Везде
Термическое расширение кислородных соединений на основе треугольных, тетраэдрических и смешанных анионных групп
Оглавление
Аннотация Оценить Содержание публикации
Библиография Комментарии
Поделиться
QR
Метрика
Термическое расширение кислородных соединений на основе треугольных, тетраэдрических и смешанных анионных групп
Аннотация
Код статьи
S0023476125020063-1
Тип публикации
Статья
Статус публикации
Опубликовано
Авторы
Бубнова Р. С.  
Аффилиация: Санкт-Петербургский государственный университет
Выпуск
Том 70 Номер выпуска 2
Страницы
296-322
Аннотация
Обобщены данные о термических свойствах 200 кислородных соединений, построенных из треугольных (бораты, карбонаты, нитраты) и тетраэдрических (силикаты, сульфаты) групп. На основе систематики по С.К. Филатову, базирующейся на величине остаточного заряда Z, приходящегося на один анионный полиэдр вне этого полиэдра, осуществлен анализ зависимости коэффициента объемного термического расширения αV этих соединений и их температуры плавления. Величина остаточного заряда Z анионной группы характеризует степень “полимеризации” этих групп. Подход использован для смешанных групп (тетраэдрических с разным зарядом центрального атома) и развит для гетерополиэдрических анионных групп (кислородные треугольники и тетраэдры в боратах). Показано, что объемное термическое расширение увеличивается, а температура плавления понижается по мере уменьшения остаточного заряда Z вследствие повышения размерности аниона и ослабления прочности связей катион–кислород. При одинаковом остаточном заряде Z анионной группировки разброс значений αV позволяет определить влияние заряда и размера катиона: термическое расширение увеличивается по мере уменьшения заряда и увеличения радиуса катиона. Среди изученных кислородных соединений минимальными значениями коэффициента объемного термического расширения характеризуются соединения с тетраэдрами (бораты 3 = 22 × 10−6, боросиликаты 27 = 29 × 10−6, алюмосиликаты 27 = 28 × 10−6, силикаты 34 = 27 × 10−6 °С−1). Промежуточные значения демонстрируют соединения с треугольными группами (бораты 32 = 41 × 10−6, карбонаты 10 = 40 × 10−6 °С−1) и бораты со смешанными анионами (40 = 43 × 10−6 °С−1). Максимально расширяются сульфаты с изолированными тетраэдрами (21 = 90 × 10−6 °С−1) и нитраты с изолированными треугольными группами (5 = 132 × 10−6 °С−1), что вызвано ослаблением связей вне анионного комплекса.
Источник финансирования
Правительство РФ (1023033000085-7-1.4.3). Российский научный фонд (22-13-00317). Правительство РФ (125021702335-5).
Классификатор
Получено
26.04.2025
Всего подписок
0
Всего просмотров
15
Оценка читателей
0.0 (0 голосов)
Цитировать   Скачать pdf

Библиография

1. Федоров Е.С. Сокращенный курс кристаллографии. СПб.: Экон. типо-литогр., 1910. 276 с.

2. Филатов С.К. // Докл. АН СССР. 1985. Т. 280. С. 369.

3. Volkov S.N., Charkin D.O., Firsova V.A. et al. // Crystallogr. Rev. 2023. V. 29. P. 151. https://doi.org/10.1080/0889311X.2023.2266400

4. Манолов К. Великие химики. Т. I. М.: Мир, 1977. 456 с.

5. Wyckoff R.W.G. // Z. Kristallogr. 1925. V. 62. P. 189. https://doi.org/10.1524/zkri.1925.62.1.189

6. Шубников А.В. // Кристаллография. 1956. Т. 1. С. 95.

7. Krishnan R.S., Srinivasan R., Devanarayanan S. Thermal Expansion of Crystals. Pergamon Press, 1979. 305 p.

8. Hazen R.M., Finger L.W. Comparative Crystal Chemistry. New York: J. Wiley and Sons, 1982. 231 p.

9. Филатов С.К. Высокотемпературная кристаллохимия. Л.: Недра, 1990. 288 с.

