Термическое расширение синтетического аналога маттеучита NaHSO4·H2O и α–NaHSO4

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription or Fee Access

Abstract

Изучено термическое поведение водного сульфата NaHSO4·H2O и продукта его дегидратации α–NaHSO4. Исследования проводились методами терморентгенографии и комплексного термического анализа. По данным трех экспериментов установлены температура, характер и последовательность фазовых превращений: NaHSO4·H2O(30÷50°C) → α–NaHSO4(140÷180°C) → Na2S2O7 + Na3H(SO4)2. С повышением температуры в структуре NaHSO4·H2O происходят шарнирные деформации на уровне цепочки из полиэдров NaO3(OH)(H2O)2. Анизотропия термического расширения составляет αmax/αmin = 1.9 для NaHSO4·H2O и αmax/αmin = 1.3 для NaHSO4.

Full Text

Restricted Access

About the authors

А. П. Шаблинский

Институт химии силикатов им. А. В. Гребенщикова РАН

Author for correspondence.
Email: shablinskii.andrey@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

Н. В. Дмитриева

Институт химии силикатов им. А. В. Гребенщикова РАН

Email: shablinskii.andrey@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

Р. С. Бубнова

Институт химии силикатов им. А. В. Гребенщикова РАН

Email: shablinskii.andrey@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

С. К. Филатов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: shablinskii.andrey@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

