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Journal of the Less-Common Metalu, 136 (1987) 55 - 60.
DIE KRISTALLSTRUKTUR
VON Eu,Ga,
Ju. N. GRIN,
Institut fiir Chemie UN2 AN S.S.S.R., Swerdlowsk
(U.S.S.R.)
S. P. YATSENKO, E. G. FEDOROWA, N. A. SABIRSIJANOW and 0. M. SITS~HE~TS~H
Lwower Statsuni~e~~t~t, Lwow (U.S.S.R.) Ya. P. YARMOLYUK
Institut fiir Chemie UN2 AN S.S.S.R., Swerdlowsk
(U.S.S.R.)
Zusammenfassung Die ~sta~st~kt~ von EusGas wurde mit Hilfe von E~~is~lmethoden untersucht und gehiirt zum neuen Strukturtyp: Raum~ppe Amm2, a = 15,333(5) A, & = 4,577(l) A und c = 11,018(4) A; 2 = 4. Die kiirzesten Zwischenatomabstlnde sind: Eu-Eu, 3,692 A, Eu-Ga, 3,054 a und Ga-Ga, 2,548 A. Die Eu-Atome haben die Koordinationszahlen 17,18 und die Ga-atome die Kordinationszahlen 9, 10. Die Eu,Ga,-Struktur wird als eine Packung von gefiillten Trigonalprismen [GaEuJ und leeren Tetragonalpiramiden f Eus] beschrieben. Summary The crystal structure of Eu,Ga, compound has been studied by X-ray single-crystal diffractometry and belongs to the new structure type: space group Amm2, a = 15.333(5) A, b = 4.577(l) A, c = 11.018(4) A, 2 = 4. The shortest interatomic distances are: Eu-Eu, 3.692 a; Eu-Ga, 3.054 A; Ga-Ga, 2.548 A. The coord~ation numbers of the atoms are europium, 17 and 18 and gallium, 9 and 10. The structure of Eu,Ga, has been described as a two-dimensional packing of trigonal prisms [GaEu,] and empty tetragonal pyramids [ Eu5] .
1. Einleitung Die Verb~dung Eu2Ga3 wurde bei den Untersu~hungen des Zweistoffsystems Eu-Ga beschrieben I1 - 31. Niihere Strukturinformation fehlt in der Literatur. Die Existenz dieser Verbindung haben wir w&rend der Untersuchung der Dreistoffsystemen Europium-Ubergangsmetall-Gallium besWigt. Die Lage des Phasenbereiches deutete jedoch auf einen niedrigeren Europiumgehalt in der Verbindung. Darum stellen wir als Ziel dieser Arbeit die Strukturuntersuchung von Eu,Gas. 0022-5088/87/$3.50
@ Elsevier ~quoia/~nted
in The Netherlands
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2. Probenherstellung und Riintgenuntersuchung Die Proben wurden durch Schmelzen der Ausgangsmetallen (Eu, 2 99.86%) Ga, 9999% ) im Lichtbogenofen unter ~onatmosp~ hergestellt. Die Homogenisationsgliihung erfolg$e bei 600 “C (400 Stunden) in vakuumierten Quartzampullen. Die fiir Rijntgenuntersuchung passenden EinkristalIe wurden durch langes Abk~hlen des Schmelzes geziichtet. Die Laue-Aufnabmen (CuK) eines prismenformigen Einkristalles (lineare Abmessungen, 0,08 mm X 0,12 mm X 0,16 mm) deuteten auf orthorhombische Symmetrie der Struktur (Laue-Klasse mmm). Die Gitterparameter wurden durch Drehaufn~me~ (CuK) mit nachfolgender Verfeinerung auf einem Vierkreisdiffraktometer ermittelt: a = 15,333(5) A, b = 4,577(l) A, c = 11,018(4) A und V = 773,3 A3. Die Intensitsten von 225 unabhtingigen Reflexen wurden auf demselben Diffraktome~r vermessen. Die St~ktur~plituden wurden aus den Intensitaten unter Be~cksichti~ng von ~nkelabh~~gen Faktoren und der Absorbtionskorrektur ermittelt. Die systematischen AuslSschungen (es sind die Reflexe hkl nur mit k + I = 2n vorhanden) deuteten auf die m&lichen Raumgruppen Cmmm, Cmm2, Amm2 und C222. Dabei waren die Reflexe h01 mit E= 2n + 1 schwgcher als die mit f = Zn, was zu den Pseudoausliischungen fiihrte, die den Raumgruppen Cmcm, Cm~2~, Ama entsprachen. Die Strukturlijsung erfolgte mit Hilfe von direkten Methoden in der Rau~~ppe Amm2, weil die stat~tis~ben Tests kein Symmet~ezent~m zeigten. Die Verfeinerung des ermittelten Strukturmodelles nach der Methode der kleinsten Fehlerquadrate bei isotroper Beschreibung ergab den endgiiltigen R-Wert 0,047. Die anisotrope Beschreibung wurde wegen der nichtausreichenden Reflexezahl nicht unternommen. Die endgiiltigen Ato~oo~~aten und Tempemt~f~toren sind in der Tabelle 1 zusarnmengestellt, die Struktur in der Projektion auf die xz-Ebene ist in der Abb. 1 wiedergegeben, die AtomabstZnde sind in Tabelle 2 zu finden.
