ПРАЦІ НАУКОВОГО ТОВАРИСТВА ім. ШЕВЧЕНКА

Хімічні науки

Архів / Том LXVI 2021

Володимир БАБІЖЕЦЬКИЙ, Богдан КОТУР

Львівський національний університет імені Івана Франка, вул. Кирила і Мефодія, 6, 79005 Львів, Україна
e-mail: volodymyr.babizhetskyy@lnu.edu.ua

DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2021.66.107

ДОСЛІДЖЕННЯ НЕСТЕХІОМЕТРИЧНОСТІ СПОЛУКИ GdFe2Si2 МЕТОДОМ МОНОРКРИСТАЛУ

Тернарний силіцид GdFe2Si2 синтезовано електродуговою плавкою чистих компонентів в атмосфері очищеного аргону з наступним відпалом зразків при 800 °C упродовж одного місяця. Кристалічну структуру сполуки вивчено Х-променевими методами монокристала (монокристали складів GdFe2Si2 та GdFe1.92Si2), порошку та енергодисперсійною Х-променевою спектроскопією. GdFe2Si2 кристалізується у структурному типі CeGa2Al2, символ Пірсона tI10, просторова група I4/mmm, a = 3,938(1), c = 10,080(3) Å, Z = 2, R1 = 0,024, wR2 = 0,039 для 78 рефлексів з Io > 2σ(Io) та 9 уточнюваних параметрів. Для ізоструктурного монокристала GdFe1.92Si2 з параметрами ґратки a = 3,9467(7), c = 9,710(2) Å, Z = 2, R1 = 0,031, wR2 = 0,063 для 102 рефлексів із Io > 2σ(Io) та 10 уточнюваних параметрів положення атомів Fe 4d, 0 1/2 1/4 заповнене не повністю (G = 0,96(1)). Його склад підтверджено результатами енергодисперсійної Х-променевої спектроскопії. Встановлена область гомогенності сполуки при 800 °С описується формулою GdFe2-xSi2 (0 ≤ x ≤ 0,08). Координаційні числа атомів Gd, Fe та Si становлять 22, 12 та 9. Координаційний многогранник найменших атомів Si у структурі сполуки – тетрагональна антипризма з додатковим атомом Si напроти чотирикутної грані, утвореної чотирма атомами Gd, [SiGd4Fe4Si]. У структурі сполуки скорочені віддалі Fe–Si (на ~4 %), а інші віддалі – рівні або більші за суму атомних радіусів відповідних атомів.

Ключові слова: тернарні силіциди, рідкісноземельні метали, монокристал, кристалічна структура.

Література:

