Кристаллические структуры и топология боратов с крупными катионами (Ba, Sr, Pb) тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.05, кандидат геолого-минералогических наук Голубева, Светлана Альбертовна

  • Голубева, Светлана Альбертовна
  • кандидат геолого-минералогических науккандидат геолого-минералогических наук
  • 2001, Москва
  • Специальность ВАК РФ25.00.05
  • Количество страниц 108
Голубева, Светлана Альбертовна. Кристаллические структуры и топология боратов с крупными катионами (Ba, Sr, Pb): дис. кандидат геолого-минералогических наук: 25.00.05 - Минералогия, кристаллография. Москва. 2001. 108 с.

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Голубева, Светлана Альбертовна

Введение

Глава 1. Некоторые особенности кристаллохимии минералов бора и синтетических соединений.

Глава 2. Рентгеноструктурные исследования боратов с крупными катионами (Ва, Sr, Pb).

Глава 3. Особенности кристаллохимии изученных боратов с крупными катионами.

Рекомендованный список диссертаций по специальности «Минералогия, кристаллография», 25.00.05 шифр ВАК

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Кристаллические структуры и топология боратов с крупными катионами (Ba, Sr, Pb)»

При достаточно низкой концентрации бора в земной коре, составляющей всего -0.001%, бораты сравнительно широко распространены в природе. Известно 198 минеральных видов природных боратов и свыше 500 синтетических соединений. Бор, его кислородные и другие соединения используются в металлургии, микроэлектронике, оптической и полупроводниковой технике, стекольной и керамической промышленности, в медицине и многих других областях науки и техники. В настоящее время, после открытия нелинейно-оптических свойств бората бария ВаВгС^ (ВВО) и бората лития L1B3O5 (LBO), характеризующихся большими значениями нелинейных коэффициентов, высоким порогом разрушения и температурной стабильностью, благодаря которым они успешно используются для генерации 2-й гармоники АИГ.Ш-лазеров, появился интерес к выращиванию и исследованию новых боратных соединений.

Связь между кристаллической структурой и оптическими свойствами боратов в целом, и особенно щелочных и щелочноземельных боратов, в последние годы стала предметом интенсивного изучения. Полученные при этом новые результаты выдвинули перед кристаллохимией новые задачи в рамках решения основной проблемы - поиска корреляций между условиями образования соединения, его кристаллической структурой и свойствами. Решение этой проблемы в первую очередь связано с синтезом новых соединений и их структурным изучением. Представляется также необходимым включить в область исследования природные объекты, структуры и свойства которых до настоящего времени были охарактеризованы весьма неполно. Чрезвычайно важно сопоставить и рассмотреть природные и синтетические соединения в рамках единых классификационных схем.

Сказанное свидетельствует о большой актуальности работ по исследованию кристаллогенезиса в боратных системах, структурному изучению образующихся при этом фаз, строение которых характеризуется простыми и усложненными анионами из В-0 треугольников и В-0 тетраэдров. Именно эти положения по отношению к серии боратов с крупными катионами Ва, Sr и РЬ составили главное содержание данной работы.

Основная цель работы состояла в изучении конституции и сравнительной кристаллохимии большой группы природных и синтетических боратов с крупными катионами Ва, Sr и РЬ. При этом разрабатывались следующие конкретные задачи:

• Изучение продуктов кристаллогенезиса и кристаллохимических аспектов фазообразования в гидротермальных системах АС1(А2СОз) - ВаО(РЬО)-В2О3 - Н20, где А - одновалентные катионы Li, Na, К, Rb, Cs;

• Определение восьми кристаллических структур природных и синтетических боратов с крупными катионами Ва, Sr и РЬ;

• Сравнительный кристаллохимический анализ изученных соединений и их систематика в рамках единой классификационной схемы, а также выявление структурной обусловленности присущих им физических свойств;

При исследовании фазообразования в Ва- и РЬ-содержащих поликомпонентных боратных системах выделено семь новых соединений и определен их состав.