TABELLE 1 Atomparameter und Temperaturfaktoren
in der Struktur Eu#aj
Atom
X
Y
t
B
Eu(l) Euf2)
0,13?3(6) O&465( 6) l/2 0 0,288( 1) 0,359(l) 0,16o(l) 0,223(l) 112 0
0 0 0 0
0,011(1) 0,193(Z) 0,489( 1) 0,736( 1) 0,484( 2) 0,895(Z) 0,307( 2) 0,718(2) 0,772(3) 0,425(3)
0,5(2) 0,6(Z) 0,6(3) 0,6(3) 0,8(4) &O(4) 0,5f4) 0,8(4) 0,4f3) 1,317)
Bu(3) JW4) Ga(l) Ga(21 W3) W4) Ga(5) Gal61
Standardabweichungen
in Klammern.
0 0 0
0 0
0
57 TABELLE 2 Atomabstiinde in der Struktur Eu3GaS Atome
A bstand (A)
Koordinationszahl
A tome
Eu(l)-2Ga(3) 2Ga(6) 2Ga(l) Ga(31 Ga(4f 2Ga(4) Ga(2) EM41 Eu(2) 2Eu(4) Eu(1) 2Wl)
WW) VW23 33712) 3,29(2)
18
Ga(l)-2Ga(2) Ga(4) Ga(3) Eu(3f XEufl) Eu(2) 2Eu( 2)
Eu(2~2Ga(4) 2Ga( 2) Ga(3) Ga(2) 2Ga( 5) Ga(l) 2Ga( 1) Wl) 2Euf3) Eu(3) JW2) 2Eu( 2)
3,05(3) 3,19@) 3,220) 3,29(2) 3,32(2) 3,36(2) 3,40(3) 3,88(2) 3,92(2) 3,96(l) 4,49(l) 4,577( 1)
18
Eu(3)-Ga(5) 2Ga(l) 2Ga(5) 4Ga( 2) 4Eu(2) 2Eu( 2) 2Eu(3)
3,12(2) 3,250) 3,31(31 3,32(z) 3,920) 3,96(l) 4,577(l)
17
Eu(4b2Ga(6) 2Ga( 4) Gat6) 4Ga(3) 2Eu(l) 4Eu(l) 2Eu(4)
3,09(4) 3,42(2) 3,43(l) 3,45(l) 3,69(21 3,97(2) 4$77(l)
17
3,43(2) 3,49(2) 3,63(3) 3,69(l) 3,w2) 3,97(l) 4,21t3) 4,577(l)
Abstand
(A)
Koordinationszahl 10
2,77(2) 3342) 3,27(3) 3,36(2) 3,40(3)
Ga(2)-Ga(5) 2Ga( 1) Gat4) 2Eu(2) Eu(2) 2Eu(3) Wl)
2,55(2) 2,72(2) 2,35(2)
10
Ga(3b2Ga(4) 2Ga(6) 2Eu( 1) EM21 EM11 2Eu(4)
W7(2) 2,77(2) 3,22(3)
10
Ga(4)-2Ga(3) Ga(l) Ga(2) 2Eu( 2) W4) Eu(1) 2Eu(l)
2,67(2) 2,77(2) W35(2) 3,05(2) 3,42(2) 3,43(3) 3,49(3)
10
Ga(5F2Ga(2) W3) 2Eu(3) 4Eu( 2)
3,12(l) 3,3x(2) %32(2)
Ga(6)-2Ga(3) 2Eu( 4) 4Eu(l) W4)
3,09(4) 3,25(2) 3,43(l)
2,55(2)
2,77(2)
9
9
Die Struktur hat normal zur z-Achse die PseudosymmetrieelementeGleitebenen, die die Symmetrie der ganzen Struktur auf Cmcm erhShen k&-m&en. Jedoch der Versuch misslang, die Strukturparameter in Rahmen
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y=o
0.5
E”O 00
1.0
y=o
600
0.5
0
Abb. 1. Die Projektion der Struktur EusGaS auf die xz-Ebene polyeder der Atome Europium (a - d) und Gallium (e - i).
und die Koordinations-
dieser Raumgruppe zu verfeinern (R = 0,24). In der zentrosymmetrischen Raumgruppe Cmmm llsst sich die Struktur nicht beschreiben.