    1. Zarechnyuk O.S., Kripyakevich P.I., Gladyshevsky E.I. Ternary intermetallic compounds with the superstructure to the BaAl4 type. Kristallografiya. 1964. Vol. 9. P. 835–838. (in Russian).
    2. Ban Z., Sikirica M. The crystal structure of ternary silicides ThM2Si2 (M = Cr, Mn, Fe, Co, Ni and Cu). Acta Crystallogr. 1965. Vol. 18. P. 594–599. (https://doi.org/10.1107/S0365110X6500141X).
    3. Andress K.R., Alberti E. X-ray investigation of Aluminum–Barium alloys. Z. Metallkd. 1935. Vol. 27. P. 126–128. 4. Rieger W., Parthé E. Ternäre Erdalkali- und Seltene Erdmetall-Silicide und -Germanide mit ThCr2Si2-Struktur. Monatsh. Chem. 1969. Vol. 100. P. 444–454. (https://doi.org/10.1007/BF00904086).
    5. Rossi D., Marazza R., Ferro R. Lattice parameters of some ThCu2Si2-type phases in ternary alloys of rare earths with cobalt (or iron) and silicon (or germanium). J. Less-Common Met. 1978. Vol. 58. P. 203–207. (https://doi.org/10.1016/0022-5088(78)90201-1).
    6. Tung L.D., Franse J.J.M., Buschow K.H.J., Brommer P.E., Thuj N.P. A study of magnetic coupling in GdT2Si2 compounds (T = transition metal). J. Alloys Compd. 1997. Vol. 260. P. 35–43. (https://doi.org/10.1016/S0925-8388(97)00150-3).
    7. Goto R., Noguchi S., Ishida T. Superconductivity in ternary iron silicide YFe2–δSi2 single crystal. Physica C. 2010. Vol. 470. P. S404–S405. (https://doi.org/10.1016/j.physc.2010.01.025).
    8. Felner I., Mayer I., Grill A., Schieber M. Magnetic ordering in rare earth iron silicides and germanides of the RFe2X2 type. Solid State Commun. 1975. Vol. 16. P. 1005–1009. (https://doi.org/10.1016/0038-1098(75)90640-7).
    9. Buschow K.H.J., de Mooij D.B. Structural and magnetic characteristics of several ternary compounds of the type GdX2Si2 and UX2Si2 (X = 3d, 4d or 5d metal). Philips J. Res. 1980. Vol. 41(1). P. 55–76.
    10. Umarji A.M., Noakes D.R., Viccaro P.J., Shenoy G.K., Aldred A.T., Niarchos D. Magnetic properties of REFe2Si2 compounds. J. Magn. Magn. Mat. 1983. Vol. 36. P. 61–65. (https://doi.org/10.1016/0304-8853(83)91044-2).
    11. Bara J.J., Hrynkiewicz H.U., Miłoś A., Szyluła A. Investigation of the crystal properties of RFe2Si2 and RFe2Ge2 by X-ray diffraction and Mőssbauer spectroscopy. J. Less-Common Met. 1990. Vol. 161. P. 185–192. (https://doi.org/10.1016/0022-5088(90)90026-G).
    12. Czjzek G., Oestereich V., Schmidt H., Łątka K., Tomala K. A study of compounds GdT2Si2 by Mőssbauer spectroscopy and by bulk magnetization measurements. J. Magn. Magn. Mat. 1979. Vol. 79. P. 42–56. (https://doi.org/10.1016/0304-8853(89)90290-4).
    13. Babizhetskyy V., Köhler J., Tyvanchuk Y., Zheng C. A new ternary silicide GdFe1–xSi2 (x = 0.32): preparation, crystal and electronic structure. Z. Naturforsch. B. 2020. Vol. 75b. P. 217–223. (https://doi.org/10.1515/znb-2019-0200).
    14. Bodak O.I., Gladyshevskii E.I., Yarovets V.I., Davydov V.M., Il'chuk T.V. The systems (Y, Gd)–Fe–Si. Izv. AN USSR. Inorg. Mater. 1978. Vol. 14. P. 366–369. (in Russian).
    15. Merlo F., Pani M., Fornasini M.L. Crystal structure and electrical properties of the new R2TSi2 compounds (R = rare earths; T = Fe, Co). J. Alloys Compd. 2004. Vol. 372. P. 80–87. (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2003.10.024).
    16. Roger J., Babizhetskyy V., Hiebl K., Halet J.-F., Guerin R. Structural chemistry, magnetism and electrical properties of binary Gd silicides and Ho3Si4. J. Alloys Compd. 2006. Vol. 407. P. 25–35. (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2005.06.038).
