Структурная деполимеризация комплексных фторидов циркония(IV)

Комплексное рассмотрение концепции структурной деполимеризации фторидных соединений металлов, являющейся основой образования комплексных фторидов металлов и формирования их кристаллических структур. Систематика кристаллических структур фторидоцирконатов.

Рубрика Химия
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 23.05.2023
Размер файла 1,8 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Структурная деполимеризация комплексных фторидов циркония(IV)

Р.Л. Давидович

Аннотация

деполимеризация фторидный соединение металл

Рассмотрена предложенная автором концепция структурной деполимеризации фторидных соединений металлов, являющейся основой образования комплексных фторидов металлов и формирования их кристаллических структур. Обсуждаются характер структурной деполимеризации комплексных фторидов циркония с катионами K+, гуанидиния и этилендиаммония, влияние кислотности среды и термической обработки на процесс полимеризации комплексных фторидов циркония с дискретными комплексными анионами и применение предложенной концепции для систематики кристаллических структур фторидоцирконатов(^).

Ключевые слова: цирконий(^), фторид, гуанидиний, этилендиаммоний, комплексное соединение, структура, концепция, деполимеризация

Structural depolymerization of zirconium(IV) fluoride complexes

R.L. Davidovich

Abstract

Suggested by the author the concept of structural depolymerization of metal fluoride compounds, which is a basis for the formation of metal fluoride complexes and their crystal structures, was considered. The character of the structural depolymerization of fluoride zirconium complexes with K+, guanidinium and ethylenediammonium cations, the influence of the medium acidity and heat treatment on the polymerization of zirconium fluoride complexes with discrete complex anions and the use of the proposed concept for the systematics of the crystal structures of fluoridozirconates(IV) are being discussed.

Keywords: zirconium(IV), fluoride, guanidinium, ethylenediammonium, complex, structure, concept, depolymerization

Введение

Неорганические фториды, в том числе и комплексные фториды металлов, играющие важную роль в современной технике и технологии, представляют собой обширный класс неорганических соединений. На основании выполненных систематических фундаментальных исследований по химии и строению комплексных фторидов металлов III-V групп Периодической системы установлена связь между условием их образования, составом и строением, обоснована и сформулирована концепция структурной деполимеризации фторидных соединений металлов, являющейся основой образования комплексных фторидов металлов и формирования их кристаллических структур [1].

Многие переходные металлы по отношению к фтору как лиганду имеют большие координационные числа (КЧ) (6-9). При образовании так называемых простых фторидов металлов в кристаллическом состоянии, когда количество атомов F недостаточно для насыщения координационной емкости металла монодентатными связями, формируются полимерные образования с фторидными мостиковыми связями. При действии на фтористое соединение металла, содержащее мостиковые связи A-F-A, фторид-ионами, обладающими большим сродством к металлу A, чем мостиковые атомы фтора, мостиковые связи в этих соединениях разрываются и полимерные образования последовательно деполимеризуются. Таким образом, образование комплексных фторидов металлов при взаимодействии F--ионов и AFn или F--ионов и MnAFm в зависимости от мольного отношения реагирующих компонентов можно представить как процесс последовательной трансформации фторидного соединения под действием фторид-ионов. Предложенная концепция обоснована на основании анализа кристаллических структур полных рядов комплексных фторидов циркония и гафния [2, 3] с одинаковыми внешне- сферными катионами.

За степень полимеризации кристаллической структуры (е) условно принято отношение числа мостиковых атомов фтора (лиганда) к числу концевых атомов фтора (лиганда) в структурном фрагменте комплексного соединения. Например, для соединения a-ZrF4, в котором каждый атом Zr окружен 8 атомами F (структурный фрагмент ZrFQ/1F8/2) и все атомы фтора являются мостиковыми, степень полимеризации структуры е = Fjj : Fj. = 8 : 0 = да. Для Rb2ZrF6 или K3ZrF7 со структурными фрагментами соответственно ZrF6/1FQ/2 и ZrF7/1FQ/2, в которых мостиковые атомы F отсутствуют, е = 0. Структуры комплексных фторидов, в которых структурные фрагменты содержат как концевые, так и мостиковые атомы фтора (лиганда), характеризуются величиной степени полимеризации, лежащей в интервале 0 < є < да.

В наиболее чистом виде процесс деполимеризации фторидных соединений металлов протекает в расплаве, где взаимодействие между F--ионами и AFn не осложнено присутствием растворителя. Из расплава получены многие ряды фторидоцирконатов, в том числе фторидоцирконаты калия и бария, и фторидогафнатов. Большинство комплексных фторидов циркония и гафния синтезировано в водном растворе. Молекулы H2O в определенных условиях, когда количество атомов фтора недостаточно для насыщения координационной емкости циркония, могут вступать во взаимодействие с центральным атомом, образуя с ним координационную связь.

Структурная деполимеризация комплексных фторидов циркония детально рассмотрена в серийном сборнике научных трудов «Проблемы кристаллохимии 1990» [4] и в монографии [5].

В 2001 г. опубликована работа [6], в которой содержатся положения, сходные с положениями концепции структурной деполимеризации. Авторами предложен практический формализм, позволяющий манипулировать с кристаллическими структурами твердых тел, названный «dimensional reduction» - «уменьшение размерности». Как и в концепции структурной деполимеризации, в предложенном практическом формализме «уменьшение размерности» используется каркасное соединение MXx, названное родительским, которое реакцией с ионным реагентом AaX превращается в соединение AnaMXx+n, названное детским. Добавленные ионные реагенты разрушают мостиковые связи M-X-M, образуя менее связанный каркас, сохраняющий, по мнению авторов [6], координационную геометрию металла и характер связей полиэдров такими, как в оригинальной родительской структуре.