10. Filatov S.K., Hazen R.M. High-temperature and high-pressure crystal chemistry // Advanced Mineralogy. Berlin; New York: Springer-Verlag, 1994. V. 1. P. 76.

11. High-Temperature and High-Pressure Crystal Chemistry / Eds. Hazen R.M., Downs R.T. // Rev. Miner. Geochem. 2000. V. 41. Mineralogical Society of America, Washington DC, USA, 596 p.

12. Котельникова Е.Н., Филатов С.К. Кристаллохимия парафинов. СПб: Журнал Нева, 2002. 352 с.

13. Бубнова Р.С., Филатов С.К. Высокотемпературная кристаллохимия боратов и боросиликатов. СПб: Наука, Изд-во РАН, 2008. 760 с.

14. Лейбфрид Г. Микроскопическая теория механических и тепловых свойств кристаллов. М.; Л.: Физматгиз, 1963. 312 с.

15. Newnham R.E. Structure-property relations. Springer, 1975. 234 p.

16. Урусов В.С. Энергетическая кристаллохимия. М.: Наука, 1975. 336 с.

17. Филатов С.К. // Зап. Всесоюз. минерал. о-ва. 1987. Т. 116. С. 417.

18. Bubnova R.S., Filatov S.K. // Z. Kristallogr. Cryst. Mater. 2013. V. 228. P. 395. https://doi.org/10.1524/zkri.2013.1646

19. Bubnova R.S., Volkov S.N., Albert B., Filatov S.K. // Crystals. 2017. V. 7. P. 93. https://doi.org/10.3390/cryst7030093

20. Bubnova R., Yukhno V., Krzhizhanovskaya M. et al. // Crystals. 2024. V. 14. P. 600. https://doi.org/10.3390/cryst14070600

21. Kerstan M., Rüssel Ch. // J. Power Sources. 2011. V. 196. P. 7578. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2011.04.035

22. Gorelova L.A., Bubnova R.S., Krivovichev S.V. et al. // J. Solid State Chem. 2016. V. 235. Р. 76. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2015.12.012

23. Henderson C.M.B. // Solids. 2021. V. 2. P. 1. https://doi.org/10.3390/solids2010001

24. Krzhizhanovskaya M.G., Bubnova R.S., Filatov S.K. // J. Struct. Chem. 2014. V. 55. P. 1342. https://doi.org/10.1134/S0022476614070154

25. Krzhizhanovskaya M.G., Bubnova R.S., Filatov S.K. // Phys. Chem. Glasses: Eur. J. Glass Sci. Technol. B. 2019. V. 60. Р. 129. https://doi.org/10.13036/17533562.60.4.049

26. Filatov S.K., Frank-Kamenetzkij V.A. // Krist. Tech. 1967. V. 2. P. 577.

27. Филатов С.К., Франк-Каменецкий В.А. // Кристаллография. 1969. Т. 14. С. 804.

28. Герасимов В.Н., Доливо-Добровольская Е.М., Каменцев И.Е. и др. Руководство по рентгеновскому исследованию минералов. Л.: Недра, 1975. 399 с.

29. Бубнова Р.С., Кржижановская М.Г., Филатов С.К. Практическое руководство по терморентгенографии поликристаллов. Ч. I. Осуществление эксперимента и интерпретация результатов. СПб: Изд-во СПбГУ, 2011. 70 с.

30. Бубнова Р.С., Филатов С.К. Терморентгенография поликристаллов. Ч. II. Определение количественных характеристик тензора термического расширения. СПб: Изд-во СПбГУ, 2013. 143 с.

31. Филатов С.К., Кривовичев С.В., Бубнова Р.С. Общая кристаллохимия. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2018. 276 с.

32. Филатов С.К., Кривовичев С.В., Бубнова Р.С. Систематическая кристаллохимия. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2019. 231 с.

33. Филатов С.К. // Кристаллография. 2011. Т. 56. С. 1019.

34. Filatov S.K. // Int. Geol. Rev. 1988. V. 30. P. 496.

35. Filatov S.K. // Phys Status Solidi. B. 2008. V. 245. Р. 2490. https://doi.org/10.1002/pssb.200880256

36. Кривовичев С.В., Филатов С.К. Кристаллохимия минералов и неорганических соединений с комплексами анионоцентрированных тетраэдров. СПб.: Изд-во СПбГУ, 2001. 200 с.

37. Krivovichev S.V., Mentré O., Siidra O.I. et al. // Chem. Rev. 2013. V. 113 (8). Р. 6459. https://doi.org/10.1021/cr3004696

38. Филатов С.К. // Успехи химии. 1992. Т. 61 (11). С. 1983. https://doi.org/10.1070/RC1992v061n11ABEH001018

39. Андрианова Л.В., Филатов С.К. // Аппаратура и методы рентгеновского анализа. Вып. 32. Л.: Машиностроение, 1984. С. 88.

40. Белоусов Р.И., Филатов С.К. // Физика и химия стекла. 2007. Т. 33. С. 377.

41. Фирсова В.А., Бубнова Р.С., Филатов С.К. Определение тензора термического расширения кристаллических веществ методом терморентгенографии – ThetaToTensor. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ. RU 2011615363. 08.07.2011. Заявка № 2011613688 от 16.05.2011.

42. Фирсова В.А., Бубнова Р.С., Филатов С.К. Определение тензора термического расширения кристаллических веществ методом терморентгенографии – ThetaToTensor, вторая версия. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2013611071. 09.01.2013. Заявка № 2012661177 от 05.12.2012.

43. Bubnova R.S., Firsova V.A., Filatov S.K. // Glass Phys. Chem. 2013. V. 39. P. 347.

44. Фирсова В.А., Бубнова Р.С., Волков С.Н., Филатов С.К. Исследование термических преобразований кристаллической структуры по данным терморентгенографии – RietToTensor. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2015661205. 21.10.2015. Заявка № 2015616211 от 09.07.2015.

45. Фирсова В.А., Бубнова Р.С., Волков С.Н., Филатов С.К. Исследование термических преобразований кристаллической структуры по данным терморентгенографии – RietToTensor, вторая версия. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2018663287. 24.10.2018. Заявка № 2018615098 от 21.05.2018.

46. Bubnova R.S., Firsova V.A., Volkov S.N., Filatov S.K. // Glass Phys. Chem. 2018. V. 44. P. 33. https://doi.org/10.1134/S1087659618010054

47. Фирсова В.А., Бубнова Р.С., Филатов С.К. Работа с базой данных тензора расширения – Tensorbase. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2020612656. 28.02.2020. Заявка № 2019663166 от 22.10.2019.

48. Либау Ф. Структурная химия силикатов / Пер. Пущаровского Д.Ю. М.: Мир, 1988. 412 с.

49. Пущаровский Д.Ю. Структурная минералогия силикатов и их синтетических аналогов. М.: Недра, 1986. 160 с.

50. Hinrichsen B., Dinnebier R., Jansen M. // Z. Kristallogr. 2006. Suppl. V. 23. P. 231. https://doi.org/10.1524/9783486992526-040

51. Halasz I., Dinnebier R.E., Ross A. // J. Appl. Cryst. 2010. V. 43. P. 504.

52. Ежкова З.И., Жданов Г.С., Уманский М.М. // Кристаллография. 1959. Т. 4. Вып. 5. C. 723.

