Двойной борат KSr4(BO3)3 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Bazarova Tsyrendyzhit Tushinovna, candidate of chemistry, junior researcher, laboratory of oxide systems, Baikal Institute of Nature Management SB RAS. 670047, Ulan-Ude, Sakhyanova str.,6, tel. 8(3012)33171.

Sarapulova Angelina Evgenievna, candidate of chemistry, intern, Institute of Complex Materials, Dresden, Germany.

Bazarov Bair Garmaevich, doctor of physics and mathematics, department of general and inorganic chemistry, Buryat State University. 670000, Ulan-Ude, Smolin str., 24a.

УДК 546.42'273

ДВОЙНОЙ БОРАТ KSr4(BO3)3 Т.Н. Хамаганова

Изучена возможность получения двойного бората калия и стронция состава KSrBO3 (1:2:1). Образования соединения указанного состава не зафиксировано. Методом твердофазных реакций синтезирован борат другого состава KSr4(BO3)3 (1:8:3). Определены кристаллографические характеристики полученной фазы.

Ключевые слова: бораты, фаза, рентгенофазовый анализ

DOUBLE BORATE OF KSr4(BO3)3 T.N. Khamaganova

The possibility of obtaining double potassium borate and strontium borate of KSrBO3 composition (1:2:1) is studied. A compound of this composition is not fixed. Borate of other composition KSr4 (BO3)3 (1:8:3) has been synthesized by solid-phase reactions. The crystallographic characteristics of the phase have been determined.

Keywords: borates, phase, X-ray analysis.

Важнейшей задачей материаловедения, в частности его раздела оптоэлектроники, является создание твердотельных лазеров для использования в различных физических и химических целях. Известно, что при создании компактных твердотельных лазеров и приборов нелинейной оптики используются некоторые бораты щелочных и щелочноземельных металлов. Поэтому представляет интерес изучение оксидных систем, включающих оксиды щелочных, щелочноземельных элементов и бора. Сведения о соединениях в тройных системах K2O-MeO-B2O3, Me=Ca, Sr, Ba немногочисленны. В литературе описаны соединения NaMeBO3, данных об аналогичном соединении с калием не найдены.

Цель настоящего исследования - установление возможности образования бората состава KSrBO3 (1:2:1).

В качестве исходных реагентов для синтеза использовали карбонат стронция SrBO3 квалификации (ос.ч.), карбонат калия K2CO3 (х.ч.), борную кислоту H3BO3 (х.ч.). Синтез образца проводили ступенчатым отжигом стехиометрических количеств исходных компонентов в интервале температур 350800 °С в платиновых тиглях на воздухе. Отжиг выполняли в течение 70-80 ч с многократной гомогенизацией. Карбонаты стронция и калия предварительно прокаливали при 400°С в течение 5 ч. Фазовый состав образцов контролировали рентгенографически (автодифрактометр D8 Advance Bruker, ACu Ka). Параметры кристаллической решетки полученного соединения уточняли методом наименьших квадратов (МНК).

Рис. Проекция кристаллической структуры MM'4B3O9 по данным [1]

