Bestimmung von Kristallstrukturverzerrungen, verursacht durch stereochemisch aktive einsame Elektronenpaare.

• Antragsteller: Professor Dr. Thorsten Michael Gesing
• Fachliche Zuordnung: Mineralogie, Petrologie und Geochemie
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 466418279

Strukturelle Verzerrungen idealer Polyeder und Polyederanordnungen, welche die kristallchemischen und kristallphysikalischen Eigenschaften eines Festkörpers beeinflussen können, haben vielfältige strukturelle Ursachen. Für das Verständnis von Struktur-Eigenschaft-Beziehungen, welche für die Entwicklung jeder Anwendung entscheidend sind, ist der Ursprung dieser Verzerrungen und deren präzise Bestimmung von zentraler Bedeutung.Ein solcher Faktor sind stereochemisches aktives einsame Elektronenpaare (LEP), deren Stärke theoretisch durch den Liebau-Dichtevektor (LDV) beschrieben werden kann. Experimentell können wir bisher jedoch nur über den Wang-Liebau-Exzentrizitätsparameter (WLE) auf die atomare Verzerrung eines Polyeders zugreifen. Diese Messung ist bei der Bestimmung des Einflusses des LEP an sich fehlerhaft, da sie es nicht erlaubt, diesen Einfluss von allen anderen möglichen Verzerrungseinflüssen (z.B. Jahn-Teller-Verzerrung, Quadratische Dehnung oder Halasyamani-Verzerrung) zu trennen. Die Natur bietet jedoch ein perfektes Werkzeug zur Erforschung dieser Frage, da die Lanthanoidenkontraktion dazu führt, dass Elemente der 5. und 6. Periode ähnliche Größe haben und daher – zumindest geometrisch – zu isostrukturellen Materialien führen sollten. Elemente der Periode 5 weisen jedoch größere LEPs auf, während die der Elemente der Periode 6 aufgrund der Anziehung durch den relativistischen Effekt weniger stark ausgedehnt sind. Wenn man also ein isotype Verbindungen wählt, in dem die eine ein Element der Periode 5 und die andere ein Element der Periode 6 an der gleichen Position enthält, kann man den Beitrag des LEP zum WLE direkt beurteilen. Dies würde zwar erst einmal nur zwei unterschiedliche Werte ergeben. Wenn man aber dieses Materialpaar als die Endglieder einer festen Lösung betrachtet, in der diese beiden Elemente in jedem Verhältnis gemischt werden können, kann man ein fein aufgelöstes Werkzeug für diese Bewertung erhalten, das von grundlegender Bedeutung für Festkörperchemie und Kristallographie ist.Wir glauben, dass Mullit-Typ Phasen der Zusammensetzung PbMBO4 / SnMBO4 (M = Al, Ga, Cr, Mn und Fe) und die entsprechenden festen Lösungen, die sie verbinden, die ideale Plattform bieten, um den Einfluss des einsamen Elektronenpaares zu untersuchen und zu trennen.Wir schlagen daher vor, diese Materialien (von denen einige von uns und anderen beschrieben wurden) zu synthetisieren und ihre Kristallstrukturen hinsichtlich ihrer physikalischen Eigenschaften (thermische Ausdehnung, thermische Phasenstabilität, Bandlückenverhalten oder magnetische Eigenschaften) zu bewerten. Darüber hinaus werden DFT-Methoden zur Berechnung des LDV verwendet, welche Informationen über die Elektronendichte des LEP und seine Richtung liefert. Nachdem wir diese Daten erarbeitet haben, werden wir diese Erkenntnisse zusammenfassen und sollten so in der Lage sein, ein neues konzeptionelles Modell des realen Einflusses des LEP auf Verzerrungen zu generieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Argentinien
• Mitverantwortlich: Privatdozent Dr. Mohammad Mangir Murshed
• Kooperationspartnerinnen / Kooperationspartner: Dr. Vitaliy Bilovol; Professorin Dr. Cecilia B. Mendive