В работе [6] приведены многочисленные примеры трансформации кристаллической структуры для различных классов соединений. Пути превращения кристаллических структур рассмотрены формально, механизм, обусловливающий эти превращения, не рассматривается и не обсуждается. Приведенные в работе [6] положения не могут служить для целенаправленного синтеза новых соединений с заданной структурой. Предложенная концепция структурной деполимеризации фторидов металлов [1] имеет существенное преимущество перед работой [6]. Она не только позволяет проследить за структурными изменениями в данном ряду комплексных соединений с одним и тем же внешнесферным катионом, но и указывает на механизм этих превращений, что является основой для целенаправленного синтеза новых соединений с заданной кристаллической структурой.

Результаты исследования структурной деполимеризации комплексных фторидов циркония опубликованы в малодоступных изданиях, поэтому автор посчитал целесообразным основные результаты этих исследований, которые переработаны и дополнены, представить в виде журнальной статьи.

Структурная деполимеризация фторидоцирконатов(^)

Структурная деполимеризация фторидоцирконатов(ІУ) калия

Фторидоцирконаты калия сравнительно хорошо изучены, как методами химического, так и рентгеноструктурного анализов. В системе KF-ZrF4 [7] установлено образование соединений K3ZrF7, K2ZrF6, K3Zr2Fn, KZrF5 и KZr2F9. К моменту опубликования работы [4] были известны кристаллические структуры K2ZrF6 и K3Z- rF7 [2].

Соединение K2ZrF6 [2] кристаллизуется в моноклинной сингонии, пр. гр. C2/c. Каждый атом циркония в структуре окружен восемью атомами F, четыре из которых являются мостиковыми. Координационный полиэдр имеет форму додекаэдра. Объединяясь общими ребрами F-F, полиэдры ZrF8 образуют бесконечные цепи №]п (рис. 1, а).

Кристаллическая структура K3ZrF7 [2] идентична (NH4)3ZrF7 [2]. Кубические кристаллы K3ZrF7 относятся к пространственной группе Fm3m. В структуре K3ZrF7 содержатся изолированные искаженные комплексные анионы [ZrF7]3- в форме пентагональной бипирамиды (рис. 1, б).

Исходя из предложенной концепции структурной деполимеризации фторидных соединений металлов, следовало ожидать, что по сравнению со структурой K2ZrF6 кристаллическая структура KZrF5 должна быть более полимеризована и содержать группы ZrF8, связанные фторидными мостиковыми связями. Результаты определения кристаллической структуры KZrF5 [8] подтвердили сделанные предположения.

Атомы Zr в структуре KZrF5 (рис. 1, в) имеют восьмерную координацию и образуют полиэдры ZrF8 в форме додекаэдра. Два ребра каждого додекаэдра в структуре делятся с двумя соседними полиэдрами, и две вершины полиэдра делятся с двумя другими додекаэдрами, что приводит к образованию бесконечных слоев. Таким образом, в каждой группе ZrF8 кристаллической структуры KZrF5 на 6 мо- стиковых атомов F в полиэдре приходится 2 концевых атома F и, следовательно, степень полимеризации структуры є = 3 (табл. 1).

Таблица 1. Структурная деполимеризация фторидоцирконатов(ІУ) калия

MF : ZrF

4 в системе

Соединение

КЧ

Zr

Структурный фрагмент

є

Состав, строение комплексного аниона

Ассоциация*

Источник

0 : 1

a-ZrF4

4

8

ZrF0/1F8/2

да

[ZrF4]n каркас

[9]

1 : 1

KZrF5

8

^2/Л/2

3

[ZrFJn', слой

[8]

2 : 1

K2&F6

8

ZrF4/1F4/2

1

[ZrF6]n2-, цепь

[2]

3 : 1

K3&F7

7

^7/Л/2

0

[ZrF7]3-, мономер

-

[2]

* В - вершина, Р - ребро.

К настоящему времени кристаллические структуры комплексных фторидов K3Zr2F11 и KZr2F9, образующихся в системе KF-ZrF4, не исследованы. Исходя из анализа описанных выше кристаллических структур фторидоцирконатов калия и положений концепции структурной деполимеризации фторидов металлов, можно полагать, что соединение K3Zr2F11 должно иметь слоистую полимерную структуру, образованную из групп ZrF8, соединенных друг с другом пятью мостиковыми атомами F. Соединение KZr2F9 должно быть построено из полиэдров ZrF8 с семью мостиковыми и одним концевым атомами F.

Рис. 1. Фрагменты кристаллических структур фторидоцирконатов(№) калия: K2ZrF6 (а), K3ZrF7 (б), KZrF5 (в)

Структурная деполимеризация фторидоцирконатов(ГУ) гуанидиния и этилендиаммония

Для комплексных фторидов циркония и гафния, получаемых из раствора фтористоводородной кислоты, в том числе гидротермальным методом, наблюдается та же тенденция последовательной деполимеризации соединения по мере увеличения мольного отношения реагирующих компонентов в системе. Из водного раствора фтористоводородной кислоты получено несколько типов комплексных фторидов циркония с протонированными катионами органических оснований.

В гибридных органических-неорганических комплексных фторидах циркония выявлена та же тенденция последовательной трансформации комплексного соединения при переходе от пента- к гекса- и от гекса- к гептафторидоцирконатам(ІУ).

