Empirical system of ionic radii specialized for 24 cations and anion F− in refractory fluorides MFM

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Эмпирическая система ионных радиусов (ЭСИР) специализирована для 24 катионов элементов I–III групп (M+ =Li,Na,K;M2+ =Ca,Sr,Ba,Cd;R3+ =Sc,Y,La) и периода 6 (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), а также F−в тугоплавких MFm. Эти фториды и фазы в системах MFm–RF3 — основа фторидного материаловедения. Расширенная СИР включает ЭСИР дляY3+,La3+, 14Ln3+и F−в RF3(R — редкоземельные элементы). Радиусы катионов (r+) и F−(rF)обеих СИР получены из единого источникаMFm. ЭСИР дляR3+рассчитана с точностью ±0.0017 Å из кратчайших расстояний (F–F)minи (R–F)minв 18 RF3двух модификаций. Из (F–F)minдля HoF3–LuF3rF = 1.253(2) Å одинаков для обеих ЭСИР. Радиусыr+и rFне зависят от типа структуры и не требуют поправок. Расширенная ЭСИР применима к 325 системам6 типов:MF–MʹF,MF–MʹF2, MF–(R,Ln)F3,MF2–MʹF2,MF2–(R,Ln)F3, (R,Ln)F3–(R,Ln)ʹF3и образующимся в них фазам.

About the authors

B. P. Sobolev

Institute of Crystallography of A.V. Shubnikov Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics, National Research Center 'Kurchatov Institute'

Author for correspondence.
Email: sulyanova.e@crys.ras.ru
Academician Kurchatov Square, 1, Moscow, 119991 Russia

E. A. Sulyanova

Institute of Crystallography of A.V. Shubnikov Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics, National Research Center 'Kurchatov Institute'

Email: sulyanova.e@crys.ras.ru
Academician Kurchatov Square, 1, Moscow, 119991 Russia

