Abstract

Neutron, time-of-flight, Laue diffraction has been carried out on natural single crystals of linarite, PbCu(SO4)(OH)2, and caledonite, Pb5Cu2(SO4)3CO3(OH)6, at 293 K. The structural refinements converged to Rw(F) = 0.085 on the basis of 869 observed reflections for linarite and Rw(F) = 0.066 from 1605 observed reflections for caledonite. The locations of all the hydrogen atoms within these structures were extracted from the refinements, enabling calculation of the hydrogen bonding. Linarite is monoclinic, space group P21/m, with a 9.682(2), b 5.646(1), c 4.683(6) Å, and β 102.66(1)°. It comprises chains of edge-sharing Jahn–Teller-elongated CuO6 square bipyramids running parallel to the [010] direction, bound together by hydrogen bonds. Between these layers are double PbO8 and SO4 layers. The two independent hydrogen atoms have been located and are bound as hydroxyl groups to the oxygen atoms at the corners of the CuO4 square plane. The H(4) atom has conventional hydrogen bonding. The donor–acceptor distance is 2.924(5) Å, and the hydrogen bond is nearly linear, with an angle of 176.1(6)°. The O(4)–H(4) hydroxyl bond distance is 0.952(7) Å, and the H(4) ... O(2) hydrogen bond has a length of 1.973(9) Å. The H(5) hydrogen atom, however, forms a stronger hydrogen bond, with a donor–acceptor distance of 2.706(5) Å and an angle of 171.8(6)°. The O(5)–H(5) hydroxyl bond is lengthened to 1.025(8) Å, and the H(5) ... O(4) hydrogen bond is a short 1.687(8) Å. Caledonite is orthorhombic, space group Pmn21 with a 20.085(3) Å, b 7.141(1) and c 6.563(1) Å; like linarite, it comprises chains of edge-sharing Jahn–Teller-elongated CuO6 square bipyramids, although these chains run parallel to the [001] direction. There are three independent Pb sites, in which Pb is coordinated to nine oxygen ligands, with a range of Pb–O distances of 2.352(4) to 3.571(6) Å. Caledonite has three independent hydrogen atoms that similar to those in the linarite structure: they are bound as hydroxyl groups to the oxygen atoms at the corners of the square plane of the axially elongate CuO6 square bipyramids. The hydrogen bonds in caledonite are all significantly bent, with angles between 160 and 170°; otherwise, the H(1) and H(2) atoms have fairly conventional hydrogen bonding. The donor–acceptor distance for O(1) ... O(4) and O(2) ... O(4) are 2.887(7) and 2.776(6) Å, respectively; although the O(1)–H(1) hydroxyl bond at 0.95(1) Å is shorter than the O(2)–H(2) hydroxyl bond at 0.98(1) Å, the H(1) ... O(4) hydrogen bond, 1.97(1) Å in length, is slightly longer than the H(2) ... O(4) hydrogen bond at 1.84(1) Å . The O(3)–H(3) hydroxyl bond is 0.946(8) Å in length, and the H(3) ... O(8) hydrogen bond is slightly shorter than expected at 1.777(9) Å. With the O(3) ... O(8) donor–acceptor distance of 2.711(5) Å and the 20° deviation from linearity, this hydrogen bond may be strained.

Abstract

Nous avons utilisé la diffraction Laue de neutrons à temps de vol pour caractériser la structure de minocristaux naturels de linarite, PbCu(SO4)(OH)2, et de calédonite, Pb5Cu2(SO4)3CO3(OH)6, à 293 K. Les affinements structuraux ont convergé à un résidu Rw(F) = 0.085 en utilisant 869 réflexions observées pour la linarite, et Rw(F) = 0.066 en utilisant 1605 réflexions observées pour la calédonite. Les coordonnées de tous les atomes d’hydrogène dans ces structures ont été extraites des affinements, ce qui nous a permis de calculer les liaisons hydrogène. La linarite est monoclinique, groupe spatial P21/m, avec a 9.682(2), b 5.646(1), c 4.683(6) Å, et β 102.66(1)°. Elle est faite de chaînes de pyramides carrées CuO6 allongées par l’effet de Jahn et Teller et partageant les arêtes, alignées parallèles à la direction [010], et liées entre elles par des liaisons hydrogène. Entre ces niveaux se trouvent des couches doubles de PbO8 et SO4. Les deux atomes d’hydrogène indépendants ont été localisés; ils font partie de groupes hydroxyle avec les atomes d’oxygène situés aux coins des agencements CuO4 en plans carrés. L’atome H(4) participe à une liaison hydrogène conventionnelle. La distance donneur–accepteur est 2.924(5) Å, et la liaison hydrogène est presque linéaire, avec un angle de 176.1(6)°. La distance O(4)–H(4) est 0.952(7) Å, et la liaison hydrogène impliquant H(4) ... O(2) a une longueur de 1.973(9) Å. L’atome H(5), en revanche, forme une liaison hydrogène plus forte, avec une séparation entre donneur et accepteur de 2.706(5) Å et un angle de 171.8(6)°. La liaison hydrogène O(5)–H(5) est allongée jusqu’à 1.025(8) Å, et la liaison H(5) ... O(4) est courte, 1.687(8) Å. La calédonite est orthorhombique, groupe spatial Pmn21, avec a 20.085(3), b 7.141(1), et c 6.563(1) Å. Tout comme la linarite, elle est faite de chaînes de pyramides carrées CuO6 à arêtes partagées, allongées à cause de l’effet de Jahn et Teller, quoique ces chaînes sont alignées de long de la direction [001]. Il y a trois sites Pb indépendants à coordinence neuf avec des atomes d’oxygène, les distances Pb–O étant comprises entre 2.352(4) et 3.571(6) Å. La calédonite possède trois atomes d’hydrogène indépendants qui ressemblent à ceux dans la linarite, faisant partie de groupes d’hydroxyle impliquant les atomes d’oxygène aux coins du plan carré des pyramides CuO6 allongées. Les liaisons hydrogène dans la calédonite sont toutes articulées, ayant des angles allant de 160 à 170°; autrement, les liaisons impliquant H(1) et H(2) sont relativement conventionnelles. Les distances donneur–accepteur pour O(1) ... O(4) et O(2) ... O(4) sont 2.887(7) et 2.776(6) Å, respectivement. Quoique la liaison O(1)–H(1), d’une longueur de 0.95(1) Å, est plus courte que la liaison O(2)–H(2), 0.98(1) Å, la liaison H(1) ... O(4), 1.97(1) Å, est légèrement plus longue que la liaison H(2) ... O(4), 1.84(1) Å. La liaison O(3)–H(3) a une longueur de 0.946(8) Å, et la liaison H(3) ... O(8) est légèrement plus courte que la normale, 1.777(9) Å. Compte tenu de la distance donneur–accepteur O(3) ... O(8) de 2.711(5) Å et un écart de 20° de la linéarité, cette liaison hydrogène pourrait bien être étirée.

(Traduit par la Rédaction)

You do not currently have access to this article.