В работах [10, 11] описаны синтез и исследование фторидоцирконатов гуанидиния и этилендиаммония, относящихся к пентафторидо-, гексафторидо- и гептафторидокомплексам. Были определены кристаллические структуры гексафторидоцирконата гуанидиния, (CN3H6)2ZrF6, и гексафторидоцирконата этилендиаммония, (C2N2H10)ZrFg [2], имеющих одинаковую кристаллическую структуру, построенную из островных димерных комплексных анионов [Zr2F12]4-, катионов CN3H6+ и, соответственно, C2N2H102+. Димерные комплексы [Zr2F12]4- составлены из двух пентагональных бипирамид, соединенных общим ребром F-F (рис. 2, б, 3, б). В полиэдрах атомов циркония, образующих димерные комплексы, на пять концевых атомов F приходится два мостиковых атома фтора, степень полимеризации этих кристаллических структур равна 0,4. Образование гептафторидоцирконатов (CN3H6)3ZrF7 и (C2N2H10)3(ZrF7)y2H2O, обусловленное увеличением содержания фторид-ионов в растворе (табл. 2, 3), сопровождается разрывом общего ребра в димерных комплексных анионах, и структуры с димерными комплексами превращаются в структуры с островными мономерными комплексными анионами [ZrF7]3- (е = 0) (рис. 2, в, 3, в).

Таблица 2. Структурные превращения фторидоцирконатов(ГУ) гуанидиния

Отношение GuF : ZrF4 в системе

Соединение

КЧ

Zr

Структурный фрагмент

е

Состав и строение комплексного аниона

Ассоциация

Источник

0 : 1

a-ZiF^

8

ZiF^F^

да

[Z^, каркас

[9]

0,5 : 1

(И^^^

8

ZrFMFM

3

[Zr6F30]n6-, каркас

[12]

2 : 1

(CN3H6)2ZrF6

7

ZrF^F^

0,4

[Zr2F12]4', димер

Р

[2]

> 4 : 1

(CN3H6)

3

ZrF7

7

ZrF7/1F0/2

[ZrF7f, мономер

[2]

С целью дальнейшего обоснования предложенной концепции структурной деполимеризации на примере структурного ряда фторидоцирконатов гуанидиния разработан метод получения пентафторидоцирконата гуанидиния в виде монокристаллов, пригодных для рентгеноструктурных исследований, и определена его кристаллическая структура [12].

Кристаллическая структура пентафторидоцирконата гуанидиния-гидроксония (CN3H6)5(H3O)(ZrF5)6 (рис. 2, а) представляет собой трехмерный каркас [Zr6F30]n6-, в пустотах которого расположены катионы CN3H6+ и H3O+. Каждый комплекс [Zr6F30]6- составлен из шести ZrF8 групп. Шесть (по два) из восьми координированных атомом Zr атомов F обобществлены с тремя соседними атомами циркония. Два атома F в каждой группе (полиэдре) являются концевыми. Степень полимеризации структуры (CN3H6)5(H3O)(ZrF5)6 е = 3.

Рис. 2. Фрагменты кристаллических структур фторидоцирконатов(ІУ) гуанидиния: (CN3H6)5(H3O)(ZrF5)6 (а), (CN^Zr^ (б), (CN3H6)3ZrF7 (в)

Рис. 3. Фрагменты кристаллических структур фторидоцирконатов(ІУ) этилендиаммония: (C2N2H10)(ZrF5)2-H2O (а), (C2N2H1o)ZrF6 (<* (C2N2HM)3(ZrF7)2'2H2O в

В процессе структурной трансформации в ряду фторидоцирконатов гуанидиния под действием F--ионов имеет место превращение каркасной структуры a-ZrF4 (КЧ 8) со структурными фрагментами ZrF0/1F8/2 (е = да) в каркасную структуру (CN3H6)5(H3O)(ZrF5)6 (КЧ 8) со структурными фрагментами ZrF2/1F6/2 (е = 3) и далее в структуру (CN3H6)2ZrF6 (КЧ 7) с димерными комплексными анионами [Zr2F12]4-, составленными из групп ZrF5/1F2/2 (е = 0,4) с общим ребром F-F. Деполимеризация (CN3H6)2ZrF6 сопровождается разрывом общего ребра в димере, и комплексные анионы [Zr2F12]4- превращаются в мономерные комплексные анионы [ZrF7]3- (е = 0), составляющие основу кристаллической структуры (CN3H6)3ZrF7 [2] (КЧ 7) (рис. 2, в).

Кристаллическая структура (C2N2H10)(ZrF5)yH2O [13] образована из полимерных анионных слоев [Zr2F10]n2-, между которыми расположены катионы C2N2H102+ и кристаллизационные молекулы H2O. В полимерном слое додекаэдрические группы ZrF8 делят три общих ребра с соседними полиэдрами. На каждый атом Zr в структуре приходится по 6 мостиковых и по два концевых атома F (е = 3). Характер структурного превращения фторидоцирконатов этилендиаммония в целом аналогичен структурному превращению фторидоцирконатов гуанидиния (табл. 3).