Впервые определены кристаллические структуры семи боратов бария и свинца, шесть из которых представляют собой новые структурные типы, а также структура минерала кургантаита- CaSrfBsCblCl-^O, относящегося к группе хильгардита, что послужило основой для восстановления его статуса в качестве самостоятельного минерального вида.

Исследованы кристаллохимические особенности и топология (В,О) -анионных комплексов большой группы природных и синтетических боратов с крупными катионами Ва, Sr, РЬ. Выделены основные строительные единицы в их структурах и выявлена их связь с ВаОЯЬОз отношениями и кислотно-основными свойствами среды кристаллогенезиса.

Проведенные исследования необходимы для разработки ряда прикладных проблем минералогии, в том числе для получения синтетических соединений -как оригинальных, так и аналогов различных минералов - с комплексом заданных свойств. Выполненные структурные расшифровки позволили установить состав ряда новых, впервые исследованных кристаллов, а также минерала кургантаита. Таблицы кристаллографических данных для изученных соединений использованы при формировании международных баз рентгенографических данных ICSD и ICDD.

Результаты проведенных исследований использованы в отдельных разделах учебных курсов «Рентгенография минералов» и «Рентгеноструктурный анализ», читаемых студентам геохимической специальности Геологического факультета МГУ.

Защищаемые положения:

• Идентифицировано и рентгенографически охарактеризовано семь новых синтетических боратов Ва. Определены их кристаллические структуры, шесть из которых рассматриваются как новые структурные типы.

• Результаты определения кристаллической структуры кургантаита положены в основу восстановления его статуса в качестве самостоятельного минерального вида.

• Кристаллохимический анализ исследованных боратов с крупными катионами позволил выявить главные черты их конституции и систематизировать, исходя из типа и строения борокислородных комплексов

• Для исследованной группы соединений в результате проведенной систематизации и изучения влияния кристаллохимических факторов, определяющих особенности анионных комплексов, сформулированы основные закономерности их кристаллогенезиса и структурной обусловленности физических свойств.

По результатам исследований опубликовано 7 статей. Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам «Ломоносов 2000» (Москва, 2000) и Международной конференции «Current Status of Synchrotron Radiation in the World» (Москва, 2000).

Работа выполнена на кафедре кристаллографии и кристаллохимии Геологического факультета МГУ под руководством члена-корреспондента РАН, профессора Д.Ю. Пущаровского и к.х.н. А.В. Аракчеевой, которым автор выражает искреннюю благодарность за постоянную помощь на всех этапах проведенных исследований. Автор выражает глубокую благодарность к.г.-м.н. О.В. Димитровой, руководившей изучением фазообразования новых соединений, и к.г.-м.н. И.В. Пекову за предоставленные кристаллы кургантаита и консультации. Выполнение данной работы было бы невозможно без сотрудничества с Е.Л. Белоконевой, B.C. Куражковской, Н.Н. Коненковой, которым автор выражает свою признательность.

Похожие диссертационные работы по специальности «Минералогия, кристаллография», 25.00.05 шифр ВАК

Заключение диссертации по теме «Минералогия, кристаллография», Голубева, Светлана Альбертовна

Заключение.

На основании полученных результатов можно сделать следующие выводы:

1. При исследовании фазообразования в гидротермальных поликомпонентных боратных системах идентифицировано и рентгенографически охарактеризовано семь новых соединений: Ва2[В509]С1'0.5Н20, Ba2[B508(0H)2](0H), Na2Ba2[B,0O17(OH)2], 1лВа2[Вю016(0Н)3], Ва5[В20Озз(ОН)4]Н2О, Ва[В508(0Н)]Н20 и РЬ5В308(0Н)3.

