 5:1:2 и выявлено образование новой группы молибдатов состава Cs2LnHf2(MoO4)6,5 (2:1:4) (рис. 3).

Таким образом, в системах Cs2MoO4–Ln2(MoO4)3–Hf(MoO4)2 (Ln = La–Lu) и M2MoO4–La2(MoO4)3–Hf(MoO4) (M = K, Rb, Tl) не наблюдается образование тройных молибдатов 5:1:2. Следовательно, при возрастании Δr интервал существования соединений рассматриваемого состава M5LnHf(MoO4)6 не увеличивается.

Рассмотрим наряду с размерным фактором влияние структурного фактора на образование тригональных тройных молибдатов M5LnHf(MoO4)6. В формировании структуры этих соединений M5LnHf(MoO4)6 (как видно из фазовых равновесий) участвуют молибдаты составов MLn(MoO4)2, M8Hf(MoO4)6, M2Hf(MoO4)3 (рис. 1, 2). Молибдаты M8Hf(MoO4)6 и M2Hf(MoO4)3 (M = Tl, Rb, Cs) образуют группы изоструктурных одноформульных соединений, а К8Hf(MoO4)6 и К2Hf(MoO4)3 имеют иное кристаллическое строение [3]. Таким образом, на процесс формирования тригональных молибдатов 5:1:2 определяющее влияние оказывает структура МLn(MoO4)2, которые в зависимости от природы M+ кристаллизуются в различных структурных типах (рис. 4) [1, 4, 7, 8, 9].

Влияние структурного фактора, наряду с размерным, на образование 5:1:2 наглядно можно демонстрировать на примере таллиевых систем. Из экспериментальных данных видно, что образование соединений Tl5LnHf(MoO4)6 наблюдается в системах, где в качестве исходных соединений используются модификации TlLn(MoO4)2, принадлежащие к структурным типам KY(MoO4)2, α-KEu(MoO4)2, моноклинно-искаженного KY(MoO4)2. Образование соединений Tl5LnHf(MoO4)6 практически невозможно, если двойные молибдаты TlLn(MoO4)2 обладают шеелитоподобной структурой, т.е. принадлежат к структурному типу CaWO4-d.

При исследовании систем М2MoO4–La2(MoO4)3–Hf(MoO4)2 (M = K, Tl, Rb) установлено, что если MLa(MoO4)2 обладают структурой типа шеелита CaWO4-d, а в двойном молибдате RbLa(MoO4)2 реализуется структура искаженного шеелита α–KSm(MoO4)2, то в системах не наблюдается образование соединений состава 5:1:2.

pic_74.wmf

Рис. 4. Структурные типы двойных молибдатов M+Ln3+ (MoO4)2

Результаты настоящего исследования позволили установить роль размерного и структурного факторов в формировании тригональных тройных молибдатов M5LnHf(MoO4)6.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант № 08-08-00958-а, 11-08-00681-а).


Библиографическая ссылка

Базарова Ж.Г., Чимитова О.Д., Гроссман В.Г., Базаров Б.Г., Тушинова Ю.Л. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ТРИГОНАЛЬНЫХ ТРОЙНЫХ МОЛИБДАТОВ M5LNHF(MOO4)6 В СИСТЕМАХ М2MOO4–LN2(MOO4)3–HF(MOO4)2 (M = K, TL, RB; LN = LA–LU) // Успехи современного естествознания. – 2016. – № 10. – С. 14-19;
URL: http://natural-sciences.ru/ru/article/view?id=36145 (дата обращения: 12.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074