Таблица 3. Структурная трансформация фторидоцирконатов(ГУ) этилендиаммония

Отношение EnF2 : ZrF4 в системе

Соединение

КЧ

Zr

Структурный фрагмент

е

Состав и строение комплексного аниона

Ассоциация

Источник

0 : 1

a-ZrF4

8

7rF F

0/Г 8/2

[Z^],,, каркас

[9]

0,5 : 1

(C2N2H10)(ZrF5)2-H2O

8

ZrF F

^1Г2/Г 6/2

3

[Zr2Flo]„^ слой

[13]

2-4 : 1

(C2N2H20)ZrF6

7

ZrF F

^1Г5/Г2/2

0,4

[Zr2F12]4-, димер

Р

[2]

> 20 : 1

(CNA0VZrF7V2H2°

7

ZrF F

¦^1Г7/1Г0/2

0

[ZrF7]3-, мономер

-

[2]

Важным следствием, вытекающим из предложенного деполимеризационного механизма образования комплексных фторидов переходных металлов, является характер поведения координационного числа центрального атома в процессе структурной деполимеризации. Анализ литературных данных и исследованных кристаллических структур комплексных фторидов циркония показывает, что в процессе структурной деполимеризации координационное число циркония остается неизменным или же уменьшается. Ни в одной из известных структур фторидоцирконатов не наблюдается увеличение координационного числа центрального атома при переходе от более полимеризованного продукта к менее полимеризо- ванному. В ряду комплексных фторидов циркония увеличение координационного числа комплексообразователя имеет место только в случае перехода из одного типа островных структур, например гексафторидоцирконатов с дискретными октаэдрическими комплексными анионами, в другой тип островных структур, также содержащих дискретные комплексные анионы, например гепта- или октафтори- докомплексы.

Влияние кислотности среды и термической обработки на процесс полимеризации комплексных фторидов циркония

В отличие от фторид-ионов, оказывающих деполимеризующее действие на фтористые соединения переходных металлов, кислотность раствора влияет противоположно, приводя к образованию более полимеризованных продуктов. Нами предложен метод получения комплексных фторидов полимерного строения, основанный на действии минеральных кислот на фтористые соединения металлов с дискретными комплексными анионами [14].

Увеличение степени полимеризации имеет место также во фтористых соединениях металлов, которые в процессе нагревания претерпевают полиморфные превращения или же переходят в соединения иного состава. Влияние полиморфных превращений на степень полимеризации структуры рассмотрено на примере фторидоцирконатов бария (табл. 4). Низкотемпературная модификация a-BaZrF6 имеет димерную структуру, которая образована из изолированных комплексных анионов [Zr2F12]4-, представляющих собой две одношапочные тригональные призмы, соединенные общим ребром F-F, и катионов Ba2+ [15]. Из семи атомов фтора, входящих в координационный полиэдр циркония, два атома фтора являются мостиковыми, а пять атомов фтора - концевыми (е = 0,4). Переход в высокотемпературную модификацию yS-BaZrF6 (544 °С) сопровождается значительным изменением структуры. Кристаллическая структура yS-BaZrF6 [16] содержит бесконечные цепи [ZrF6]n2- из реберносвязанных групп ZrF8, каждая из которых содержит четыре мостиковых и четыре концевых атома фтора (е = 1). Таким образом, при преобразовании низкотемпературной модификации a-BaZrF6 в высокотемпературную модификацию ^-BaZrF6 возрастает координационное число циркония с 7 до 8 и увеличивается степень полимеризации структуры. При этом структура с димерными комплексными анионами переходит в структуру с бесконечными полимерными цепями.

Таблица 4. Структурная полимеризация фторидных комплексных соединений циркония(ІУ)

Т oC

Соединение

КЧ

Zr

Структурный фрагмент

е

Состав, строение комплексного аниона

Ассоциация

Источник

25

a-BaZrF,

6

7

7rF F

^1Г5/Г 2/2

0,4

[Zr2F12]4-, димер

р

[15]

544

e-BaZrF6

8

ZrF4/1F4/2

1

[ZrFJn2', цепь

[16]

22

ZrF4-3H2O

8

ZrF3/1O3/1F2/2

0,33

[Zr2F8(H2O)6], димер

Р

[17]

24

(H3O)2ZrF6

8

ZrF F

4/1 4/2

1

[ZrFJn2', цепь

[18]

140-160

ZrF4-H2O

8

ZrF O F

2/1 2/2 4/2

3

[ZrF4(H2O)]n, каркас

[19]

340-360

a-ZrF4

8

ZrF F ^ir0/r 8/2

каркас

[9]

Структурные превращения, сопровождающиеся увеличением степени полимеризации кристаллической структуры, имеют место при ступенчатой дегидратации ZrFy3H2O или при термическом разложении (H3O)2ZrF6. В обоих случаях в качестве промежуточных и конечных продуктов образуются одни и те же соединения ZrFyH2O и a-ZrF4 (табл. 4).

Соединение ZrFy3H2O при 140-160 °С отщепляет две молекулы H2O и превращается в ZrFyH2O. Образование безводного тетрафторида циркония в результате дегидратации ZrFyH2O имеет место при 340-360 °С. Термическое разложение (H3O)2ZrF6 протекает примерно при тех же температурах, что и дегидратация ZrF4-3H2O.

Кристаллическая структура ZrFy3H2O [17] образована из димерных комплексов [Zr2F8(H2O)6], объединенных водородными связями в трехмерный каркас. Каждый комплекс составлен из двух групп ZrF5(H2O)3, соединенных общим ребром F-F. В полиэдре атома циркония на два мостиковых атома F приходится три концевых атома F и три концевые молекулы H2O (е = 0,33).

Кристаллическая. структура (H3O)2ZrF6 [18] образована из бесконечных цепей [ZrF6]n2-, направленных параллельно друг другу вдоль координатной оси х, и катионов H3O+, расположенных между цепями. Общими ребрами F(2)'-F(2) полиэдры ZrF8 объединяются в цепи (е = 1).

