Untersuchung von anorganischen Pigmenten mit Apatitstruktur

02.11.2018 - Russische Föderation

Verbindungen mit Apatitstruktur unterscheiden sich von den meisten Klassen durch die Vielfalt ihrer chemischen Zusammensetzung: Zur Herstellung solcher Substanzen können die meisten chemischen Elemente des Periodensystems verwendet werden, während die Eigenschaften der kristallinen Struktur des Apatits erhalten bleiben.

Die daraus resultierende Vielfalt der chemischen Zusammensetzungen bestimmt auch ein breites Spektrum an physikalisch-chemischen Eigenschaften und Leistungsmerkmalen der Materialien, die auf der Grundlage von Stoffen dieses Strukturtyps hergestellt werden.

Neben der Möglichkeit, die chemische Zusammensetzung der Substanz über einen weiten Bereich zu verändern, ist es auch möglich, in der Kristallstruktur solcher Substanzen einige Elemente in den weniger verbreiteten Oxidationszuständen zu stabilisieren, vor allem die Mangan- und Chromatome in der Oxidationsstufe +5. In der Regel werden diese Elemente unter den Bedingungen verschiedener Prozesse einer Disproportionierung unterzogen - einer gleichzeitigen Erhöhung und Verringerung der Oxidationszahl in stabilere Zustände: +6 und +4 für Mangan und +6 und +3 für Chrom.

Die Suche nach einer kristallinen Matrix, die die Stabilisierung der seltenen Oxidationszustände von Mangan und Chrom fördert, ist insofern relevant, als solche Verbindungen eine anhaltende grüne oder blaue Farbe (oder ihre Zwischentöne) aufweisen. Daher ist es möglich, sie als anorganische Pigmente zu verwenden, die neben ihren spezifischen Farbtönen eine ausreichend hohe thermische Stabilität aufweisen.

Die Studien an anorganischen Pigmenten mit Apatitstruktur wurden an der Chemischen Fakultät der Lobachevsky Universität von dem Team um Prof. A.V. Knyazev und Dr. E.N. Bulanov seit 2010 durchgeführt. Zu den jüngsten Errungenschaften des Teams gehören die Beschaffung einer hochreinen Probe der Zusammensetzung Ba₅(MnO₄)₃Cl und deren physikalisch-chemische Charakterisierung. Nach Evgeny Bulanov, im Rahmen dieser Forschung, die Merkmale der Kristallstruktur und der chemischen Umgebung wurden festgelegt, so dass der Grad der Manganoxidation stabilisiert werden kann.

"Darüber hinaus wurde erstmals die isobare Wärmekapazität der Substanz gemessen. Während des Experiments wurde das anomale Verhalten der Verbindung auch unterhalb der Temperatur von 15K gefunden, was durch die Spinordnung erklärt werden kann", stellt Evgeny Bulanov fest.

Originalveröffentlichung

A.V. Knyazev and E.N. Bulanov and N.N. Smirnova and K.S. Korshak and Z. Xu and Yu.A. Sarmini; "Synthesis, structure and thermodynamic properties of Ba5(MnO4)3Cl apatite"; The Journal of Chemical Thermodynamics; 2018

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