2. В результате исследования кристаллических структур минерала кургантаита и семи новых синтетических боратов Ва и РЬ открыто 6 новых структурных типов, выявлены новые кристаллохимические особенности боратов с крупными катионами и дано их объяснение. Показано, что главной строительной единицей во всех исследованных Ва-боратах являются пентагруппы из сдвоенных тройных колец, образованных одним В-0 треугольником и двумя В-0 тетраэдром и/или двумя В-0 треугольниками и одним В-0 тетраэдром. В структурах Ва-боратов с двойными (В,0)-слоями или проявляющих тенденцию к спариванию соседних (В,0)-сеток, Ва-полиэдры с высокими КЧ располагаются во внутрислоевых туннелях, а катионы с более низкими КЧ, расположенные в межслоях, связывают их между собой. Сравнение кристаллических структур синтетического Ва-аналога хильгардита и слоистого бората Ва2[В508(0Н)2](0Н) подтверждает заключение об уменьшении количества мосгиковых вершин в боратном комплексе при замене анионов О2" на ОН".

3. На основе изученных структур прослежена закономерная тенденция к увеличению количества атомов бора в треугольной координации при уменьшении рН среды кристаллогенезиса и уменьшении отношений суммы оксидов низковалентных катионов к В20з.

4. Нелинейно-оптические свойства нового Pb-бората коррелируют с выявленной асимметрией Pb-полиэдров, связанной со стереоэффектом неподеленной пары электронов свинца.

5. Определение кристаллической структуры кургантаита послужило основанием для восстановления его статуса в качестве самостоятельного минерального вида.

SDO BOO 400

ИК спектр для синтетического Na2Ba2[BioOn(OH)2].

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Голубева, Светлана Альбертовна, 2001 год

1. Андрианов В.И. //Кристаллография. 1987. Т.32. №1. С.228.

2. Апполонов В Н., Галкин Г. А., Кощуг Д.Г. и др. // Геология и Геофизика. 1998. №3. С.24.

3. Аракчеева А.В., Виноградова С.А., Пущаровский Д.Ю, Хостеттлер М., Шапуи Ж., Димитрова О.В. // Кристаллография. 2000. Т.45. №3. С.448.

4. Белов Н.В. // Очерки по структурной минералогии. Москва, 1976.

5. БелоконеваЕ.Л., Димитрова О.В. //Кристаллография. 1998. Т.43. №5. С.864.

6. Белоконева Е.Л., Димитрова О В., Корчемкина Т.А. //Ж. Неорг. Химии. 1999. Т44. №2. С. 187.

7. Белоконева Е.Л., Корчемкина Т.А., Димитрова О.В., Стефанович С.Ю. // Кристаллогрфия. 2000. Т.45. С.814.

8. Белоконева Е.Л., Корчемкина Т А., Димитрова О.В. // Ж. Неорг. Химии. 1999. Т.44. №6. С.889.

9. Белоконева Е.Л., Стефанович С.Ю., Борисова Т.А., Димитрова О.В. // Ж. Неорг. Химии. 2001. Т.46. №1.

10. Бокий Г.Б. и Кравченко В.Б. // Ж. Структурной химии. 1966. Т.7. №6. С.920.

11. Бровкин А.А, Заякина Н, Бровкина B.C. // Кристаллография. 1975. Т20. №5. С.911.

12. Быков А.Б., Дозмаров В.В., Мельников O.K. // Кристаллография. 1994. Т.39. №4. С.720.

13. Виноградова С.А., Пущаровский Д.Ю., Аракчеева А.В., Димитрова О.В. // Кристаллография. 2001. Т.46. №5. (в печати).

14. Гандымов О., Руманова И.М., Белов Н.В. // Докл. АН СССР. 1968. Т. 180. С.1216.

15. Димитрова О.В. // Международная конференция: Кристаллогенезис и минералогия. «Синтез в гидротермальных системах новых Ва и РЬ-боратов». С-Пб.:2001.

16. Кондратьева В.В. //Рентгеногр. мин. сырья. 1964. №4. С.Ю.

17. Кондратьева В.В. // Рентгенометрический определитель боратов. Л.:Недра, 1969.

18. Куркутова Е.Н., Руманова И.М., Белов Н.В. // Докл. АН СССР. 1965. Т.164. №1. С.90.

19. Леонюк НИ., Леонюк Л И. // Кристаллохимия безводных боратов. МГУ: 1983.

20. Малахов А. А. // Определитель минералов бора. Ташкент, 1959.

