Файл: Магнитная и оптическая спектроскопия минералов и горных пород [сборник статей]..pdf

Г. Р. БУЛКА, В. ли ВИНОКУРОВ

ИЗУЧЕНИЕ СХЕМЫ ВОДОРОДНЫХ СВЯЗЕЙ

В КРИСТАЛЛАХ N aXr20 7 X 2Н,0 МЕТОДОМ ПМР .

В различных отраслях ■химической промышленности наи­ большее применение находят две соли двухромовой кислоты: К2Сг20 7 и Na2Cr.?0 7 X 2Н20 . Рентгенографическое~ изучение

калиевого бихромата [1} показало, что эта соль образует

В первой работе по изучению натриевого хромпика [2] было установлено, что Na2Cr20 7-2H20 кристаллизуется в про­

странственной группе P'ljm с параметрами а0 = 6,05А, Ь0 =

о

10.5Д, е0 =12,6 А . 3 = 94,9°, л = 4. В повторном исследо­

вании [В, 4| было установлено, что эта соль кристаллизуется

о

в пространственной группе Р 2г с параметрами tf0 = 6,21A,

V - Ю .9 0 А . с0= 12.94А. 3 = 95°, г -- 4 .

Для однозначного установления пространственной группы симметрии Na2Cr20 7 X 2Н30 монокристальные и поликристал-

лические образцы этой соли были исследованы методами протонного магнитного резонанса (ПМР). Спектры ПМР бы­ ли получены на спектрометре широких линий ЯМР при сле­ дующих условиях съемки: частота автодинного генератора 17,45 мггц, амплитуда модулирующего поля 0,5 гс, скорость

прохождения по спектру 0,0486 гс[сек, постоянная времени фазового детектора 4 сек. Форма линии ПМР поликристаллическог’о образца (рис. '1) при комнатной температуре обыч­

на для двухспиновых систем [5], что однозначно отвергает существование в исследуемом соединении анионов (НСг04)-

63

чены при медленном испарении водного раствора натриевого бихромата в эксикаторе над концентрированной серной кис­ лотой. Полученные образцы имели средние размеры 4 X 1,5Х

X 0,8 с м . Были изучены угловые зависимости спектров ПМР

при вращении вокруг четырех осей (рис. 2). Совокупность экспериментальных точек может быть объяснена наличием восьми протон-протонных направлений в элементарной ячей­ ке натриевого бихромата, связанных элементами симметрии

не выше С"л. Эти восемь направлений задаются следующи­ ми значениями углов <р и р, где -f угол от положительного направления оси Ь 0, p-угол от положительного направления

Результаты, приведенные в табл. 1, однозначно указы­ вают, что найденные векторы занимают общие позиции кри­ сталлической решетки. Учитывая вышеизложенное и тот факт, что в элементарной ячейке содержится четыре фор­ мульные единицы Na2Cr20 7 X 2Н20, экспериментально полу-

64

Рис. 2. Угловые зависимости спектров ПМР в Na2CrfO-X

X 2Н20 .

ченный набор векторов может быть описан только в том

случае, если кристалл имеет симметрию Р" или Я ". Таким образом, из двух предложенных по данным рентгенострук­ турного анализа структур следует выбрать для Na2Cr20 7 X X 2Н20 пространственную группу симметрии P2j.

Изучение структуры натриевого хромпика [3,4] показывает, что основной мотив его структуры образован искаженными Na-полиэдрами, образующими цепочки в плоскости (010).

Эти цепочки связаны между собой диортогруппами Сг207 .

Кислороды воды и диортогрупп образуют в структуре нерав­ номерные чередующиеся вдоль [010] слои; в одном слое ле­ жит четыре кислорода, второй слой состоит из десяти кислородов, принадлежащих только диортогруппам. Анализ структуры показывает, что несогласованность этих плоских

•Нгс

сеток может компенсироваться только за счет образования водородных связей между слоями. Для нахождения схемы водородных связей в кристалле будем исходить из следую­ щих предположений: а) мостиковый кислород диортогруппы не участвует в образовании связей (заряд на мостиковом кисло­ роде > + 3), б) водородная связь не может быть образована между кислородом воды и кислородом диортогруппы, вхо­ дящими в один и тот же натриевый полиэдр (в этом случае ион Н+ должен входить в ближайшее окружение Na+). При этих предположениях в образовании водородной связи между кислородными слоями будут участвовать пять атомов водо­ рода, а оставшиеся три атома образуют водородные связи внутри водно-кислородного слоя.

Исходя из предложенной схемы водородных связей и результатов работ [6, 7], легко определить координаты атомов водорода в кристаллической решетке (табл. 2).

5*

г. Р. БУЛКА, В. М. ВИНОКУРОВ

ПРОТОННЫЙ МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНС

вить, что Na2Cr20 7 X 2Н20 кристаллизуется в пространствен­ ной группе P2t и не содержит анионов (НСЮ4)~. Изучение натриевого хромпика методами протонного магнитного резо­ нанса (ПМР) [3] подтвердило результаты предыдущих работ и позволило определить положение атомов водорода в ре­ шетке этого кристаллогидрата. Изучение структуры натрие­

тонных расстояний и результатов ИК-спектроскопии авторы [4] высказали предположение, что данное соединение не являет­ ся „чистым“ кристаллогидратом, и предположили для литие­ вого бихромата формулу Ц2Н4Сг20 9.

Для однозначного установления правильной химической формулы литиевого хромпика поликристаллические и монокристальные образцы этой соли были исследованы методами ПМР. Спектры поли- и монокристальных образцов были по­ лучены на спектрометре ЯМР широких линий при условиях, описанных в работе [3]. Форма линии поликристаллического образца Li2Cr20 7 X 2Н ,6 подобна форме линии для Na2Cr20 X X 2Н20 [3], с узким пиком, обязанным как протонам сорби­ рованной воды, так и протонам воды маточного раствора, захваченного растущим кристаллом. Величина дублетного рас­

Для обоснования схемы водородных связей и определения позиций атомов водорода, согласно [5], были получены круп­ ные монокристаллы литиевого хромпика со средними разме-

68

Рис, 1. Угловая зависимость спектров ПМР монокристалла: