부분적으로 스트론튬이온으로 교환되고 탈수된, 제올라이트 X의 결정구조 = Crystal Structures of Dehydrated Partially $Sr^{2+}$-Exchanged Zeolite X, $Sr_{31}K_{30}Si_{100}A1_{92}O_{384}\;and\;Sr_{8.5}TI_{75}Si_{100}AI_{92}O_{384}$

국문 초록 (Abstract)

제올라이트 X에 $Sr^{2+}$와 $K^+$ 이온이 교환된 $Sr_{31}K_{30}-X$와 $Sr^{2+}$와 $Tl^+$ 이온이 교환된 $Sr_{8.5}Tl_{75}$의 결정구조를 공간군 Fd3로 $21(1)^{\circ}C$에서 단결정 X선 결정학적 방법으로 해석하였다. 각각의 결정은 $Sr(ClO_4)_2$와 (K 혹은 Tl)$NO_3$의 몰 비가 1 : 5인 용액을 사용해서 흐름 법으로 5일 동안 이온 교환시키고 $360^{\circ}C$에서 진공탈수 시켜 두 결정을 얻었다. 이들 결정은 회절강도가 $I>2{\sigma}(I)$인 293개와 351개의 회절반사를 사용하여 최종오차인자가 $R_1=0.072,\;R_w=0.057$과 $R_l= 0.058,\;R_w=0.044$까지 각각 정밀화하였다. $Sr_{31}K_{30}-X$결정에서 $Sr^{2+}$ 이온과 $K^+$ 이온은 모두 다섯 개의 서로 다른 결정학적 자리에 존재하였다. 단위세포당 16개의 $Sr^{2+}$ 이온은 결정학적 자리 I인 D6R의 중심에 각각 위치하고 D6R 모두를 채우고 있다. 나머지 15개의 $Sr^{2+}$ 이온과 17개의 $K^+$ 이온은 큰 동공 속에 있는 결정학적 자리II에 위치하고 세 개의 산소이온이 이루는 평면에서 각각 $0.45{\AA},\;1.06{\AA}$ 큰 동공속으로 이동하여 위치하고 골조산소와 결합거리는 각각 $2.45(1){\AA},\;2.64(1){\AA}$이다. 13개의 $K^+$ 이온은 두 개의 다른 결정학적자리 III'에 위치하며 인접한 산소와의 결합거리는 각각 $2.88(7){\AA}$와 $3.11(10){\AA}$이다. $Sr_{8.5}Tl_{75}-X$에서는 $Sr^{2+}$이온과 $Tl^+$ 이온이 역시 다섯 개의 서로 다른 결정학적 자리에 위치한다. 약 8.5개의 $Sr^{2+}$ 이온은 결정학적 자리 I에 있으며, 15개의 $Tl^+$ 이온은 D6R의 3회 전축상의 소다라이트내에 있는 결정학적 자리 I'에 있다. 이 $Tl^+$ 이온은 골조산소와의 결합거리가 $2.70(2){\AA}$이며 세 개의 산소가 이루는 평면에서 $1.68{\AA}$ 소다라이트내로 이동하여 위치한다. 32개의 $Tl^{+}$ 이온은 결정학적 자리 II에 존재하고 있으며 산소와의 결합거리를 $2.70(1){\AA}$을 유지하면서 큰 동공속으로 $1.48{\AA}$ 이동하여 위치한다. 약 18개의 $Tl^+$ 이온은 결정학적 자리III에, 또 다른 10개의 $Tl^+$ 이온은 결정학적 자리III'에 존재하고 골조 산소와 각각 $2.86(2){\AA},\;2.96(4){\AA}$의 결합거리를 이룬다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The crystal structures of $Sr_{31}K_{30}-X\;(Sr_{31}K_{30}Si_{100}A1_{92}O_{384};\;a=25.169(5) {\AA}$) and $Sr_{8.5}Tl_{75}-X (Sr_{8.5}Tl_{75}Si_{100}A1_{92}O_{384};\;a=25.041(5) {\AA}$) have been determined by single-crystal X-ray diffraction techniques in the cubic space group $\=F{d3}\;at\;21(1)^{\circ}C$. Each crystal was prepared by ion exchange in a flowing stream of aqueous $Sr(ClO_4)_2\;and\;(K\;or\;T1)NO_3$ whose mole ratio was 1 : 5 for five days. Vacuum dehydration was done at $360^{\circ}C$ for 2d. Their structures were refined to the final error indices $R_1=0.072\;and\;R_w=0.057$ with 293 reflections, and $R_1= 0.058\;and\;R_w=0.044$ with 351 reflections, for which $I>2{\sigma}(I)$, respectively. In dehydrated $Sr_{31}K_{30}-X,\;all\;Sr^{2+}$ ions and $K^+$ ions are located at five different crystallographic sites. Six-teen $Sr^{2+}$ ions per unit cell are at the centers of the double six-rings (site I), filling that position. The remaining 15 $Sr^{2+}$ ions and 17 $K^+$ ions fill site II in the supercage. These $Sr^{2+}$ and $K^+$ ions are recessed ca $0.45{\AA}\;and\;1.06{\AA}$ into the supercage, respectively, from the plane of three oxygens to which each is bound. ($Sr-O=2.45(1){\AA}\;and\;K-O=2.64(1){\AA}$) Eight $K^+$ ons occupy site III'($K-O=3.09(7){\AA}\;and\;3.11(10){\AA}$) and the remaining five $K^+$ ions occupy another site III'($K-O=2.88(7){\AA}\;and\;2.76(7){\AA}$). In $Sr_{8.5}Tl_{75}-X,\;Sr^{2+}\;and\;Tl^+$ ions also occupy five different crystallographic sites. About 8.5 $Sr^{2+}$ ions are at site I. Fifteen $Tl^+$ ions are at site I' in the sodalite cavities on threefold axes opposite double six-rings: each is $1.68{\AA}$ from the plane of its three oxygens ($T1-O=2.70(2){\AA}$). Together these fill the double six-rings. Another 32 $Tl^+$ ions fill site II opposite single six-rings in the supercage, each being $1.48{\AA}$ from the plane of three oxygens ($T1-O=2.70(1){\AA}$). About 18 $Tl^+$ ions occupy site III in the supercage ($T1-O=2.86(2){\AA}$), and the remaining 10 are found at site III' in the supercage ($T1-O=2.96(4){\AA}$).