References

  1. Sobolev B.P., Sulyanova E.A.Lanthanide contraction in LnF3(Ln = Ce-Lu) and its chemical and structural consequences: part 1: location of YF3in the LnF3series according to its chemical and structural characteristics //Int. J. Mol. Sci.2023. V. 24. P. 17013. https://doi.org/10.3390/ijms242317013
  2. Sobolev B.P., Sulyanova E.A.Lanthanide contraction in LnF3(Ln = Ce-Lu) and its chemical and structural consequences: part 2: specialized empirical system of R3+(R = Y, La, and 14Ln) and F1−ionic radii for RF3series //Int. J. Mol. Sci.2023. V. 24. P. 17080. https://doi.org/10.3390/ijms242317080
  3. Nomenclature of Inorganic Chemistry IUPAC Recommendations 2005. The Royal Society of Chemistry: UK. 2005. 366 p. https://old.iupac.org/publications/books/author/
  4. connelly.html
  5. Lande A. Uber die Grosse der Atome // Z. Phys. 1920. V. 1. № 3. P.191–197.
  6. Goldschmidt V.M., Barth T., Lunde G., Zachariasen W.Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente. Part VII. Die Gesetze der Chrysatllochemie; Jacob Dybwad: Oslo. 1926. V. 7.P.1–117.
  7. Pauling L. The sizes of ions and the structure of ioniccrystals // J. Am. Chem. Soc. 1927. V. 49. № 3. P. 765–790. https://doi.org/10.1021/ja01402a019
  8. Zachariasen W.H.A set of empirical crystal radii for ions with inert gas configuration // Z. Kristallogr.1931. V. 80. № 10. P.137–153. https://doi.org/10.1524/zkri.1931.80.1.137
  9. Kordes E. Ionenradien und Periodisches System. II. Mitteilung. Berechnung der Ionenradien mit Hilfe Atomphysikalischer Größen // Z. Phys.Chem.В. 1941. V. 48. № 1. P.91–107. https://doi.org/10.1515/zpch-1941-4811.
  10. Arhens L.H.The use of ionization potentials. Part 1. Ionic radii of the elements // Geochem. Cosmochem. Acta. 1952. V. 2. № 3. P.155–169. https://doi.org/10.1016/0016-7037(52)90004-5
  11. ShannonR.D. Revisedeffectiveionicradiiand systematicstudiesof interatomicdistancesin halidesand chalcogenides //ActaCrystallogr., Sect. A. 1976. V. 32. № 5. P.751–767. https://doi.org/10.1107/S0567739476001551
  12. Shannon R.D.,Prewitt C.T.Effectiveionicradiiin oxidesand fluorides //ActaCrystallogr., Sect. B. 1969. V. 25. № 5. P.925–946. https://doi.org/10.1107/S0567740869003220
  13. Batsanov S.S., Batsanov A.S. Introduction to structural chemistry. N.Y.:Springer, 2012. https://doi.org/10.1007/978-94-007-4771-5
  14. Бандуркин Г.А., Джуринский Б.Ф., Тананаев И.В.Особенности кристаллохимии соединений редкоземельных элементов. М.:Наука, 1984. 230 с.
  15. Sobolev B.P.High-temperature chemistry of Y, La and lanthanide trifluorides in RF3–RʹF3systems. Part 2. Phase diagrams of the studied systems // J. Solid State Chem. 2021. V. 298. P. 122078. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2021.122078
  16. Sobolev B.P.The rareearthtrifluorides. Part 1. The high temperature chemistry of the rare earth trifluorides. Barcelona: Inst. d’Estudis Catalans, 2000.
  17. Sobolev B.P.The rareearthtrifluorides. Part 2.Introduction to material scienceof multicomponent fluoride crystals.Barcelona: Inst. d’Estudis Catalans, 2001.
  18. KaminskiiA.A. Lasercrystals,theirphysicsand properties.2nded.Berlin:Springer, 1991. 457 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-70749-3
  19. Каминский А.А., Антипенко Б.М. Многоуровневые функциональные схемы кристаллических лазеров. М.:Наука, 1989. 270 с.
  20. Barton C.J.,Redman J.D.,Strehlow R.A.Phaseequilibriain the systemsNaF–PuF3and NaF–CeF3 //J. Inorg.Nucl. Chem. 1961. V. 20.№ 1. P.45–52. https://doi.org/10.1016/0022-1902(61)80456-9