М. Г. Кржижановская

Институт химии силикатов им. А. В. Гребенщикова РАН

Email: shablinskii.andrey@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

В. Л. Уголков

Институт химии силикатов им. А. В. Гребенщикова РАН

Email: shablinskii.andrey@mail.ru
Russian Federation, Санкт-Петербург

References

  1. Krivovichev S. V. Minerals as Advanced Materials I. Springer Berlin Heidelberg. 2008. Berlin, Heidelberg.
  2. Bindi L., Nespolo M., Krivovichev S. V., Chapuis G., Biagioni C. Producing highly complicated materials. Nature does it better // Reports on Progress in Physics. 2020. V. 83. 106501.
  3. Yakubovich O. V., Khasanova N., Antipov E. V. Mineral-Inspired Materials: Synthetic Phosphate Analogues for Battery Applications // Minerals. 2020. V. 10. P. 524–554.
  4. Aksenov S. M., Deyneko D. V. Crystal chemistry and design of new materials with mineral-related structures: the structure-properties relationship // Herald of the Kola Science Centre of the RAS. 2022. V. 14. P. 7–16.
  5. Пеков И. В., Агаханов А. А., Зубкова Н. В., Кошлякова Н. Н., Щипалкина Н. В., Сандалов Ф. Д., Япаскурт В. О., Турчкова А. Г., Сидоров Е. Г. Фумарольные системы окислительного типа на вулкане Толбачик — минералогический и геохимический уникум // Геология и геофизика. 2020. Т. 61. С. 826–843.
  6. Siidra O. I., Vladimirova V. V., Tsirlin A. A., Chukanov N. V., Ugolkov V. L. Cu9O2(VO4)4Cl2, the first copper jxychloride vanadate: mineralogically inspired synthesis and magnetic behavior // Inorganic Chemistry. 2020. V. 59. P. 2136–2143.
  7. Grimvell. S. The Crystal Structure of NaHSO4·H2O // Acta Chemical Scandinavica. 1971. V. 25. P. 3213–3219.
  8. Catti M., Ferraris G., Franchini–Angela M. Hydrogen Bonding in the crystalline State. NaHSO4 (Mattteuccite), a Pseudo-Symmetric Crystal Structure // Cristalligrafia e structuristica. 1975. V. 109. P. 531–545.
  9. Carobbi G., Cipriani C. Matteuccite: nuovo minerale vesuviano // Rendiconti della Società Mineralogica Italiana. 1952 V. 8. P. 54.
  10. Werner C., Tojanov S., Worzala H., E. Kemnitz Hydrogensulfate mit fehlgeordneten Wasserstoffatomen — Synthese und Struktur von Li[H(HSO4)2](H2SO4), sowie Verfeinerung der Struktur von a-NaHSO4 // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. 1996. V. 622. P. 337‒342.
  11. Бубнова Р. С., Фирсова В. А., Филатов С. К. Программа определения тензора термического расширения и графическое представление его характеристической поверхности (ThetoToTensor-TTT) // Физика и химия стекла. 2013. Т. 39. № 3. С. 505–509.
  12. Stahl K., Balic Z. T., da Silva F., Eriksen K. M., Berg R. W., Fehrmann R. The crystal structure determinations and refinements of K2S2O7, KNaS2O7, and Na2S2O7 from X-ray powder diffraction and single-crystal data // Journal of Solid State Chemistry. 2005. V. 178. P. 1697–1704.
  13. Catti M., Ferraris G., Ivaldi G. A very short, and asymmetrical, hydrogen bond in the structure of Na3H(SO4)2 and S-OH vs O-H…O correlation // Acta Crystallogr. 1979. V. B35. P. 525–529.
  14. Филатов С. К., Карпов Г. А., Шаблинский А. П., Кривовичев С. В., Вергасова Л. П., Антонов А. В. Ивсит Na3H(SO4)2 — новый минерал вулканических эксгаляций из фумарол Трещинного Толбачинского извержения им. 50-летия ИВиС ДВО РАН // Доклады академии наук. Геохимия. 2016. Т. 468 (6). С. 690–693.
  15. Дмитриева Н. В., Бубнова Р. С., Филатов С. К., Шаблинский А. П., Кржижановская М. Г. Термическое расширение и фазовые переходы в сульфате Na3H(SO4)2 в области низких температур // Физика и химия стекла. 2019. Т. 45. С. 497–500.
  16. Hawthorne F. C. Toward theoretical mineralogy: A bond-topological approach // American Mineralogist. 2015. V. 100. P. 696–713.
  17. Hawthorne F. C., Schindler M. Understanding the weakly bonded constituents in oxusalt minerals. Zeitschrift für Kristallographie. 2008. V. 223. P. 41–68.
  18. Nakamura E., Kazuyuki I., Satoshi U., Kohji A., Hirihisa Y. Dielectric properties of lossy KH2SO4 crystals // Japanese Journal of Applied Рhysics. 1981. V. 20. P. 59–62.
  19. Воронков А. А., Илюхин В. В., Белов Н. В. Кристаллохимия смешанных каркасов. Принципы их формирования // Кристаллография. 1975. Т. 20. С. 556–567.
  20. Shablinskii A. P., Filatov S. K., Biryukov Y. P. Crystal structures inherited from parent high-temperature disordered microblocks: Ca2SiO4, Na2SO4–K2SO4 sulfates, and related minerals (bubnovaite and dobrovolskyite) // Physics and Chemistry of Minerals. 2023. V. 50. 30.
  21. Shablinskii A. P., Filatov S. K., Krivovichev S. V., Vergasova L. P., Moskaleva S. V., Avdontseva E. Yu., Knyazev A. V., Bubnova R. S. Dobrovolskyite, Na4Ca(SO4)3, a new fumarolic sulfate from the Great Tolbachik fissure eruption, Kamchatka Peninsula, Russia // Mineralogical Magazine. 2021. V. 85. P. 233–241.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Crystal structure of NaHSO4·H2O (a) and NaHSO4 (b)

Download (131KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Diffraction patterns of NaHSO4·H2O obtained under different conditions: a - t = 4÷74°C, in air; b - t = -180÷200°C, in vacuum. Dashed lines indicate the temperatures of phase transformations

Download (131KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. DSC and TG curves for NaHSO4·H2O

Download (75KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Temperature dependence of parameters and unit cell volume of NaHSO4·H2O (a) and α-NaHSO4 (b)

Download (160KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. a) - NaHSO4·H2O structure in the ac plane; b) - chains of NaO3(OH)(H2O)2 octahedrons compared with the figure of the thermal expansion tensor

Download (110KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. SO3OH dipole in NaHSO4∙H2O

Download (66KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Dipole direction projections in three planes in NaHSO4∙H2O

Download (132KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Maximum expansion of the α-NaHSO4 structure along the α22 and α33 axes

Download (114KB)
Indexing metadata
10. Fig. 9. Maximum expansion of the α-NaHSO4 structure along the α22 and α33 axes

Download (237KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences