ПОИСК И СИНТЕЗ НОВЫХ ФТОРСОДЕРЖАЩИХ БОРАТОВ ОДНОИ ДВУХВАЛЕНТНЫХ МЕТАЛЛОВ Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

Научная статья УДК 541.35

doi:10.37614/2949-1215.2023.14.3.015

ПОИСК И СИНТЕЗ НОВЫХ ФТОРСОДЕРЖАЩИХ БОРАТОВ ОДНО- И ДВУХВАЛЕНТНЫХ МЕТАЛЛОВ

Сергей Николаевич Волков1, Дмитрий Олегович Чаркин2, Лев Сергеевич Манелис3, Вадим Евгеньевич Киреев4, Сергей Михайлович Аксенов5

1-35Лаборатория Арктической минералогии и материаловедения Кольского научного центра РАН, г. Апатиты, Россия

2-4Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, г. Москва, Россия Автор, ответственный за переписку: Сергей Николаевич Волков, s.volkov@inbox.ru

Аннотация

Путем выпаривания раствора получены кристаллы двух новых фтороборатов, M(BF4)2-3H2O, M = Sr, Ba. Их кристаллическая структура определена методом монокристальной дифрактометрии. Sr(BF4)2-3H2O кристаллизуется в тетрагональной сингонии, в то время как Ba(BF4)2-3H2O — в ромбической. Кристаллическая структура этих соединений образована изолированными тетраэдрами BF4, между которыми расположены атомы щелочного металла и воды. Фторированием IJ2B4O7, путем его реакции с NH4BF4 в интервале 30-120 °C, NH4BF4 получен фтороборат IJ2B3O4F3. Ключевые слова:

фторобораты, рентгеноструктурный анализ Финансирование:

исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 21-73-00216). Для цитирования:

Поиск и синтез новых фторсодержащих боратов одно- и двухвалентных металлов / С. Н. Волков [и др.] // Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 3. С. 88-90. doi:10.37614/2949-1215.2023.14.3.015.

Original article

SEARCH AND SYNTHESIS OF NEW FLUORINE-CONTAINING BORATES OF MONO- AND DIVALENT METALS

Sergey N. Volkov1, Dmitri O. Charkin2, Lev S. Manelis3, Vadim E. Kireev4, Sergey M. Aksenov5

1-35Laboratory of Arctic Mineralogy and Material Sciences of the Kola Science Centre of the RAS, Apatity, Russia

2-4Department of Chemistry, Lomonosov Moscow State University, Moscow, Russia Corresponding author: Sergey N. Volkov, s.volkov@inbox.ru

Abstract

By evaporating the solution, crystals of two new fluoroborates, M(BF4)2-3H2O, M = Sr, Ba, were obtained. Their crystal structure was determined by single crystal diffractometry. Sr(BF4)2-3H2O crystallizes in the tetragonal system, while Ba(BF4)2-3H2O crystallizes in the orthorhombic system. The crystal structure of these compounds is formed by isolated BF4 tetrahedra with alkali metal and water atoms between them. By fluorination of IJ2B4O7, by its reaction with NH4BF4 in the range of 30-120 °C, NH4BF4, the fluoroborate IJ2B3O4F3 was obtained. Keywords:

fluoroborates, X-raydiffractionanalysis Funding:

The study was supported by a grant from the Russian Science Foundation (project No. 21-73-00216). For citation:

Search and synthesis of new fluorine-containing borates of mono- and divalent metals / S. N. Volkov [et. al.] // Transactions of the Ко^ Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 3. P. 88-90. doi:10.37614/2949-1215.2023.14.3.015.

Введение

Бораты являются одним из наиболее перспективных материалов для нелинейной оптики. Широко известны такие соединения, как P-BaB2O4, LiBsOs и многие другие [1]. В последние годы поиск новых соединений сместился в сторону новых фтороборатов как нелинейно-оптических материалов для оптики глубокого ультрафиолета. На сегодняшний день известно около двух десятков

фтороборатов и борофторидов, в большей части щелочных и щелочноземельных металлов. Для их синтеза используется преимущественно ампульные методы синтеза. Нами получены [2] два новых фторобората, M(BF4)2•3H2O, M = Sr, Ba методом выпаривания раствора. Кроме того, мы представляем сравнительно новый способ получения фтороборатов одновалентных металлов путем фторирования боратов с использованием NH4BF4 в открытых условиях при невысоких температурах, до 120 °С

