A neutron-diffraction study of the crystal structure of hydrogen-containing compounds at the station MOND NRC KI

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

Using neutron-diffraction methods implemented at the commissioned MOND experimental station installed on the thermal neutron beam of the IR-8 reactor of the Kurchatov Institute, crystals of hydrogen-contained compounds Cs4(HSO4)3(H2PO4) and NH4Cl∙2H2SeO3 have been studied. The obtained results demonstrate the capabilities of the techniques for localization with high accuracy of hydrogen atoms and characterization of hydrogen bonding systems, information about which is necessary for establishing correlations between atomic, real structure and physicochemical properties of the investigated crystals.

Full Text

Restricted Access

About the authors

I. P. Makarova

NRC “Kurchatov Institute”

Author for correspondence.
Email: makarova@crys.ras.ru

Shubnikov Institute of Crystallography, Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics

Russian Federation, Moscow, 119333

N. N. Isakova

NRC “Kurchatov Institute”

Email: makarova@crys.ras.ru
Russian Federation, Moscow, 123182

A. I. Kalyukanov

NRC “Kurchatov Institute”

Email: makarova@crys.ras.ru
Russian Federation, Moscow, 123182

S. M. Aksenov

Kola Science Centre RAS

Email: makarova@crys.ras.ru
Russian Federation, Apatity, 184209

D. O. Charkin

Kola Science Centre RAS; Lomonosov Moscow State University

Email: makarova@crys.ras.ru

Faculty of Chemistry, Lomonosov Moscow State University

Russian Federation, Apatity, 184209; Moscow, 119991

O. I. Siidra

Lomonosov Moscow State University; St. Petersburg State University

Email: makarova@crys.ras.ru

Faculty of Chemistry, Lomonosov Moscow State University; Institute of Earth Sciences, St. Petersburg State University

Russian Federation, Moscow, 119991; St. Petersburg, 199155

A. L. Tolstikhina

NRC “Kurchatov Institute”

Email: makarova@crys.ras.ru

Shubnikov Institute of Crystallography, Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics

Russian Federation, Moscow, 119333

R. V. Gainutdinov

NRC “Kurchatov Institute”

Email: makarova@crys.ras.ru

Shubnikov Institute of Crystallography, Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics

Russian Federation, Moscow, 119333

V. A. Komornikov

NRC “Kurchatov Institute”

Email: makarova@crys.ras.ru

Shubnikov Institute of Crystallography, Kurchatov Complex of Crystallography and Photonics