3. Strukturbeschreibung und Strukturverwandtschaft Die friiher als EuzGa3 beschriebene Verbindung hat der Strukturuntersuchung nach die Zusammensetzung EusGa, und gehort zu einem neuen Strukturtyp. Zur Bestimmung von Koordinationszahlen wurde die Methode der Lit. 4 benutzt. Die Eu-Atome haben 17 und 18 naheste Nachbarn und Koordinationspolyeder in Form von Pentagonalprismen mit zentrierten Basisund Seitenfliichen. Die Ga-atome liegen in den Zentren von seiten- und besiszentrierten verzerrten Trigonalprismen (Koordinationszahlen 9 und lo), deren Gipfel nur durch Eu-Atome besetzt sind. Die Prismenachsen liegen entweder parallel oder normal zur y-Achse. So entsteht eine Packung aus gefiillten Trigonalprismen, die durch leere Halboktaeder getrennt sind (Abb. 2). Derart aufgebaute Strukturen gehiiren zu einer Serie von zweidimensionalen inhomogenen Strukturtypen, die sich als Mosaikpackung von eindimensionalen Details von Typen AIBz (Trigonalprismen) und a-Fe (Halboktaeder) beschreiben lassen [5]. Neben o-Ni,B3, Y ,,,GasCo,, Ce,Ni,Si,, Ce,,NisSi,, Ru,,Bs und La,NiGe, ist EuxGa5 das nachste Mitglied dieser Serie mit dem bis jetzt niedrigsten Gehalt der cY-Fe-Fragmente.Aus der Gesamtformel R, + a.snX, (n ist die Zahl von Trigonalprismen, m die Zahl von Oktaedern pro Zelle) erhalt man bei m = 2, it = 20 die Zusammensetzung der Elementarzelle von EusGa,. Die trigonalprismatische Koordination von Ga-Atome gestattet die Strukturverwandtschaft zu anderen bin%ren Verbindungen im Zweistoffsystem Eu-Ga festzustellen. Die beiden untersuchten Modifikationen von EuGa, [1,6 - 81 (Strukturtypen AIBz und KHg,) haben such die Trigonalprismenpackung als Strukturbasis. Dabei gibt es in diesen Strukturen keine
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Abb. 2. Die Vertreter R m+o.snX ?I’
der
Serie von
inhomogenen
zweidimensionalen
Strukturen
leere Halboktaeder und die Prismenachsen sind parallel zu einer Richtung. Die Verzerrung der Trigonalprismen in EuGa, (KHg,-Typ) ist analog zu der in der Eu3Ga,-Struktur. Darum ist Eu3Ga, der erste Vertreter der Serie von linearen inhomogenen Strukturen der Zusammensetzung Rdrn+2nX4m+4n+Zn (m = 2, n = 2), die aus Fragmenten von KHg,(EuGa*)- und a-ITI(“EuGa”)Typen bestehen. Dabei konnen die KHg,-Details nur als einzelne in die Struktur eingebaut werden. In Hinblick auf die Lit. 9 ist anzunehmen, dass alle bekannten Strukturen im System Eu-Ga sich mit Hilfe des Konzeptes der inhomogenen linearen Strukturserien beschreiben lassen.
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Literatur 1 D. I. Dzyana, W. Ya. Markiw und E. I. HIadyschewski, Dopov. Akad. Nauk Ukr. RSR, 9 (1964) 1177. 2 S. P. Yatsenko, A. A. Semyannikov, B. G. Semenov und K. A. Chuntonov, J. LessCommon Met., 64 (1979) 185. 3 S. P. Yatsenko, J. Chim. Phys., 74 (1977) 836. 4 S. P. Yatsenko, Yu. N. Hryn’, 0. M. Sitschewitsch, K. A. Tschuntonow und Ya. P. Yarmolyuk, J. Less-Common Met., 106 (1985) 35. 5 E. I. Hladyschewski und Yu. N. Hryn’, Kristallografiya, 26 (1981) 6. 6 A. IandeiIi, 2. Anorg. Allg. Chem., 330 (1964) 221. 7 K. H. J. Buschow und D. B. de Mooij, J. Less-Common Met., 97 (1984) L5. 8 W. Ya. Markiw, N. N. Belyawina und T. I. Zhunkowskaya, Dokl. Akad. Nauk USSR, Ser. A, 2 (1982) 84. 9 S. P. Yatsenko, 0. M. Sitschewitsch, Ya. P. Yarmolyuk und Yu. N. Hryn’, Dopov. Akad. Nauk 7%. RSR, Ser. B, 7 (1985) 55.