Tieftemperatur-Raman- und Struktur-Untersuchungen an Metallhydroxiden und Hydroxometallaten
Creators: name: Niemann, Anke
Publisher: name: Universität Dortmund
Year: 2003
Subjects: subject: Beta-Berylliumhydroxid
subject: Lithiumtetrahydroxoborate
subject: Beta-Beryllium hydroxide
subject: Epsilon-Zinchydroxide
subject: low temperature
subject: hydrogen bonds
subject: Wasserstoffbrückenbindungen
subject: Raman scattering
subject: Tieftemperatur-Raman-Spektroskopie
subject: Lithiumtetrahydroxoborat
subject: Epsilon-Zinkhydroxid
subject: 540

description: Im Rahmen dieser Arbeit wurden die Lagen der Wasserstoffatome von e-Zinkhydroxid (e-Zn(OH)2) und Lithiumtetrahydroxoborat (LiB(OH)4) für volldeuterierte Proben durch Neutronenbeugungsuntersuchungen am Pulver bestimmt und dadurch die bereits vorhandenen Strukturlösungen aus Röntgenbeugungsuntersuchungen am Einkristall vervollständigt. Außerdem wurden an monokliner meta-Borsäure (b-HBO2), b-Berylliumhydroxid (b-Be(OH)2), e-Zinkhydroxid (e-Zn(OH)2) und Lithiumtetrahydroxoborat (LiB(OH)4) Tieftemperatur-Raman-Experimente bis minimal 10 K an voll-, teil- oder undeuterierten Proben durchgeführt. Die Experimente zeigten, dass die Verschiebung der O-H- und O-D-Streckschwingungsmoden mit abnehmender Temperatur zuerst, wie für wasserstoffbrückengebundene Systeme zu erwarten, zu niedrigeren Wellenzahlen erfolgt. Bei niedrigen Temperaturen (zwischen 40 und 50 K) erfolgt eine Umkehr der Verschiebungsrichtung zu höheren Wellenzahlen. Diese temperaturabhängige Verschiebung der O-H- und O-D-Streckschwingungsmoden zu höheren Wellenzahlen deutet auf eine Schwächung der Wasserstoffbrückenbindungen hin. Dieser Effekt ist in starkem Maße für LiB(OH)4 und e-Zn(OH)2 und in deutlich geringerem Maße für b-Be(OH)2 und b-HBO2 zu beobachten. Beispielhaft wurden bei 5 K, 50 K und 245 K Neutronen- und Röntgenbeugungsmessungen an b-Be(OD)2-Pulver durchgeführt. Eine Phasenumwandlung konnte ebenso wie ein Übergang von einer linearen zu einer gewinkelten Wasserstoffbrückenbindung als Ursache des Tieftemperatur-Raman Effektes ausgeschlossen werden. Außerdem ergaben die durchgeführten Beugungsexperimente keinen Hinweis auf andere strukturelle Änderungen als Ursache des Tieftemperatur-Raman Effektes.Für Vergleichsuntersuchungen an Verbindungen, die Wasserstoffbrückenbindungen enthalten, wurden hexagonales Eis (H2O (s)), ortho-Borsäure (H3BO3), Kaliumdihydrogenphosphat (KH2PO4) und Kaliumhydrogendifluorid (KHF2) ausgesucht. Durch die an diesen Verbindungen durchgeführten Tieftemperatur-Raman-Experimente konnte gezeigt werden, dass bei diesen Verbindungen der Effekt nicht auftritt. Allerdings wurde für KHF2, einer Verbindung mit symmetrischen Wasserstoffbrückenbindungen, ein weiterer unabhängiger Effekt nachgewiesen.
description: In this thesis neutron diffraction experiments on powders were carried out to determine the position of hydrogen atoms in completely deuterated samples of e-Zinc hydroxide (e-Zn(OH)2) and Lithiumtetrahydroxoborate (LiB(OH)4). Thus, it was possible to refine already existing structural data from x-ray diffraction experiments on single crystals.Furthermore, low temperature Raman scattering experiments down to 10 K have been carried out for monoclinic meta boric acid (b-HBO2), b-Beryllium hydroxide (b-Be(OH)2), e-Zinc hydroxide (e-Zn(OH)2) und Lithiumtetrahydroxoborate (LiB(OH)4) with fully, partially and not deuterated samples.As supposed for hydrogen bonding systems the OH and OD stretching modes are shifting to lower wavenumbers with decreasing temperature. However, at very low temperature (between 40 and 50 K) the stretching modes shifts become inverted. The shift of the OH and OD stretching modes to higher wavenumbers with decreasing temperature points to a weakening of the hydrogen bonds at low temperature. This effect is strong for LiB(OH)4 and e-Zn(OH)2 and less pronounced for b-Be(OH)2 and b-HBO2.Neutron and x-ray diffraction experiments have been carried out for b-Be(OD)2 powder at temperatures of 5, 50 and 245 K. A phase transition or a change from hydrogen bonds with one acceptor atom to hydrogen bonds with two acceptor atoms can be ruled out as the reason for the Raman effect at low temperature. Furthermore, the experiments revealed no other structural modifications as reason for the low temperature Raman effect.For comparison, compounds with hydrogen bonds such as hexagonale ice (H2O (s)), ortho-boric acid (H3BO3), Potassiumdihydrogenphosphate (KH2PO4) and Potassiumhydrogendifluoride (KHF2) were investigated. For these compounds the low temperature Raman effect could not be observed. However, for KHF2, featured by symmetrical hydrogen bonds, another independent effect was observed.