21. Малинко С.В., Халтурина И.И., Озол А.А., Бочаров В.М. // Минералы бора. М.:Недра, 1991

22. Никогосян Д.Н. // Электронная техника. Сер. лазерная техника и оптоэлектроника. 1990. Вып.2 (54). С.З.

23. Пеков И.В., Ловская Е.В., Чуканов Н.В., Задов А.Е., Аполлонов В.Н., Пущаровский Д.Ю., Ферро О., Виноградова С.А. // ЗВМО. 2001. Т. 130. №3. С.71.

24. Прохоров А.М. //Руководство по лазерам. Советское радио. Москва, 1978

25. Расцветаева Р.К., Адрианов В.И., Генкина Е.А., Соколова Т.Н., Касбаев А.А. //Кристаллография. 1992. Т.37. С.326

26. Расцветаева Р.К., Хомяков А.П., Соколова Т.Н. // Кристаллография. 1993. Т.38. №2. С.86.

27. РумановаИ.М., Гандымов О. //Кристаллография. 1971. Т.16. С.75.

28. Руманова ИМ., Гандымов О., Белов Н.В. // Кристаллография. 1971. Т.16 .№2. С.286.

29. Руманова ИМ., Генкина Е.А. // Изв. АН Латв. ССР. Сер. хим. 1981. №6. С.643.

30. Руманова И.М., Йорыш З.И., Белов Н.В. // Докл. АН СССР. 1977. Т.236. №1. С.91.

31. Симонов М.А., Казанская Е.В., Егоров-Тисменко Ю.К., Железин Е.П., Белов Н.В. //Докл. АН СССР. 1976. Т.21. С.471.

32. Симонов М.А., Карпов О.Г., Швиркст Я.Я., Годе Г.К. // Кристаллография. 1989. Т.34.№5.С. 1292.

33. Симонов М.А., Ямнова Н.А., Казанская Е.В., Егоров-Тисменко Ю.К., Белов Н.В. //Докл. РАН СССР. 1976. Т.21. С.З 14.

34. Солнцев К. А., Кузнецов Н.Т. // Докл. АН СССР. 1977. Т.232. №6. Р.211.

35. Уэллс А. // Структурная неорганическая химия. М.: Мир, 1988.

36. Ферро О., Пущаровский Д.Ю., Тиит С., Виноградова С.А., Ловская Е.В., Пеков И.В. // Кристаллография. 2000. Т.45. №3. С.452.

37. Ямнова НА, Егоров-Тисменко ЮЖ., Пущаровский Д.Ю., Малинко С.В., Дорохова Г.И. //Кристаллография. 1993. Т.38. С.71.

38. Ямнова Н.А., Симонов М.А., Белов Н.В. // Кристаллография. 1977. Т.22. С.624.