  21. Thoma R.E., Herbert G.M., Insley H. et al.Phase equilibria in the system sodium fluoride — yttrium fluoride // Inorg. Chem. 1963. V. 2.№ 5. P. 1005–1012. https://doi.org/10.1021/ic50009a030
  22. Barton C.J., Gilpatrick L.O., Brunton G.D. et al.Phase relations in the system KF — CeF3 // J. Inorg. Nucl. Chem. 1971. V. 33.№ 2. P.53–58. https://doi.org/10.1016/0022-1902(71)80372-X
  23. Thoma R.E. Binary systems of the lanthanide trifluorides with the alkali fluorides //Rev. Chim. Miner. 1973. V. 10.№ 1-2.P.363–382.
  24. Barton C.J., Gilpatrick L.O., Insley H.Phase equilibria in the systems BeF2–CeF3, LiF–CeF3and LiF–BeF2–CeF3 // J. Inorg. Nucl. Chem. 1974. V. 36. № 6.P.1271–1275. https://doi.org/10.1016/00221902(74)80063-1
  25. Barton C.J., Friedman H.A., Grimes W.R.et al.Phase equilibria in the alkali fluoride — uranium tetrafluoride fused salt systems: 1. The systems LiF–UF4and NaF–UF4 // J. Am. Ceram. Soc. 1958. V. 41.№ 2.P.63–69. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1958.tb13520.x
  26. Thoma R.E.,Insley H.,Brunton G.D.Condensed equilibria in the uranium (III) — uranium (IV) fluoride system //J. Inorg.Nucl.Chem. 1974.V. 36. № 5.P. 1095–1098. https://doi.org/10.1016/0022-1902(74)80219-8
  27. Соболев Б.П. Нестехиометрия в неорганических фторидах:I. Нестехиометрия в системахMFm–RFn (m < n ≤ 4) // Кристаллография.2012.Т. 57. № 3.С.490–511.
  28. Tantardini C., Oganov A.R.Thermochemical electronegativities of the elements // Nat. Commun. 2021.V. 12.P. 2087. https://doi.org/10.1038/s41467-021-22429-0
  29. Каминский А.А. Лазерные кристаллы. М.: Наука, 1975.250 с.
  30. Соболев Б.П. Нестехиометрия в неорганических фторидах:IV: Начальная стадия анионной нестехиометрии в RF3(R =Y,La,Ln) // Кристаллография.2021.Т. 66. № 3.С.369–380. https://doi.org/10.31857/S0023476121030243
  31. Sobolev B.P.High-temperature chemistry of Y, La and lanthanide trifluorides in RF3–RʹF3systems. Part 1. Chemical classification of systems // J. Solid State Chem. 2021. V. 298. P. 122079. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2021.122079
  32. Sobolev B.P.High-temperature chemistry of Y, La and lanthanide trifluorides in RF3–RʹF3systems. Part 3. Phase composition of studied systems // J. Solid State Chem. 2021. V. 298.P. 122080. https://doi.org/10.1016/j.jssc.2021.122080
  33. Соболев Б.П., Сидоров В.С., Федоров П.П. и др.Стабилизация структуры типа ромбическогоb-YF3в системах GdF3–LnF3 // Кристаллография.1977.Т. 22. № 5.С. 1009–1014.
  34. Templeton D.H.,Dauben C.H.Latticeparametersof somerareearthcompoundsand a set of crystal radii //J. Am.Chem. Soc. 1954. V. 76. № 20. P. 5237–5239. https://doi.org/10.1021/ja01649a087
  35. Greis O., Petzel T.Ein Beitrag zur Strukturchemie der Seltenerd-Trifluoride // Z. Anorg.Allg.Chem. 1974.V. 403. № 1.P.1–22. https://doi.org/10.1002/zaac.19744030102
  36. Каминский А.А. Лазерные кристаллы. М.: Наука, 1975. 250 с.
  37. Каминский A.A., Осико В.В.Неорганические лазерные материалы с ионной структурой // Изв. АН СССР. Неорган. материалы. 1967. Т. 3. № 3.C. 441–443.
  38. Воронько Ю.К.,Oсико В.В., Щербаков И.А.Исследование взаимодействия ионовNd3+в кристаллахCaF2,SrF2и BaF2(тип I) // ЖЭТФ. 1969. Т. 55. № 5.С. 1598–1604.
  39. Kaminskii A.A., Li L. Spectroscopic investigations of stimulated emission from a laser based on SrF2-Nd3+crystals (type I) // J. Appl. Spectrosc. 1970. V. 12. P.29–34. https://doi.org/10.1007/BF00605752