Результаты исследований

Кристаллическая структура M(BF4)2•3H2O, M = Sr, Ba образована изолированными тетраэдрами BF4, между которыми расположены молекулы воды и атомы Sr/Ba (см. рис.). В структурах обоих соединений присутствует один симметрично независимый атом Sr/Ba, два независимых тетраэдрических аниона BF4- и две независимых молекулы воды. В структуре Ba(BF4)2•3H2O один из тетраэдров BF4- показывает сильный ориентационный беспорядок, что выражено в увеличенных параметрах тепловых смещений. Длины связей B-F в тетраэдрах (1,18-1,43 А) хотя и демонстрируют сильный разброс, но сопоставимы с типичными длинами этих связей в других фтороборатах. Учитывая малый относительный вклад разупорядоченных позиций фтора в общее рассеяние, в котором доминируют катионы Ba2+, низкая точность определения расстояний во фтороборатном тетраэдре неудивительна.

% А ^ВаТ"

У N

Q

И

—Ргр * f Sr "

# f \> 4

к # A iüfi

ф ф

А

- ïr

-» а

-» а

Б

Кристаллическая структура: A — Sr(BF4)2-3H2O, Б — Ba(BF4)2-3H2O

Выдержка образца Li2B4O7, который был смешан в мольных соотношениях 1:1, 1:2 и 1:3 с NH4HF2 при медленном нагреве до 120 °C, показала, что образец представляет собой смесь боратов и фтороборатов лития. В частности, образец с мольным соотношением 1:1 представлял смесь LiF/Li2B4O7/Li(B2O3(OH))(H2O), образец с мольным соотношением 1:2 — смесь LiF, Li2B3O4F3,

© Волков С. Н., Чаркин Д. О., Манелис Л. С., Киреев В. Е., Аксенов С. М., 2023

Li(B2O3(OH))(H2O), а образец с мольным соотношением 1:3 — смесь LiF, NH4BF4 и Li2B3O4F3. Таким образом, этот метод синтеза может быть использован для получения других новых фтороборатов одновалентных металлов.

Выводы

В работе получены два новых фторобората M(BF4)2-3H2O, M = Sr, Ba и найден путь для дальнейшего синтеза других фторооксоборатов одновалентных металлов. В будущем мы сделаем попытку получить таким способом новые фторобораты серебра.

Список источников

1. Mutailipu M., Poeppelmeier K. R., Pan S. Borates: A Rich Source for Optical Materials // Chem. Rev. 2021. Ш. 121. P. 1130-1202.

2. Синтез и кристаллическая структура двух новых кристаллогидратов тетрафтороборатов M(BF4)2^3H2O, M = Sr, Ba / Чаркин Д. О. [и др.] // Журнал структурной химии. 2023. № 64. С. 106035.

References

1. Mutailipu M., Poeppelmeier K. R., Pan S. Borates: A Rich Source for Optical Materials. Chemical Reviews, 2021, Vol. 121, pp. 1130-1202.

2. Charkin D. O., Volkov S. N., Manelis L. S., Gosteva A. N., Aksenov S. M., Dolgikh V. A. Sintez i kristallicheskaya struktura dvuh novyh kristallogidratov tetraftoroboratov M(BF4^3H2O, M = Sr, Ba [Synthesis and crystal structure of two new tetrafluoroborate crystallohydrates M(BF4^3H2O, M = Sr, Ba]. Zhurnal strukturnoj himii [Journal of Structural Chemistry], 2023, №. 64, рр. 106035. (In Russ.).

Информация об авторах

С. Н. Волков — кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник; Д. О. Чаркин — кандидат химических наук, доцент; Л. С. Манелис — студент;

B. Е. Киреев — студент;

C. М. Аксенов— кандидат гео лого-минералогических наук, заведующий лабораторией.

Information about the authors

S. N. Volkov — PhD (Chemistry), Leading Researcher;

D. O. Charkin — PhD (Chemistry), Associate Professor; L. S. Manelis — Student;

V. E. Kireev— Student;

S. M. Aksenov — PhD (Geology), Head of the Laboratory.

Статья поступила в редакцию 07.02.2023; одобрена после рецензирования 13.02.2023; принята к публикации 14.02.2023. The article was submitted 07.02.2023; approved after reviewing 13.02.2023; accepted for publication 14.02.2023.