39. Bartl Н., Schuckmann W. // Neues Jahrb. Miner. Monatsh. 1966. H.8. S.253.

40. Behm H. // Acta Cryst. 1983. C. V.39. P.20.

41. BehmH. // Acta Cryst. 1985. C. V.41. P.642.

42. Bermanec V., Armbruster Т., Tibljas D. et al. // Amer. Miner. 1994. V.79. P.562.

43. Block S., Perloff F. // Acta Cryst. 1965. V.19. P.297.

44. Blessing R.H. // Acta Cryst. A. 1995. V.51 P.33.

45. Braitsch O. //Beitr. Miner. Petrogr. 1959. B.6. S.233.

46. Brown I.D., Shanon R.D. // Acta Cryst. A. 1973. V.29. №3. P.226.

47. BurncP.C., Grice J.D., HawthorneF.C. //Can. Mineral. 1995. V.33. P.1131.

48. Bums P.C., Hawthorne F.C. // Can. Mineral. 1994. V.32. P.533.

49. Burns PC., Hawthorne F.C. // Can. Mineral. 1993. V.31. P.305.

50. Burns P.C., Hawthorne F.C. // Can.Mineral. 1994. V.32. P.895.

51. Burnc P.C., Hawthorne F.C. // Mineral. Mag. 1995. V.59. P.297.

52. Burns PC., Hawthorne F.C. // Acta Cryst. 1994. C. V.50. P.653.

53. BurzlaffH. //N. Jahrb. Mineral. Monatsh. 1967. 157.

54. Cannillo E., Dal Negro A., Ungaretti L. // Am. Mineral. 1973. V.58. P.l 10/

55. Cernik R.J., Clegg W., Catlow C.R.A. et.al. // J. Synchrotron Rad. 1997. V.4. P.279.

56. Christ C.L., Clark J.R. //Phys. Chem. Minerals. 1977. V.2. P.59.

57. Christ C.L., Clark J.R. HZ. Krist. 1960. Bd.114. S.321.

58. Clark J.R., Christ C.L. // Am. Mineral. 1971. V56. №11-12. P. 1934.

59. Clark J.R. //Amer. Miner. 1964. V.49. P. 1549.

60. Clark J.R., Christ C.L. //Z. Krist. 1959. Bd.112. S.213.

61. Clegg W., Elsegood M.R.J., Teat S.J., Redshaw C., Gibson V.C. // J. Chem. Soc. Dalton Trans. 1998. P.3037.

62. Collin H // Acta Cryst. 1951. V.4. P.204.

63. Corazza E. // Acta Cryst. 1976. B. V.32. P. 1329.

64. Corazza E. // Acta Cryst. 1974. B. V.30. P.2194.

65. Corazza E., Menchetti S., Sabelli C. // Am. Mineral. 1974. V.59. P. 1005.

66. Corazza E., Menchetti S., Sabelli C. // Acta Cryst. 1975. B. V.31. P.2405.

67. Corker D.L. Glazer A.M. I I Acta Cryst. 1996. B. V.52. P.260.

68. Dal Negro A., Ungaretti L., Sabelli C. // Am. Mineral. 1971. V.56. P.1553.

69. Dal Negro A., Ungaretti L., Sabelli C. //Naturwissen. 1973. V.60. P.350.

70. Dowty E. Atoms 3.2. A computer Program for Displaying Atomic Structures, Kingsport, TN 37663,1995.

71. Edwards J.O., Ross V.F. // J. Inorg. Nucl. Chem. 1960. V.15. P.329.

72. EffenbergerH. //Acta Cryst. 1982. B. V.38. P.82.

73. Enjalbert R., Hasselmann G., Galy J. // Acta Cryst. 1997. C. V.53. P.269.

74. Fang J.H., NewnhanR.E. //Mineral. Mag. 1965. V.35. P. 196.

75. Ferraris G., Ivaldi G. // Acta Cryst. 1988. B. V.44. P.341.

76. Ferro O., Merlino S., Vinogradova S.A., D.Yu.Pushcharovsky D.Yu., Dimitrova O.V. // J. of alloys and compounds. 2000. №305. P.63.