  40. KaminskiiA.A. Achievementsin the fieldof physicsand spectroscopyof activatedlasercrystals //Phys. Status Solidi A. 1985. V. 87.№ 1. P.11–57. https://doi.org/10.1002/pssa.2210870102
  41. Kaminskii A.A., Agamaljan N.R., Denisenko G.A. et al. Spectroscopy and laser emission of disordered GdF3-CaF2:Nd3+trigonal crystals //Phys. Status Solidi A. 1982. V. 70.№ 2.P.397–406. https://doi.org/10.1002/pssa.2210700206
  42. Kaminskii A.A., Kurbanov K., Sarkisov S.E. et al.Stimulated emission of Nd3+ions in nonstoichiometric Cd1−xCexF2+xand Cd1−xNdxF2+xfluorides with fluorite structure //Phys. Status Solidi A. 1985. V. 90.№ 1.P.K55–K60. https://doi.org/10.1002/pssa.2210900156
  43. Bagdasarov Kh. S., Voronko Yu.K., Kaminskii A.A. et al.Modification of the optical properties of CaF2-TR3+crystals by yttrium impurities //Phys. Status Solidi. 1965. V. 12.№ 2. P.905–912. https://doi.org/10.1002/pssb.19650120233
  44. ZachariasenW.H. Crystalchemicalstudiesof the 5f-seriesof elements.XII. New compounds representing known structure types //Acta Crystallogr. 1949. V. 2.№ 6.P.388–390. https://doi.org/10.1107/S0365110X49001016
  45. Соболев Б.П. Трифториды иттрия, лантана и лантаноидов: внутренняя периодичность фазовых переходов // Кристаллография. 2019. Т. 64. № 5. С.701–711. https://doi.org/10.1134/S0023476119050199
  46. Соболев Б.П. Трифториды иттрия, лантана и лантаноидов: Лантаноидное сжатие и объем аниона фтора // Кристаллография. 2020. Т. 65. № 2. С. 173–179. https://doi.org/10.31857/S0023476120020228
  47. Гарашина Л.С., Соболев Б.П., Александров В.Б. и др.О кристаллохимии фторидов редкоземельных элементов // Кристаллография.1980.Т. 25. № 2.С.294–300.
  48. Recker K., Wallrafen F., Dupre K.Directional solidification of the LiF-LiBaF3eutectic // Naturwissenschaften. 1988. V. 75. P.156–157. https://doi.org/10.1007/BF00405314
  49. Deshpande V.P. Thermal expansion of sodium fluoride and sodium bromide // Acta Crystallogr.1961. V. 14. P. 794. https://doi.org/10.1107/S0365110X61002357
  50. Broch E., Oftedal I., Pabst A. Neubestimmung der Gitterkonstanten von KF, CsCl und BaF2 // Z. Phys.Chem., Abt. B. 1929. V. 3. P.209–214. https://doi.org/10.1515/zpch-1929-0314
  51. Allen R.D. Variations in chemical and physical properties of fluorite // Am. Mineral. 1952. V. 37. P. 910–930. http://www.minsocam.org/ammin/AM37/AM37_ 910.pdf
  52. Loesch R., Hebecker C., Ranft Z. Roentgenographische Untersuchungen an neuen ternaeren Fluoriden vom Typ Tl(III)MF6(M = Ga In Sc) sowie an Einkristallen von ScF3 // Z. Anorg.Allg. Chem. 1982. V. 491. P.199–202. https://doi.org/10.1002/zaac.19824910125
  53. Forsyth J.B., Wilson C.C., Sabine T.M. A Time-of-flight neutron diffraction study of anharmonic thermal vibrations in SrF2, at the spallation neutron source ISIS // Acta Crystallogr., Sect. A. 1989.V. 45. P. 244–247. https://doi.org/10.1107/S0108767388011353
  54. Hund F., Lieck K. Das Quinaere Fluorid NaCaCdYF8 // Z. Anorg.Allg. Chem. 1952. V. 271. P.17–28. https://doi.org/10.1002/zaac.19522710105
  55. Swanson A.H., Tatge E. Standard X-ray diffraction powder patterns. National bureau of standards, 1953. Circular 539. P.1–95. https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/Legacy/
  56. circnbscircular539v1.pdf
  57. Степанов А.В., Северов Е.А.Гагаринит — новый редкоземельный минерал // Докл. АНСССР. 1961.Т. 141. № 4.С.954–957.
  58. Martin N., Boutinaud P., Mahiou R. et al.Preparation of fluorides at 80°C in the NaF-(Y, Yb, Pr)F3system // J. Mater.Chem. 1999. V. 9. P. 125–128. https://doi.org/10.1039/A804472D