Образование ZrF4-H2O в результате дегидратации ZrFy3H2O или термического разложения (H3O)2ZrF6 сопровождается повышением степени полимеризации структуры, представляющей собой трехмерный каркас. Кристаллическая структура ZrF4-H2O образована из додекаэдрических групп ZrF6(H2O)2, которые шестью вершинами соединяются с шестью соседними такими же группами [19]. В каждом полиэдре ZrF6(H2O)2 содержится четыре мостиковых, два концевых атома фтора и две мостиковые молекулы H2O. Следовательно, для структуры ZrFyH2O є = 3. Безводный a-ZrF4 также имеет каркасную структуру. Однако, в отличие от структуры ZrFyH2O, структура a-ZrF4 [9], в которой все атомы фтора являются мостиковыми, значительно более полимеризована (є = да). Таким образом, в результате дегидратации ZrF4-3H2O или термического разложения (H3O)2ZrF6 димерная (ZrFy3H2O) или цепочная ((H3O)2ZrF6) структуры превращаются в каркасную - ZrFyH2O, которая при дальнейшей дегидратации переходит также в каркасную структуру a-ZrF4, но более полимеризованную.

Для целенаправленного синтеза комплексных фторидов циркония необходимо учитывать, как деполимеризующее действие фторид-ионов, так и кислотность раствора или термическую обработку вещества, вызывающие противоположный эффект.

Структурная деполимеризация - основа систематики кристаллических структур комплексных фторидов металлов

Проведенная систематизация кристаллических структур фторидоцирконатов, основанная на составе соединения (отношение лиганд : цирконий), не позволила вскрыть закономерностей образования данного класса веществ и предсказать характер кристаллической структуры неисследованных фторидокомплексов. Установленная закономерность образования комплексных фторидов переходных металлов и формирования их кристаллических структур путем последовательной деполимеризации фторидного соединения под действием фторид-ионов позволяет подойти к проблеме систематики кристаллических структур на основе концепции структурной деполимеризации фторидных соединений металлов, отражающей генетическую связь данного класса соединений.

Структурные фрагменты деполимеризации, являющиеся основой формирования кристаллических структур фторидоцирконатов, в виде координационных формул представлены в статье [20]. Атомы фтора (лиганда) в них разделены на концевые и мостиковые. Концевые атомы F (Lig), обозначение для которых в координационной формуле следует непосредственно за символом Zr, связаны с одним атомом металла, а мостиковые атомы F объединяют два атома циркония. Соответственно числа 1 и 2 в знаменателе дроби при этих лигандах указывают на количество атомов металла, с которым связан данный тип лиганда, а числитель указывает на количество атомов фтора (лиганда) данного сорта. При этом общее количество атомов F (Lig) (сумма чисел в числителе) равно координационному числу центрального атома. В процессе структурной деполимеризации фторидоцирконатов мостиковые атомы фтора последовательно замещаются на концевые атомы фтора или иного лиганда.

Характерной особенностью рассматриваемых фрагментов структурной деполимеризации является то, что они непосредственно указывают на степень полимеризации кристаллической структуры фторидоцирконата (отношение чисел в числителе дроби у мостиковых и концевых атомов фтора (лиганда)). В кристаллической структуре фрагменты могут объединяться между собой посредством общих вершин, общих ребер или общих треугольных граней. В зависимости от характера ассоциации структурных фрагментов может реализоваться тот или иной структурный мотив: каркасный, слоистый, цепочный или димерный.

Рассмотренный на примерах кристаллических структур фторидоцирконатов предложенный деполимеризационный механизм образования комплексных фторидов переходных металлов и формирования их кристаллических структур может быть распространен на другие элементы, простые фториды которых в кристаллическом состоянии имеют полимерное строение. Предложенная концепция структурной деполимеризации фторидных соединений металлов успешно была применена к комплексным фторидам уранила [21], а также при анализе образования и строения фториндатных стекол [22].

Исходя из концепции структурной деполимеризации предложена систематика кристаллических структур фторидоцирконатов [4], отражающая генетическую связь соединений данного класса веществ. Она позволяет осуществлять целенаправленный синтез новых групп комплексных фторидов, выявлять новые структурные мотивы в ряду соединений с одинаковым химическим составом и предсказывать тип кристаллической структуры для структурно не исследованных соединений. Положенные в основу систематики фторидоцирконатов принципы структурной деполимеризации с успехом могут быть использованы для систематики кристаллических структур других классов комплексных фторидов.

За последние годы определены кристаллические структуры большого числа комплексных фторидов циркония и гафния, как в Институте химии ДВО РАН, так и зарубежными авторами, подтвердившие положения предложенной концепции структурной деполимеризации фторидных соединений металлов.

Заключение

Рассмотрена предложенная автором статьи концепция структурной деполимеризации фторидных соединений металлов под действием фторид-ионов, являющейся основой образования комплексных фторидов металлов и формирования их кристаллических структур. Обсуждаются характер структурной деполимеризации комплексных фторидов циркония с катионами K+, гуанидиния и этилендиаммония, влияние кислотности среды и термической обработки на процесс полимеризации комплексных фторидов циркония с дискретными комплексными анионами и применение предложенной концепции структурной деполимеризации как основы для систематики кристаллических структур фторидоцирконатов(ГУ).

Список источников

1. Давидович Р.Л. Деполимеризующее действие фторид-ионов на фтористые соединения переходных металлов // Коорд. химия. 1986. Т 12, № 2. С. 281-282.

2. Давидович Р.Л. Стереохимия комплексных фторидов циркония и гафния // Коорд. химия. 1998. Т 24, № 11. С. 803-821.