    17. Wartchow R., GerighausenS., Binnewies M. Redetermination of the crystal structure of iron silicide, FeSi. Z. Kristallogr. NCS. 1997. Vol. 212. P. 320. (https://doi.org/10.1524/ncrs.1997.212.1.320).
    18. Schütte M., Wartchow R., Binnewies M. Shape Controlling Synthesis - Formation of Fe3Si by the Reaction of Iron with Silicon Tetrachloride and Crystal Structure Refinement. Z. Anorg. Allg. Chem. 2003. Vol. 629. P. 1846–1850. (https://doi.org/10.1002/zaac.200300125).
    19. STOE WinXPOW. Ver. 2.10 (Feb. 2004). – STOE & Cie GmbH.
    20. Akselrud L., Grin Y. WinCSD: software package for crystallographic calculations (Version 4). J. Appl. Crystallogr. 2014. Vol. 47. P. 803–805. (https://doi.org/10.1107/S1600576714001058).
    21. Altomare A., Burla M.C., Camalli M., Cascarano G.L., Giacovazzo C., Guagliardi A., Moliterni A.G.G., Polidori G., Spagna R. SIR97: a new tool for crystal structure determination and refinement. J. Appl. Crystallogr. 1999. Vol. 32. P. 115–119. (https://doi.org/10.1107/S0021889898007717).
    22. Sheldrick G.M. SHELXT - Integrated space-group and crystal-structure determination. Acta Crystallogr. A. 2015. Vol. 71. P. 3–8. (https://doi.org/10.1107/S2053273314026370).
    23. Thompson C.M., Tan X.Y., Kovnir K., Garlea V.O., Gippius A.A., Yaroslavtsev A.A., Menushenkov A.P., Chernikov R.V., Büttgen N., Krätschmer W., Zubavichus Y.V., Shatruk M. Synthesis, Structures, and Magnetic Properties of Rare-Earth Cobalt Arsenides, RCo2As2 (R = La, Ce, Pr, Nd). Chem. Mater. 2014. Vol. 26. P. 3825–3837. (https://doi.org/10.1021/cm501522v).
    24. Zhak O., Stoyko S., Babizhetskyy V., Shved O., Oryshchyn S., Hoch C. Interaction of yttrium with nickel and phosphorus: Phase diagram and structural chemistry. J. Solid State Chem. 2013. Vol. 207. P. 87–93. (https://doi.org/10.1016/j.jssc.2013.09.005).
    25. Bobev S., Xia S.-Q., Bauer E.D., Ronning F., Thompson J.D., Sarrao J.L. Nickel deficiency in RENi2-xP2 (RE= La, Ce, Pr). Combined crystallographic and physical property studies. J. Solid State Chem. 2009. Vol. 182. P. 1473–1480. (https://doi.org/10.1016/j.jssc.2009.03.014).
    26. Kuz’ma Yu. B., Chykhrij S. I. Phosphides. In Handbook on the Physics and Chemistry of Rare Earths; Gschneidner K.A., Jr., Eyring L., Eds. – Elsevier Science: Amsterdam, 1996. Ch. 156, Vol. 23, P. 285–433. (https://doi.org/10.1016/S0168-1273(96)23007-7).
    27. Babizhetskyy V.S., Kuz’ma Yu.B. Systems La–Ni–P and Ce–Ni–P. J. Inorg. Chem. 1994. Vol. 39. P. 322–327 (in Russian).
    28. Chykhrij S.I., Sobko V., Budnyk S.L. Smetana V.B. Isothermal Section of the Phase Diagram of Pr–Ni–P System at 1070 K. Visn. Lviv. Derzh. Univ., Ser. Khim. 2005. Vol. 46. P. 61–66 (in Ukrainian).
    29. Jeitschko W., Hofmann W.K., Terbüchte L.J. Lanthanoid and uranium nickel arsenides with CaBe2Ge2- and ThCr2Si2-type structures. J. Less-Common Met. 1988. Vol. 137. P. 133–142. (https://doi.org/10.1016/0022-5088(88)90081-1).
    30. Gvozdetskyi V., Hlukhyy V., Gladyshevskii R., Fässler T.F. Crystal Structure and Magnetic Properties of SrNi2-xSb2. Z. Anorg. Allg. Chem. 2015. Vol. 641. P. 1859–1862. (https://doi.org/10.1002/zaac.201500518).

Як цитувати:

БАБІЖЕЦЬКИЙ В., КОТУР Б. ДОСЛІДЖЕННЯ НЕСТЕХІОМЕТРИЧНОСТІ СПОЛУКИ GdFe2Si2 МЕТОДОМ МОНОРКРИСТАЛУ. Праці НТШ. Хім. наук. 2021 Т. LXVI. С. 107-116.

Завантажити файл