53. Jessen S.M., Küppers H. // J. Appl. Cryst. 1991. V. 24. P. 239. https://doi.org/10.1107/S0021889891000778

54. Paufler P., Weber Z. // Eur. J. Mineral. 1999. V. 11. P. 721. https://doi.org/10.1127/ejm/11/4/0721

55. Langreiter T., Kahlenberg V. // Crystals. 2015. V. 5. P. 143. https://doi.org/10.3390/cryst5010143

56. Huang C., Mutailipu M., Zhang F. et al. // Nat. Commun. 2021. V. 12. P. 2597. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22835-4

57. Huppertz H., Eltz B. // J. Am. Chem. Soc. 2002. V. 124 (32). P. 9376. https://doi.org/10.1021/ja017691z

58. Huppertz H. // Z. Naturforsch. B. 2003. V. 58. P. 278.

59. Huppertz H., Keszler D.A. Borates: Solid‐State Chemistry // Encyclopedia of Inorganic and Bioinorganic Chemistry. 2014. https://doi.org/10.1002/9781119951438.eibc0021.pub2

60. Mutailipu M., Poeppelmeier K.R., Pan S. // Chem. Rev. 2021. V. 121. P. 1130. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00796

61. Huppertz H., Ziegler R. Borate Applications. V. 2 From Energy Storage to Photofunctional Materials / Ed. Pöttgen R. et al. Berlin; Boston: De Gruyter, 2023. P. 153. https://doi.org/10.1515/9783110798890-011

62. Wright A.C. // Phys. Chem. Glasses: Eur. J. Glass Sci. Technol. B. 2010. V. 51. P. 1.

63. Херлбат К., Клейн К. Минералогия по системе Дэна. М.: Недра, 1982. 728 с.

64. Spahr D., König J., Bayarjargal L. et al. // J. Am. Chem. Soc. 2022. V. 144. P. 2899. https://doi.org/10.1021/jacs.2c00351

65. Sagatova D.N., Gavryushkin P.N., Sagatov N.E., Banaev M.V. // J. Comput. Chem. V. 24. P. 23578. https://doi.org/10.1002/jcc.27210

66. Banaev M.V., Sagatov N.E., Sagatova D.N., Gavryushkin P.N. // ChemistrySelect. 2022. V. 7. P. 32. e202201940. https://doi.org/10.1002/slct.202201940

67. Koenig J., Spahr D., Bayarjargal L. et al. // ACS Earth Space Chem. 2022. V. 6. P. 73. https://doi.org/0.1021/acsearthspacechem.1c00284

68. Biryukov Y.P., Bubnova R.S., Krzhizhanovskaya M.G. et al. // Solid State Sci. 2020. V. 99. 106061. https://doi.org/10.1016/j.solidstatesciences.2019.106061

69. Volkov S.N., Filatov S.K., Bubnova R.S. et al. // Glass Phys. Chem. 2012. V. 38. P. 162. https://doi.org/10.1134/S108765961201018X

70. Filatov S.K., Biryukov Y.P., Bubnova R.S., Shablinskii A.P. // Acta Cryst. 2019. V. 75. P. 697. https://doi.org/10.1107/S2052520619007443

71. Biryukov Y.P., Zinnatullin A.L., Cherosov M.A. et al. // Acta Cryst. 2021. V. 77. P. 1021. https://doi.org/10.1107/S2052520621010866

72. Biryukov Y.P., Bubnova R.S., Krzhizhanovskaya M.G., Filatov S.K. // Mater. Chem. Phys. 2019. V. 229. P. 355. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.02.047

73. Biryukov Y.P., Bubnova R.S., Filatov S.K., Ugolkov V.L. // Mater. Chem. Phys. 2018. V. 219. P. 233. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2018.08.033

74. Shablinskii A.P., Bubnova R.S., Povolotskiy A., Filatov S.K. // Glass Phys. Chem. 2023. V. 49. P. 66. https://doi.org/10.1134/S1087659623600990

75. Volkov S., Bubnova R., Shorets O. et al. // Inorg. Chem. Commun. 2020. V. 122. P. 108262. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2020.108262

76. Markgraf S.A., Reeder R.J. // Am. Mineral. 1985. V. 70. P. 590.

77. Wang M., Shi G., Qin J., Bai Q. // Eur. J. Mineral. 2018. V. 30. P. 939. https://doi.org/10.1127/ejm/2018/0030-2768

78. Ye Y., Smyth J.R., Boni P. // Am. Mineral. 2012. V. 97. P. 707. http://dx.doi.org/10.2138/am.2012.3923

79. Rao K.V.K., Naidu S.V., Murthy K.S. // J. Phys. Chem. Solids. 1968. V. 29. P. 245.

80. Murthy K.S., Rao K.V.K. // J. Mater Sci. 1976. V. 11. P. 2350. https://doi.org/10.1007/bf00752105

81. Srinivasan R. // Proc. Indian Acad. Sci. 1955. V. 41. P. 49. https://doi.org/10.1007/BF03047172

82. Bichile G.K., Kulkarni R.G. // Acta Cryst. A. 1975. V. 31. P. 446. https://doi.org/10.1107/S0567739475001003

83. Kopylova Yu.O., Krzhizhanovskaya M.G., Yukhno V.A., Bubova R.S. // Phys. Chem. Glass. 2025. V. 51. (in press).

84. Volkov S.N., Yukhno V.A., Bubnova R.S., Shilovskikh V.V. // Z. Krist. Cryst. Mater. 2018. V. 233. P. 379. https://doi.org/10.1515/zkri-2017-2112

85. Krzhizhanovskaya M.G., Vereshchagin O.S., Kopylova Yu.O. et al. // Opt. Mater. 2024. V. 147. P. 114651. https://doi.org/10.1016/j.optmat.2023.114651

86. Krzhizhanovskaya M.G., Kopylova Yu.O., Obozova E.D. et al. // J. Solid State Chem. 2023. V. 318. P. 123786. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2022.123786

87. Merlini M., Gemmi M., Artioli G. // Phys. Chem. Miner. 2005. V. 32. P. 189. https://doi.org/10.1007/s00269-005-0458-7

88. Peters L., Knorr K., Knapp M., Depmeier W. // Phys. Chem. Miner. 2005. V. 32. P. 546. https://doi.org/10.1007/s00269-005-0015-4

89. Hovis G.L., Medford A., Conlon M. et al. // Am. Mineral. 2010. V. 95. P. 1060. https://doi.org/10.2138/am.2010.3484

90. Tribaudino M., Angel R.J., Cámara F. et al. // Contrib. Mineral. Petr. 2010. V. 160. P. 899. https://doi.org/10.1007/s00410-010-0513-3

91. Benna P., Bruno E. // Am. Mineral. 2001. V. 86. P. 690. https://doi.org/10.2138/am-2001-5-609

92. Benna P., Tribaudino M., Bruno E. // Am. Mineral. 1999. V. 84. P. 120. https://doi.org/10.2138/am-1999-1-213

93. Gorelova L., Britvin S., Krzhizhanovskaya M. et al. // Ceram. Int. 2024. V. 50. P. 54770. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2024.10.336

94. Hovis G.L., Crelling J., Wattles D. et al. // Mineral. Mag. 2003. V. 67. P. 535. https://doi.org/10.1180/0026461036730115

95. Palmer D.C., Dove M.T., Ibberson R.M., Powell B.M. // Am. Mineral. 1997. V. 82. P. 16. https://doi.org/10.2138/am-1997-1-203

96. Kerstan M., Müller M., Rüssel Ch. // Mater. Res. Bull. 2011. V. 46. P. 2456. https://doi.org/10.1016/j.materresbull.2011.08.031

97. Thieme Ch., Rüssel Ch. // J. Mater. Sci. 2015. V. 50. P. 5533. https://doi.org/10.1007/s10853-015-9100-3

98. Ridley M., Gaskins J., Hopkins P., Opila E. // Acta Mater. 2020. V. 195. P. 698. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2020.06.012

99. Fukuda K., Asaka T., Uchida T. // J. Solid State Chem. 2012. V. 194. P. 157. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2012.04.043

100. https://ntrs.nasa.gov/citations/20210009690

101. Stokes J.L., Harder B.J., Wiesner V.L., Wolfe D.E. // Solid State Chem. 2022. V. 312. 123166. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2022.123166