  59. Heer S., Kompe K., Gudel H.U. et al.Highly efficient multicolour upconversion emission in transparent colloids of lanthanide-doped NaYF4nanocrystals // Adv. Mater. 2004. V. 16. P. 2102–2105. https://doi.org/10.1002/adma.200400772
  60. Zeng J. H., Su J., Li Z.H. et al.Synthesis and upconversion luminescence of hexagonal-phase NaYF4:Yb, Er3+phosphors of controlled size and morphology // Adv. Mater. 2005. V. 17. P. 2119–2123. https://doi.org/10.1002/adma.200402046
  61. Oleksa V., Macková H., Engstová H. et al.Poly(N,N-dimethylacrylamide)-coated upconverting NaYF4:Yb,Er and NaYF4:Nd core–shell nanoparticles for fluorescent labeling of carcinoma cells // Sci. Rep. 2021. V. 11. P. 21373. https://doi.org/10.1038/s41598-021-00845-y
  62. Zhu X., Zhang J., Liu J. et al.Recent progress of rare-earth doped upconversion nanoparticles: synthesis, optimization, and applications // Adv. Sci. 2019.V. 6. P. 1901358. https://doi.org/10.1002/advs.201901358
  63. Li H., Bai G., Lian Y. et al.Advances in near-infrared-activated lanthanide-doped optical nanomaterials: imaging, sensing, and therapy // Mater. Des. 2023. V. 231. P. 112036. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2023.112036
  64. Chen F., Wang Z-Y., Zhang Y-Y. et al.Synthesis of poly(acrylic acid)-functionalized La1–xEuxF3nanocrystals with high photoluminescence for cellular imaging // Acta Phys.-Chim. Sin. 2017. V. 33. P. 1446–1452. http://dx.doi.org/10.3866/PKU.WHXB201704102
  65. Shen J., Sun L-D., Yan C-H.Luminescent rare earth nanomaterials for bioprobe applications // Dalton Trans.2008. V. 42. P. 5687–5697. https://doi.org/10.1039/B805306E
  66. Li F., Li C., Liu X. et al.Microwave-assisted synthesis and up-down conversion luminescent properties of multicolor hydrophilic LaF3:Ln3+nanocrystals // Dalton Trans.2013. V. 42. P. 2015–2022. https://doi.org/10.1039/C2DT32295A
  67. Wang F., Zhang Y., Fan X. et al.One-pot synthesis of chitosan/LaF3:Eu3+nanocrystals for bio-applications // Nanotechnology. 2006. V. 17. № 6. P. 1527–1532. https://doi.org/10.1088/0957-4484/17/5/060
  68. Dmitruk M.V., Kaminskii A.A., Osiko V.V. et al.Stimulatedemissionof hexagonalLaF3–SrF2–Nd3+crystalsat roomtemperature // Phys.Status Solidi B. 1968. V. 25. № 2. P. K75–K78. https://doi.org/10.1002/pssb.19680250236
  69. Glynn T.J., Laulicht I., Lou L. et al.Trapping of optical excitation by two types of acceptors in La0.72Pr0.25Nd0.03F3 // Phys. Rev. B. 1974. V. 29. P. 4852–4858. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.29.4852
  70. Collings B.C., Silversmith A.J.Avalanche up-conversion in LaF3:Tm3+ // J. Lumin.1994. V. 62. P. 271–279. https://doi.org/10.1016/0022-2313(94)90047-7
  71. Pokhrel M., Gupta S.K., Perez A. et al.Up- and down-convertible LaF3:Yb,Er nanocrystals with a broad emission window from 350 nm to 2.8 μm: implications for lighting applications // ACS Appl.Nano Mater. 2021. V. 4. № 12. P. 13562–13572. https://doi.org/10.1021/acsanm.1c03023
  72. Gmelin Handbuch der Anorganischen Chemie. System Nummer 39: Seltenerdelemente. Teil C 3: Sc, Y, La und Lanthanide.Fluoride, Oxidfluoride und zugehörige Alkalidoppelverbindungen. N.-Y.: Springer, 1976.
  73. Greis O., Haschke J.M.Chapter 45 Rare earth fluorides // Handbook on the physics and chemistry of rare earths / Eds.Gscheidner K.A., Eyring L.R. Amsterdam: Elsevier, 1982. V. 5. P.387–460. https://doi.org/10.1016/S0168-1273(82)05008-9

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).