2011/3

Таблица

Результаты индицирования рентгенограммы KSr4(BO3)3

I/I0 d, А 104М2э hkl 104/dE I/I0 d, А 104М2э hkl 104/d2E

25 5.97 281 0 1 1 280 20 2.207 2053 1 1 3 2049

40 5.50 331 2 0 0 331 35 2.148 2167 4 0 2 2165

35 5.24 364 1 1 1 363 30 2.086 2298 2 1 3 2298

30 4.041 612 2 1 1 0 611 20 2.063 2350 5 1 1 2345

25 3.447 842 0 2 840 35 2.021 2449 4 2 2 2444

20 3.290 924 1 3 1 922 15 1.987 2533 0 3 3 2528

35 3.120 1027 3 1 1 1024 1 1.958 2608 1 3 3 2608

32 2.980 1126 0 2 2 1122 5 1.921 2710 3 1 3 2710

60 2.917 1175 2 0 2 1174 8 1.854 2910 5 3 1 2906

35 2.877 1208 1 2 2 1206 15 1.770 3192 5 2 2 3189

70 2.748 1324 4 0 0 1324 20 1.744 3287 4 1 3 3287

100 2.622 1455 2 2 2 1453 1 1.724 3364 0 6 2 3362

5 2.503 1596 4 2 0 1600 15 1.654 3655 0 2 4 3651

20 2.312 1871 3 2 2 1867 5 1.619 3815 6 0 2 3815

35 2.255 1967 0 1 3 1967 18 1.583 3992 2 2 4 3992

По результатам рентгенофазового анализа (РФА) образец состава KSrBO3 (1:2:1) уже при 600 °С почти не содержал исходных веществ. Однако его рентгенограмма отличалась от рентгенограмм двойных боратов: NaSrBO3, кристаллизующегося в пр. гр. P 2j/c [1], и LiSrBO3, кристаллизующегося в пр. гр. P 2i/n [2]. Четкие рефлексы на рентгенограмме, отсутствие линий исходных и возможных промежуточных соединений указывали на получение нами индивидуальной фазы, которую необходимо идентифицировать. Практически все рефлексы полученного образца удалось проиндицировать в ромбической сингонии (пр. гр. Ama2), характерной для двойного бората состава KSr4(BO3)3 (1:8:3), описанного в [3]. Установление состава полученной фазы позволило нам осуществить его синтез. Соединение KSr4(BO3)3 кристаллизуется в ромбической сингонии и имеет нецентросимметричную пр. гр. Ama2. Этот новый структурный тип не был найден ранее в боратах. Проекция кристаллической структуры KSr4(BO3)3 вдоль [100] приведена на рисунке. Основными структурными единицами являются плоские изолированные треугольники BO33-, которые располагаются перпендикулярно друг другу вдоль шести направлений.

Координационное окружение атомов K составляют 8 атомов O, а полиэдром является искаженная двухшапочная тригональная призма. Полиэдры KO8, связываясь через мостиковый атом O, образуют бесконечные цепочки, вытянутые вдоль оси a. Они связаны по общим ребрам и вершинам с BO3-треугольниками. Атомы Sr имеют 3 различных окружения. Два полиэдра атомов Sr имеют КЧ = 8 и представляют собой искаженную двухшапочную тригональную призму и искаженный тригональный додекаэдр. Третий полиэдр атома Sr имеет КЧ = 9, образуя трехшапочную тригональную призму. Де-вятивершинники атомов Sr, связываясь вершинами, вытянуты вдоль оси a. Восьмивершинники и де-вятивершинники атомов Sr, разделяя между собой общие грани и вершины, формируют сложную трехмерную сетку. По результатам индицирования рентгенограммы порошка KSr4(BO3)3 уточнены параметры решетки синтезированного соединения: a = 11.005(2), b = 11.963(3), c = 6.8892(9) А. Результаты индицирования даны в таблице.

Таким образом, образования стронциевого бората с калием состава KSrBO3 (1:2:1) нами не обнаружено, реакция смещается в сторону образования фазы состава KSr4(BO3)3 (1:8:3).

Литература

1. Wu L., Chen X.L., Zhang Y. et al. Ab initio structure determination of novel borate NaSrBO3 // J. of Solid State Chem. -2006. - V.179, №4. - P. 1219-1224.

2. Cheng W.-D., Zhang H., Lin Q-S. et al. Syntheses, crystal and electronic structures, and linear optics of LiMBO3 (M = Sr, Ba) orthoborates // Chem. Mater. - 2001. - V.13. - P. 1841-1847.

3. Wu L., Chen X.L., Xu Y.P., Sun Y.P. Structure determination and relative properties of novel noncentrosymmetric borates MM'4(BO3)3 (M = Na, M' = Ca and M = K, M'= Ca, Sr) // Inorg. Chem. - 2006. - V.45. - P. 3042-3047.

Хамаганова Татьяна Николаевна, кандидат химических наук, старший научный сотрудник, лаборатория оксидных систем, Байкальский институт природопользования СО РАН, 670047, Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6,

[email protected]

Khamaganova Tatyana Nikolaevna, candidate of chemistry, senior researcher, laboratory of oxide systems, Baikal Institute of Nature Management SB RAS. 670047, Ulan-Ude, Sakhyanova str., 6.