102. Knittle E., Jeanloz R., Smith G.L. // Nature. 1986. V. 319. P. 214.

103. Redhammer G.J., Camara Fo, Alvaro M. et al. // Phys. Chem. Miner. 2010. V. 37. P. 685. https://doi.org/10.1007/s00269-010-0368-1

104. Augustsson B., Ekhed A. // Z. Naturforsch. A. 1968. V. 23. P. 1259. https://doi.org/10.1515/zna-1968-0903

105. Meilander B.E., Nilsson L. // Z. Naturforsch. A. 1983. V. 38. P. 1396. https://doi.org/10.1515/zna-1983-1218

106. Сапрыкина О.Ю., Бубнова Р.С., Филатов С.К. // Физика и химия стекла. 2018. Т. 44. № 6S. С. 95. https://doi.org/10.1134/S0132665118070156

107. Шаблинский А.П., Филатов С.К., Бирюков Я.П. и др. // Физика и химия стекла. 2023. Т. 49. С. 448. https://doi.org/10.31857/S0132665123600206

108. Siidra O.I., Lukina E.A., Nazarchuk E.V. et al. // Mineral. Mag. 2018. V. 82. P. 257. https://doi.org/10.1180/minmag.2017.081.037

109. Белоусова М.Г., Сапрыкина О.Ю., Бубнова Р.С. и др. // Вулканология и сейсмология. 2021. T. 1. C. 57. https://doi.org/10.31857/S0203030620060127

110. Shablinskii A., Bubnova R., Shorets O. et al. // Crystals. 2024. V. 14. 27. https://doi.org/10.3390/cryst14010027

111. Shablinskii A., Shorets O., Bubnova R. et al. // Crystals. 2024. V. 14 (12). 1074. https://doi.org/10.3390/cryst14121074

112. Shorets O.Yu., Filatov S.K., Krzhizhanovskaya M.G. et al. // Glass Phys. Chem. 2022. V. 48. P. 130.

113. Шорец О.Ю., Шаблинский А.П., Филатов С.К., Бубнова Р.С. // Сб. тез. 2-го Междунар. симп. “Химия для биологии, медицины, экологии и сельского хозяйства”. 2021. С. 161.

114. Schmitt M.K., Huppertz H., Janka O. et al. // Inorg. Chem. 2017. V. 56. Р. 4217. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.7b00243

115. Volkov S., Charkin D., Bubnova R. et al. // Acta Cryst. 2019. V. 75. P. 910. https://doi.org/10.1107/S2053229619007605

116. Filatov S., Shepelev Y., Bubnova R. et al. // Solid State Chem. 2004. V. 177. P. 515. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2003.03.003

117. Becker P., Bohaty´ L. // Cryst. Res. Technol. 2001. V. 36. P. 1175. https://doi.org/10.1002/1521-4079 (200111)36:11%3 C1175::AID-CRAT1175%3E3.0.CO;2-T

118. Mathews M.D., Tyagi A.K., Moorthy P.N. // Thermochim. Acta. 1998. V. 319. P. 113. https://doi.org/10.1016/S0040-6031 (98)00408-0

119. Lin Wei, Dai Guiqing, Huang Qingzhen et al. // J. Phys. D. Appl. Phys. 1990. V. 23. P. 1073. https://doi.org/10.1088/0022-3727/23/8/012

120. Huntelaar M.E., Cordfunke E.H.P. // J. Nucl. Mater. 1993. V. 201. P. 250.

121. Каплун А.Б., Мешалкин А.Б. // Журн. неорган. химии. 2001. Т. 46. С. 1006.

122. Bubnova R.S., Krzhizhanovskaya M.G., Polyakova I.G., Filatov S.K. // Cryst. Res. Technol. 2005. V. 40. P. 73. https://doi.org/10.1002/crat.200410309

123. Penin N., Touboul M., Nowogrocki G. // J. Cryst. Growth. 2003. V. 256. P. 334. https://doi.org/10.1016/S0022-0248 (03)01383-6

Комментарии

Сообщения не найдены

Написать отзыв
Перевести