Russian Federation, Moscow, 119333

References

  1. Pimentel G.C., McClellan A.L. The Hydrogen Bond. San Francisco: W.H. Freeman, 1960. 475 p.
  2. Сборник статей “Водородная связь” / Ред. Соколов Н.Д., Чулановский В.М. М.: Наука, 1964. 340 с.
  3. Desiraju G.R., Steiner Th. The Weak Hydrogen Bond in Structural Chemistry and Biology. Oxford: Oxford University Press, UK, 1999. 507 p.
  4. Gilli G., Gilli P. The Nature of the Hydrogen Bond. IUCr book series. Oxford: Oxford University Press, UK, 2009. 318 p.
  5. International Tables for X-Ray Crystallography. V. C. / Ed. Prince E. Dordrecht; Boston; London: Kluwer Academic Publishers, 2004.
  6. Лашкарёв В.Е., Усыскин И.Д. // ЖЭТФ. 1933. Т. 3. № 6. С. 510.
  7. Вайнштейн Б.К., Пинскер З.Г. // Докл. АН СССР. 1949. Т. 64. № 1. С. 49.
  8. Вайнштейн Б.К. Структурная электронография. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 342 с.
  9. Шулль К.Г. // Успехи физ. наук. 1995. Т. 165. № 12. С. 1399. https://doi.org/10.3367/UFNr.0165.199512e.1399
  10. Bacon G.E., Pease R.S. // Proc. R. Soc. London. A. 1953. V. 220. P. 397. https://www.jstor.org/stable/99335
  11. Bacon G.E., Pease R.S. // Proc. R. Soc. London. A. 1955. V. 230. P. 359. https://www.jstor.org/stable/99737
  12. Bacon G.E. // Ferroelectrics. 1987. V. 71. P. 77. https://doi.org/10.1080/00150198708224831
  13. Nelmes R.J. // Ferroelectrics. 1987. V. 71. P. 87. https://doi.org/10.1080/00150198708224832
  14. Nelmes R.J., Tun Z., Kuhs W.F. // Ferroelectrics. 1987. V. 71. P. 125. https://doi.org/10.1080/00150198708224833
  15. Sakata M., Harada I., Cooper M.J., Rouse K.D. // Acta Cryst. A. 1980. V. 36. P. 7. https://doi.org/10.1107/S0567739480000022
  16. Hutton J., Nelmes R.J. // J. Phys. C. 1981. V. 14. P. 1713. https://doi.org/10.1088/0022-3719/14/12/006
  17. Schulz Н., Zucker U.H. // Solid State Ionics. 1981. V. 5. P. 41. https://doi.org/10.1016/0167-2738(81)90192-2
  18. Schulz H. // Ann. Rev. Mater. Sci. 1982. V. 12. P. 351.
  19. Шевырев А.А., Мурадян Л.А., Заводник B.E. и др. // Кристаллография. 1980. Т. 25. Вып. 3. С. 555.
  20. Мурадян Л.А., Сирота М.И., Макарова И.П., Симонов В.И. // Кристаллография. 1985. Т. 30. Вып. 2. С. 258.
  21. Аксенов В.Л., Балагуров А.М. // Успехи физ. наук. 1996. Т. 166. № 9. С. 955. https://doi.org/10.3367/UFNr.0166.199609e.0955
  22. Озеров Р.П. // Успехи физ. наук. 1997. Т. 167. № 5. С. 541. https://doi.org/10.3367/UFNr.0167.199705f.0541
  23. Аксенов В.Л., Балагуров А.М. // Успехи физ. наук. 2016. Т. 186. № 3. С. 293. https://doi.org/10.3367/UFNr.0186.201603e.0293
  24. Weber I.T., Waltman M.J., Mustyakimov M. et al. // J. Med. Chem. 2013. V. 56. № 13. P. 5631. https://doi.org/10.1021/jm400684f
  25. Балагуров А.М., Бобриков И.А., Самойлова Н.Ю. и др. // Успехи химии. 2014. Т. 83. № 12. С. 1120. https://doi.org/10.1070/RCR4473
  26. Калюканов А.И., Исакова Н.Н. // Сб. тез. Конф. по использованию рассеяния нейтронов в исследовании конденсированных сред. Екатеринбург, 25–28 сентября 2023 г. С. 88 (285 с.) https://rniks2023.imp.uran.ru/sites/default/files/file_site/RNIKS-2023-book_2.pdf
  27. Duisenberg A.J.M. // J. Appl. Cryst. 1992. V. 25. P. 92. https://doi.org/10.1107/S0021889891010634
  28. Duisenberg A.J.M., Kroon-Batenburg L.M.J., Schreurs A.M.M. // J. Appl. Cryst. 2003. V. 36. P. 220. https://doi.org/10.1107/S0021889802022628
  29. Caglioti G., Pompa F. // Il Nuovo Cimento. B. 1966. V. 46. P. 248. https://doi.org/10.1007/BF02711425
  30. Fraser R.D.B., Macrae T.P., Suzuki E., Tulloch P.A. // J. Appl. Cryst. 1977. V. 10. P. 64. https://doi.org/10.1107/S0021889877012837
  31. Исакова Н.Н., Калюканов А.И., Макарова И.П., Эм В.Т. // Кристаллография. 2025. Т. 70. № 3. С. 355. https://doi.org/10.31857/S0023476125030017
  32. Petříček V., Dušek M., Palatinus L. // Z. Kristallogr. 2014. V. 229. P. 345. https://doi.org/10.1515/zkri-2014-1737
  33. Brandenburg K., Putz H. DIAMOND, Version 3. Crystal Impact GbR, Bonn, Germany. 2005.
  34. Макарова И.П. // ФТТ. 2015. Т. 57. № 3. С. 432. https://doi.org/10.1134%2FS1063783415030117
  35. Selezneva E., Makarova I., Gainutdinov R. et al. // Acta Cryst. B. 2023. V. 79. P. 46. https://doi.org/10.1107/S2052520622011751
  36. Коморников В.А., Гребенев В.В., Макарова И.П. и др. // Кристаллография. 2016. Т. 61. № 4. С. 645. https://doi.org/10.1134/S1063774516040106
  37. Markovski M.R., Siidra O.I., Charkin D.O. et al. // Z. Krist. 2020. V. 235. P. 553. https://doi.org/10.1515/zkri-2020-0062
  38. Wang H., Hu Z., Wang J. et al. // Inorg. Chem. 2023. V. 62. P. 557. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.2c03787
  39. Zhu M., Wang J., Hou L. et al. // Inorg. Chem. 2024. V. 63. P. 2289. https://doi.org/10.1021/acs.inorgchem.3c04371
  40. Makarova I.P. Isakova N.N., Kalyukanov A.I. et al. // Acta Cryst. B. 2024. V. 80. P. 46. https://doi.org/10.1107/S2052520624003470
  41. Гайнутдинов Р.В., Толстихина А.Л., Макарова И.П., Коморников В.А. // Кристаллография. 2024. Т. 69. № 3. С. 470. https://doi.org/10.1134/S1063774524600522

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Single crystal of Cs4(HSO4)3(H2PO4) prepared for neutron diffraction experiment.

Download (122KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Cs4(HSO4)3(H2PO4) crystals: distribution of the difference nuclear density calculated without taking into account hydrogen atoms. The positions of S, P and O atoms located near the section are shown, as well as the hydrogen bonds connecting the tetrahedral groups. The interval between isolines is 0.3 fm/Å3.

Download (252KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Cs4(HSO4)3(H2PO4) crystals: a – atomic structure, showing SO4 and (P,S)O4 groups linked by hydrogen bonds, and (100) planes passing through dynamically disordered O4–H3∙∙∙O6 hydrogen bonds; b – cleavage relief of a crystalline sample; c – current-voltage characteristics of the samples measured parallel (1) and perpendicular (2) to the a axis at 296 K.

Download (537KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. NH4Cl∙2H2SeO3 crystals: a – main structural motif; b – distribution of the difference nuclear density calculated without taking into account hydrogen atoms in the section z = 0.41 (near the positions of the H1a, H1c and H1d atoms of the NH4 group). Two orientations of the NH4 group are shown, as well as the positions of the O atoms located near the section and the N–H∙∙∙O hydrogen bonds. Isolines are drawn at 0.5 fm/Å3.

Download (257KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».