3. Давидович Р.Л. Стереохимия разнолигандных фторсодержащих комплексных соединений циркония и гафния // Коорд. химия. 1999. Т. 25, № 4. С. 243-255.

4. Давидович Р.Л. Структурная деполимеризация и систематика кристаллических структур фторцирконатов // Проблемы кристаллохимии 1990 / отв. ред. М.А. Порай-Кошиц. М.: Наука, 1990. С. 48-81.

5. Давидович Р.Л., Сергиенко В.И. Структурная химия комплексных фторидов титана(^), циркония(^) и гафния(^). Владивосток: Дальнаука, 2016. 176 с.

6. Tulsky E.G., Long J.R. Dimensional reduction: a practical formalism for manipulating solid structures // Chem. Mater. 2001. Vol. 13, N 4. P. 1149-1166. DOI: 10.1021/cm0007858.

7. Коренев Ю.М., Говоров В.В., Косоруков А.А., Риязур Р, Новоселова А.В. О взаимодействии тетрафторидов гафния и циркония с некоторыми фторидами щелочных металлов // Изв. СО АН СССР. Сер. хим. наук. 1968. № 2. С. 10-14.

8. Gaumet V, El-Ghozzi M., Avignant D. Crystal structure of KZrF5 // Eur. J. Solid State Inorg. Chem. 1997. Vol. 34, N 3. P 283-293.

9. Papiernik R., Mercurio D., Frit B. Structure du tetrafluorure de zirconium, ZrF4 a // Acta Crystallogr. 1982. Vol. B38, pt 9. P 2347-2353. DOI: 10.1107/S0567740882008760.

10. Давидович Р.Л., Медков М.А., Ризаева М.Д., Буквецкий Б.В. Фтороцирконаты гуанидиния и аминогуанидиния // Изв. АН СССР Сер. химическая. 1982. № 7. С. 1447-1452.

11. Медков М.А., Давидович Р.Л., Ризаева М.Д., Кондратюк И.П., Буквецкий Б.В. Фтороцирконаты этилендиаммония // Изв. АН СССР Сер. химическая. 1980. № 8. С. 1703-1708.

12. Герасименко А.В., Буквецкий Б.В., Логвинова В.Б., Давидович Р.Л. Кристаллическая структура пентафтороцирконата гуанидиния-гидроксония // Коорд. химия. 1996. Т 22, № 8. С. 584-590.

13. Sykora R.E., Ruf M., Albrecht-Schmitt T.E. Organically templated zirconium fluorides: hydrothermal syntheses, structural relationships, and thermal behavior of (C2H10N2)Zr2F10-H2O and (C4H12N2) ZrF6-H2O // J. Solid State Chem. 2001. Vol. 159, N 1. P 198-203. DOI: 10.1006/jssc.2001.9151.

14. Давидович Р.Л., Буслаев Ю.А. Сольволитические реакции комплексных фторидов уранила // Докл. АН СССР. 1970. Т 191, № 2. С. 355-357.

15. Laval J.-P, Papiernik R., Frit B. BaZrF6 a: Une structure a anion complexe [Zr2F12]4- // Acta Crystallogr. 1978. Vol. B34, pt 4. P 1070-1074. DOI: 10.1107/S056774087800494X.

16. Mehlhorn B., Hoppe R. Neue Hexafluorozirkonate(IV): BaZrF6, PbZrF6, EuZrF6, SrZrF6 // Z. Anorg. Allg. Chem. 1976. Vol. 425, N 2. P 180-188. DOI: 10.1002/zaac.19764250213.

17. Gabela F., Kojic-Prodic B., Sljukic M., Ruzic-Toros Z. Refinement of the crystal structure of di-p-fluoro-hexafluorohexaaquadizirconium(IV), Zr2F8(H2O)6 // Acta Crystallogr. 1977. Vol. B33, pt 12. P 3733-3736. DOI: 10.1107/S0567740877011960.

18. Давидович Р.Л., Герасименко А.В., Буквецкий Б.В., Логвинова В.Б., Буслаев Ю.А. Кристаллическая структура гексафтороцирконата гидроксония // Коорд. химия. 1987. Т. 13, № 5. С. 706-709.

19. Kojic-Prodic B., Gabela F., Ruzic-Toros Z., Sljukic M. Structure of aquatetrafluorozirconium(IV) // Acta Crystallogr. 1981. Vol. B37, pt 11. P 1963-1965. DOI: 10.1107/S0567740881007772.

20. Jensen W.B. Crystal coordination formulas: A flexible notation for the interpretation of solid-state structures // The Structures of Binary Compounds. North Holland: Elsevier Sci. Publ. B.V., 1989. Vol. 2, chap. II. P 105-146. DOI: 10.1016/B978-0-444-87478-8.50006-2.

21. Давидович Р Л. Структурная деполимеризация комплексных фторидов уранила // Коорд. химия. 1998. Т 24, № 3. С. 206-209.

22. Федоров П.П., Закалюкин РМ., Игнатьева Л.Н., Бузник В.М. Фториндатные стекла // Успехи химии. 2000. Т. 69, № 8. С. 767-779.

References

1. Davidovich R.L. Depolimerizuyushchee dejstvie ftorid-ionov na ftoristye soedineniya perekhodnyh metallov. Koordinacionnaya khimiya. 1986;12(2):281-282. (In Russ.).

2. Davidovich R.L. Stereochemistry of Zirconium and Hafnium Fluoro Complexes. Russ. J. Coord. Chem. 1998;24(11):751-768.

3. Davidovich R.L. Stereochemistry of Heteroligand Fluoro-containing Complex Compounds of Zirconium and Hafnium. Russ. J. Coord. Chem. 1999;25(4):225-236.