77. Flack H.D. // Acta Cryst. A. 1983. V.39. P.876.

78. Foit H.Jr., Phillips M.W., Gibbs G.V. // Am. Mineral. 1973. V.58. P.909.

79. Ghose S. //Amer. Mineral. 1982. V.67. P. 1265.

80. Ghose S. // Am. Mineral. 1985. V.70. P.636

81. Ghose S., Wan C. //Am. Mineral. 1977. V.62. P.979.

82. Ghose S., Wan,C. //Amer. Mineral. 1979. V.64. P. 187.

83. Ghose S., Wan Ch., Clark J.R. // Amer. Mineral. 1978. V.63. P.160.

84. Grice J.D., Burns P C., Hawthorne F.C. // Can. Mineral. 1994. V.32. P.l.

85. Grube H.H. //Fortschritte Mineralogie, Beiheft. 1981. V.59. P.58.

86. Guiqin D., Wei L., An Zh., Qingzhen H., Jingkui L. // J. Am. Ceram. Soc.1990. V.73. №8. P.2526.

87. HawthorneF.C., Burns P.C., Grice J.D. //Rev. Mineral. 1996. V.33. P.41.

88. Heller G., Pickardt J. // Z. Naturforsch. 1985. Bd.40b. S.462.

89. Heller G. //Fortschr. Chem. Fortschr. 1970. V.15. P.206.

90. Huang Q., J. Liang J. // Acta Physica Sinica. 1981. V.30. P.561.

91. Huang Q , Lu Sh., Dai G., Liang J. //Acta Cryst. 1992. C48. 1576.

92. Hubner K-H. //N. Jahrbuch for Mineralogie. Monatshefte. 1969. S.335.

93. Ingri N. // Svensk. Kem. T. 1963. V.15. P.3.

94. Ito K., Marumo F., Ohgaki M., Tanaka K. // Rep. of the Research Laboratory of Engineering Materials, Tokyo, Inst, of Technology. 1990. №15. P.l.

95. Konnert J.A., Clark J.R., Crist C.L. // Am. Mineral. 1970. V.55. P1911.

96. Konnert J.A., Clark J.R., Crist C.L. // Am. Mineral. 1972. V.57. P.381.106

97. Krogh-Moe J. // Acta Cryst. 1969. B. V.25. P.2153.

98. Krogh-Moe J., Wold-Hansen P.S. // Acta Cryst. 1973. B. V.29. P.2242.

99. Kurtz S.K., Perry T.T. //J. Appl. Phys. 1968. V.39P.3798.

100. Kutschabsky L. // Acta Ciyst. 1969. B. V.25, P. 1811.

101. LePage Y. //J. Appl. Crystallogr. 1988. V.21. P.983.

102. Liebertz J., Stahr S. //Z. Krist. 1983. V.165. P.91.

103. Liebertz J. HZ. Krist. 1988. V.182. P.307.

104. Lloid D., Levasseur A., Fouassier C. // J. Solid State Chem. 1973. V.6. P. 179.

105. Marezio M. // Acta Cryst. B. 1969. V.25. P.1811.

106. Menchetti S., Sabelli C. // Acta Cryst. 1977. B. V.33. P.3730.

107. Menchetti S., Sabelli C. // Acta Cryst. 1979. B. V.35. P.2488.

108. Menchetti S., Sabelli C., Trosti-Ferroni R. // Acta Cryst. B. 1982. V.38. P.3072.

109. Merlino S., Sartori F. // Science. 1971. V.171. P.377.

110. Merlino S., Sartori F. // Acta Cryst. 1969. B. V.24. P.2264.

111. Nakai I., Okada H., Masutomi K., Koyama E., Nagashima K. // Am. Mineral. 1986. V.71. P. 1234.

112. Perloff A., Block S. // Acta Cryst. 1966. V.20. P.274.

113. Pushcharovsky D.Yu., Merlino S., Ferro O., Vinogradova S.A., Dimitrova O.V. // J. of alloys and compounds. 2000. №306. P.163.

114. Schaffers K.I., Keszler D. A. //Acta Cryst. 1993. C. V.49. P.211.

115. Schlager M., Hoppe R. // Z. Fur anorg. und allgemeine chemie. 1993. V.619. P.976.

116. ShanonRD. //Acta Cryst. 1976. A. V.32. P. 751.

117. Sheldrick G.M. SHELXL93. Program for the Solution and Refinement of Crystal Structures. Siemens Energy and Automation, Madison, WI, 1993.

118. Skakibaie-Moghadam M., Heller G., Timper U. // Z. Kristallogr. 1990. V.190. P.85.

119. Stefanovich S.Yu. //Eur. Conf. On Lasers and Electro-Optics, Amsterdam 1994, Collected Abstracts, P.249.

120. Strunz H. //Eur. J. Mineral. 1997. V.9. P.225.

121. TaxerKJ., Buerger M.J. //Z. Krist. 1967. Bd.125. S.423.

122. Tennyson C. //Fortschr. Mineral. 1963. V.41. P.64.

123. Walker N., StuartD. //Acta Cryst. 1983. A. V.39. P.158.

124. Wan C., Ghose S. // Am. Mineral. 1983. V.68. P.604.

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.