Abstract
Two anhydrous crystal structures of fully dehydrated, $Ca^{2+}$- and $Tl^+$-exchanged zeolite X, TEX>$Ca_{18}Tl_{56}Si_{100}Al_{92}O_{384}($Ca_{18}Tl_{56}$-X;\alpha=24.883(4)\AA)$ and TEX>$Ca_{32}Tl_{28}Si_{100}Al_{92}O_{384}($Ca_{32}Tl_{28}$-X;\alpha=24.973(4)\AA)$ per unit cell, have been determined by single-crystal X-ray diffraction techniques in the cubic space group Fd3 at $21(1)^{\circ}C.$ $Ca_{18}Tl_{56}-X$ was prepared by ion exchange in a flowing stream of 0.045 M aqueous $Ca(NO_3)_2$ and 0.005 M $TlNO_3$. $Ca_{32}Tl_{28}-X$ was prepared similarly using a mixed solution of 0.0495 M $Ca(NO_3)_2$ and 0.0005M $TlNO_3$. Each crystal was then dehydrated at 360 $^{\circ}C$ and $2{\times}10^{-6}$ Torr for 2 days. Their structures were refined to the final error indices, $R_1=0.039\;and\;R_2=0.036$ with 382 reflections for $Ca_{18}Tl_{56}-X$ , and $R_1=0.046\;and\;R_2=0.045$ with 472 reflections for $Ca_{32}Tl_{28}$-X for which $/>3\sigma(I).$ In the structures of dehydrated $Ca_{18}Tl_{56^-}X\;and\;Ca_{32}Tl_{28}$-X, $Ca^{2+}\;and\;Tl^+$ ions are located at six crystallographic sites. Sixteen $Ca^{2+}$ ions fill the octahedral sites I at the centers of double six rings ($Ca_{18}Tl_{56}$-X:Ca-O=2.42(1) and O-Ca-O=93.06(4)$^{\circ}$; $Ca_{32}Tl_{28}$-X Ca-O=2.40(1) $\AA$ and O-Ca-O=93.08(3)$^{\circ}$). In the structure of $Ca_{18}Tl_{56}$-X, another two $Ca^{2+}$ ions occupy site II (Ca-O=2.35(2) $\AA$ and O-Ca-O=111.69(2)$^{\circ}$) and twenty six $Tl^+$ ions occupy site II opposite single six-rings in the supercage; each is 1.493 $\AA$ from the plane of three oxygens $(Tl-O=2.70(8)\AA$ and O-Tl-O=92.33(4)$^{\circ}$). About four $Tl^+$ ions are found at site II',1.695 $\AA$ into sodalite cavity from their three oxygen plane (Tl-O=2.81 (1) and O-Tl-O=87.48(3)). The remaining twenty six $Tl^+$ ions are distributed over site III'(Tl-O=2.82 (1) $\AA$ and Tl-O=2.88(3)$^{\circ}$). In the structure of $Ca_{32}Tl_{28}$-X, sixteen $Ca^{2+}$ ions and fifteen $Tl^+$ ions occupy site III' (Ca-O=2.26(1) $\AA$ and O-Ca-O=119.14(4)$^{\circ}$; Tl-O=2.70(1) $\AA$ and O-Tl-O=92.38$^{\circ}$) and one $Tl^+$ ion occupies site II'. The remaining twelve $Tl^+$ ions are distributed over site III'. It appears that $Ca^{2+}$ ions prefer sites I and II in that order and $Tl^+$ ions occupy the remaining sites.
$Ca^{2+}$ 이온과 $Tl^+$ 이온으로 치환되고 완전히 진공 탈수된 제올라이트 X결정 $Ca_{18}Tl_{56}Si_{100}Al_{92}O_{384}$ ($Ca_{18}Tl_{56}$-X;${\alpha}=24.883(4){\AA}$)와 $Ca_{32}Tl_{28}Si_{100}Al_{92}O_{384}$ ($Ca_{32}Tl_{28}$-X;${\alpha}=24.973(4){\AA}A$)의 구조를 21(1)TEX>$^{\circ}C$에서 입방공간군 Fd3을 사용하여 단결정 X-선 회절법으로 해석하고 그 구조를 정밀화 하였다 $Ca_{18}Tl_{56}$-X 결정은 0.045 M $Ca(NO_3)_2$와 0.005 M $TINO_3$ 혼합용액으로 흐름법을 이용하여 이온 교환하였다. $Ca_{32}Tl_{28}$-X는 이와 유사하게 0.0495 M $Ca(NO_3)_2$ 와 0.0005 M $TINO_3$ 혼합용액을 사용하였다. 각 결정은 360$^{\circ}C$, $2{\times}10^{-6}$ Torr에서 탈수시켰다. $Ca_{18}Tl_{56}$-X 및 $Ca_{32}Tl_{28}$-X 결정 구조는 각각 I > 3${\sigma}$ (I)인 382 및 472개의 회절 반사점을 사용하여 각각 $R_1=0.039,\;R_2=0.036$ 및 $R_1=0.046,\;R_2=0.045$의 최종 오차 지수 값을 얻었다. 탈수된 $Ca_{18}Tl_{56}$-X 및 $Ca_{32}Tl_{28}$-X 결정 구조에서, $Ca^{2+}$ 이온과 $Tl^+$ 이온은 서로 틀리는 6개의 결정학적 자리에 위치한다. 16개의 $Ca^{2+}$ 이온은 D6R의 중심인 팔면체 자리 I을 채운다 ($Ca_{18}Tl_{56}$-X : Ca-O=2.42(1) ${\AA}$ 및 O-Ca-O=93.06(4)$^{\circ}$; $Ca_{32}Tl_{28}$-X Ca-O=2.40(1) ${\AA}$ 및 O-Ca-O=93.08(3)$^{\circ}$). $Ca_{18}Tl_{56}$-X 구조에서는 2개의 $Ca^{2+}$ 이온은 자리 II (Ca-O=2.35(2) ${\AA}$ 및 O-Ca-O=111.69(2)$^{\circ}$)를 점유하고 26개의 $Tl^+$ 이온은 큰 동공 내 마주보는 S6R의 자리 II에 점유한다. 각기 3개의 산소로 만들어지는 평면으로부터 1.493 ${\AA}$ 떨어져 있다(Tl-O=2.70(8)${\AA}$ 및 O-Tl-O=92.33(4)$^{\circ}$). 약 4개의 $Tl^+$ 이온은 세 개의 산소로 만들어지는 평면으로부터 소다라이트 동공쪽으로 1.695${\AA}$ 떨어진 자리 II에 위치해 있다(Tl-O=2.81 (1) ${\AA}$ 및 O-Tl-O=87.48(3)$^{\circ}$). 나머지 26개의 $Tl^+$ 이온들은 자리 III'에 분포된다(Tl-O=2.82 (1) ${\AA}$ 및 Tl-O=2.88(3) ${\AA}$). Ca_{32}Tl_{28}$-X 결정 구조에서는 16개의 $Ca^{2+}$ 이온과 15개의 $Tl^+$ 이온들이 자리 II를 점유하고 있다(Ca-O=2.26(1) ${\AA}$ 및 O-Ca-O=119.14(4)$^{\circ}$; Tl-O=2.70(1) ${\AA}$ 및 O-Tl-O=92.38$^{\circ}$). 한 개의 $Tl^+$ 이온들은 자리 II'를 점유한다. 나머지 12개의 $Tl^+$ 이온들은 자리IlI'에 분포된다.