4. Davidovich R.L. Strukturnaya depolimerizatsiya i sistematika kristallicheskih struktur ftort- sirkonatov. In: Poraj-Koshits M.A. (ed.). Problemy kristallokhimii 1990 = Problems of Crystal Chemistry 1990. Moscow: Nauka; 1990. P 48-81. (In Russ.).

5. Davidovich R.L., Sergienko VI. Struktumaya khimiya kompleksnyh ftoridov titana(IV), tsirkoniya(IV) i gafniya(IV). Vladivostok: Dal'nauka, 2016. 176 p. (In Russ.).

6. Tulsky E.G., Long J.R. Dimensional reduction: a practical formalism for manipulating solid structures. Chem. Mater. 2001;13(4):1149-1166. DOI: 10.1021/cm0007858.

7. Korenev Yu.M., Govorov V.V., Kosorukov A.A., Riyazur R., Novoselova A.V O vzaimodeistvii tetraftoridov gafniya i tsirkoniya s nekotorymi ftoridami shchelochnyh metallov. Izvestiya Sibirskogo ot- deleniya Akademii naukSSSR. Seriya himicheskih nauk. 1968;(2):10-14. (In Russ.).

8. Gaumet V, El-Ghozzi M., Avignant D. Crystal structure of KZrF5. Eur. J. Solid State Inorg. Chem. 1997;34(3):283-293.

9. Papiernik R., Mercurio D., Frit B. Structure du tetrafluorure de zirconium, ZrF4 a. Acta Crystallogr. 1982;B38(9):2347-2353. DOI: 10.1107/S0567740882008760.

10. Davidovich R.L., Medkov M.A., Rizaeva M.D., Bukvetskii B.V Guanidine and aminoguanidine fluozirconates. Bull. Acad. Sci. USSR. Div. chem. sci. 1982;31(7):1291-1295. DOI: 10.1007/BF00954137.

11. Medkov M.A., Davidovich R.L., Rizaeva M.D., Kondratyuk I.P., Bukvetskii B.V Ftorotsirkonaty etylendiammoniya. Izvestiya Akademii nauk SSSR. Seriya khimicheskaya. 1980;(8):1703-1708. (In Russ.).

12. Gerasimenko A.V, Bukvetskii B.V, Logvinova VB., Davidovich R.L. Kristallicheskaya struktura pentaftorotsirkonata guanidiniya-gidroksoniya. Koordinatsionnaya khimiya. 1996;22(8):584-590. (In Russ.).

13. Sykora R.E., Ruf M., Albrecht-Schmitt T.E. Organically templated zirconium fluorides: hydrothermal syntheses, structural relationships, and thermal behavior of (C2H10N2)Zr2F10-H2O and (C4H12N2) ZrF6-H2O. J. Solid State Chem. 2001;159(1):198-203. DOI: 10.1006/jssc.2001.9151.

14. Davidovich R.L., Buslaev Yu.A. Sol'voliticheskie reaktsii kompleksnyh ftoridov uranyla. Doklady Akademii nauk SSSR. 1970;191(2):355-357. (In Russ.).

15. Laval J.-P., Papiernik R., Frit B. BaZrF6 a: Une structure a anion complexe [Zr2F12]4-. Acta Crystallogr. 1978;B34(4):1070-1074. DOI: 10.1107/S056774087800494X.

16. Mehlhorn B., Hoppe R. Neue Hexafluorozirkonate(IV): BaZrF6, PbZrF6, EuZrF6, SrZrF6. Z. Anorg. Allg. Chem. 1976;425(2):180-188. DOI: 10.1002/zaac.19764250213.

17. Gabela F., Kojic-Prodic B., Sljukic M., Ruzic-Toros Z. Refinement of the crystal structure of di- ^-fluoro-hexafluorohexaaquadizirconium(IV), Zr2F8(H2O)6. Acta Crystallogr. 1977;B33(12):3733-3736. DOI: 10.1107/S0567740877011960.

18. Davidovich R.L., Gerasimenko A.V., Bukvetskii B.V., Logvinova V.B., Buslaev Yu.A. Kristallicheskaya struktura geksaftorotsirkonata gidroksoniya. Koordinacionnaya khimiya. 1987;13(5):706-709. (In Russ.).

19. Kojic-Prodic B., Gabela F., Ruzic-Toros Z., Sljukic M. Structure of aquatetrafluorozirconium(IV). Acta Crystallogr. 1981; B37(11):1963-1965. DOI: 10.1107/S0567740881007772.

20. Jensen W.B. Crystal coordination formulas: A flexible notation for the interpretation of solid-state structures. In: The Structures of Binary Compounds. North Holland: Elsevier Sci. Publ. B.V; 1989. Vol. 2, chap. 2. P. 105-146. DOI: 10.1016/B978-0-444-87478-8.50006-2.

21. Davidovich R.L. Structural Depolymerization of Complex Uranyl Fluorides. Russ. J. Coord. Chem. 1998;24(3):192-195.

22. Fedorov P.P., Zakalyukin R.M., Ignat'eva L.N., Buznik V.M. Fluoroindate glasses. Russ. Chem. Revs. 2000;69(8):705-716. DOI: 10.1070/RC2000v069n08ABEH000582.

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Общая характеристика комплексных соединений металлов. Некоторые типы комплексных соединений. Комплексные соединения в растворах. Характеристика их реакционной способности. Специальные системы составления химических названий комплексных соединений.

    контрольная работа [28,1 K], добавлен 11.11.2009

  • Межмолекулярные взаимодействия. Водородная связь. Классификация кристаллических тел. Плотнейшие и плотные кристаллические упаковки. Структуры металлов, металлический радиус. Полиморфизм металлов. Энергетические зоны в кристаллах. Интерметаллиды.

    лекция [1015,8 K], добавлен 18.10.2013

  • Положение металлов в периодической системе Д.И. Менделеева. Строение атомов металлов и их кристаллических решеток. Физические свойства металлов и общие химические свойства. Электрохимический ряд напряжения и коррозия металлов. Реакции с другими веществами

    презентация [1,8 M], добавлен 29.04.2011

  • Сущность и общие сведения о комплексных соединениях. Методы получения этих химических соединений и их свойства. Применение в химическом анализе, в технологии получения ряда металлов, для разделения смесей элементов. Практические опыты и итоги реакций.

    лабораторная работа [26,7 K], добавлен 16.12.2013

  • Кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов и их изменение. Восстановительные и окислительные свойства d-элементов. Ряд напряжения металлов. Химические свойства металлов. Общая характеристика d-элементов. Образование комплексных соединений.

    презентация [541,6 K], добавлен 11.08.2013

  • Преимущество электрохимического метода синтеза комплексных соединений. Выбор неводного растворителя. Принципиальная схема синтеза и конструкция электрохимической ячейки. Основные методы исследования состава синтезированных комплексных соединений.

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 09.10.2013

  • Положение металлов в периодической системе Д.И. Менделеева. Строение атомов металлов, кристаллических решеток. Металлы в природе, общие способы их получения. Физические свойства металлов. Общие химические свойства. Электрохимический ряд напряжения.

    презентация [2,3 M], добавлен 09.02.2012

  • Газообразные, конденсированные, жидкие и аморфные фазы веществ. Описание строения кристаллических фаз. Пределы устойчивости кристаллических структур. Дефекты твёрдого тела. Взаимодействие точечных дефектов. Способы получения некристаллических твердых фаз.

    контрольная работа [3,6 M], добавлен 20.08.2015

  • Рассмотрение реакций, основанных на образовании комплексных соединений металлов и без их участия. Понятие о функционально-аналитической и аналитико-активной группах. Использование органических соединений как индикаторов титриметрических методов.

    курсовая работа [1,5 M], добавлен 01.04.2010

  • Общие характеристики и свойства урана как элемента. Получение кротоната уранила, структура его кристаллов. Схематическое строение координационных полиэдров в структуре соединений уранила. Синтез комплексных соединений уранила, их основные свойства.

    реферат [1,0 M], добавлен 28.09.2013

  • Биологическая роль серебра, золота, железа и применение их соединений в медицине. Химико-аналитические свойства ионов, реакции их обнаружения с помощью неорганических реагентов. Исследование условий образования комплексных аммиакатов благородных металлов.

    реферат [119,0 K], добавлен 13.10.2011

  • Молекулярное строение полимерного вещества (химическая структура), т. е. его состав и способ соединения атомов в молекуле. Предельный случай упорядочения кристаллических полимеров. Схема расположения кристаллографических осей в кристалле полиэтилена.

    контрольная работа [26,4 K], добавлен 02.09.2014

  • Строение атомов металлов. Положение металлов в периодической системе. Группы металлов. Физические свойства металлов. Химические свойства металлов. Коррозия металлов. Понятие о сплавах. Способы получения металлов.

    реферат [19,2 K], добавлен 05.12.2003

  • Основные понятия комплексных соединений, их классификация и разновидности, направления практического использования, типы изомерии. Химическая связь и конфигурация комплексных соединений, определение их устойчивости, методы ее практического повышения.

    курсовая работа [912,8 K], добавлен 07.04.2011

  • Определение комплексных соединений и их общая характеристика. Природа химической связи в комплексном ионе. Пространственное строение и изомерия, классификация соединений. Номенклатура комплексных молекул, диссоциация в растворах, реакции соединения.

    реферат [424,7 K], добавлен 12.03.2013

  • Основные положения координационной теории. Комплексообразователи: положительные ионы неметаллов, ионы металлов, нейтральные атомы. Номенклатура комплексных соединений и порядок перечисления ионов и лигандов. Понятие константы нестойкости комплекса.

    реферат [142,9 K], добавлен 08.08.2015

  • Роль и значение комплексных соединений в современной науке, их классификация. Основные положения координационной теории А. Вернера. Лиганды и их виды. Теории химической связи в координационных соединениях, магнитные и оптические свойства комплексов.

    курсовая работа [9,0 M], добавлен 22.03.2011

  • Общая характеристика щелочных металлов и их соединений, применение в промышленности. Формы металлов, встречающиеся в природе, и способы их получения. Химические свойства щелочных металлов и их взаимодействие с водой, с кислородом, с другими веществами.

    презентация [3,9 M], добавлен 22.09.2015

  • Типы и классы кристаллических решеток. Элементарные ячейки ионных решеток кристаллов, их кристаллографический признак. Осуществление металлической связи между положительными ионами металлов. Сущность явления полиморфизма. Как вырастить кристалл меди.

    презентация [34,6 M], добавлен 30.03.2011

  • Общая характеристика металлов. Определение, строение. Общие физические свойства. Способы получения металлов. Химические свойства металлов. Сплавы металлов. Характеристика элементов главных подгрупп. Характеристика переходных металлов.

    реферат [76,2 K], добавлен 18.05.2006

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.