Structural Studies of High-Temperature Inorganic Molecules  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
60365
Type K
Principal investigator Hargittai, Magdolna
Title in Hungarian Magas hőmérsékletű szervetlen molekulák szerkezetvizsgálata
Title in English Structural Studies of High-Temperature Inorganic Molecules
Keywords in Hungarian fém-halogenidek, komplex képződés, molekulaszerkezet hőmérsékletfüggése
Keywords in English metal halides, complexation, temperature dependence of molecular structure
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)100 %
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Department of Inorganic and Analytical Chemistry (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Hargittai, István
Kovács, Attila
Varga, Zoltán
Starting date 2006-01-01
Closing date 2011-05-31
Funding (in million HUF) 9.000
FTE (full time equivalent) 9.96
state closed project
Summary in Hungarian
Két, egymással összefüggő vonalon tervezünk kutatásokat. Egyik a fémhalogenidek szerkezetének és az azokban mutatkozó különleges szerkezeti effektusoknak a tanulmányozása, a másik a halogénlámpa gyártásban felmerülő alapkutatási problémák tanulmányozása és megválaszolása.
A fémhalogenidek szerkezetvizsgálatában csoportunk világviszonylatban is élen áll. Folytatni kívánjuk kutatásainkat a fémhalogenidek gőzében létező molekulák típusának, szerkezetének és termodinamikai jellemzőinek meghatározásában. A tervezett rendszerek az ezüsthalogenidek, a rézhalogenidek és a 14. oszlop dihalogenid-dimerjei. Tervezzük vizsgálni a Jahn-Teller hatás és a relativisztikus hatások szerepét a molekulák szerkezetében, valamint a kristályosodás folyamán végbemenő szerkezeti változásokat a réz-halogenidekben.
Másik célunk a halogénlámpa gyártásban felmerülő alapkutatási, molekulaszerkezeti és termodinamikai kérdések vizsgálata. Több lantanidahalogenidnek, valamint azok alkálihalogenidekkel képzett vegyeskomplexeinek a szerkezetét tervezzük vizsgálni, elektrondiffrakcióval és kvantumkémiai számításokkal. Tervünk a halogénlámpákban magas hőmérsékleten végbemenő korróziós folyamatok során keletkező szilícium-, aluminium- és volfrám halogenidek, oxidok és oxihalogenidek vizsgálata.
A tervezett kutatások több évtizedes fémhalogenid-kutatásaink összegzését is jelentik ezért több összefoglaló dolgozat írását is tervezzük. Ezek a dolgozatok a tudományterület fontos referenciájává válhatnak.
Summary
Our research is planned along two lines. One is the study of metal halide molecular structures and related special structural effects and the other is fundamental research related to the production of metal halide lamps.

Our group is one of the leading laboratories in gas-phase metal-halide structural research in the world. We plan to continue our studies of the structure and thermodynamic properties of metal halide molecules in the vapor phase. Our plan involves the study of silver and copper halides, and the dimers of Group 14 metal dihalides and the role of the Jahn-Teller effect and relativistic effects in their structures.

The other line of research is the investigation of the molecular structure and thermodynamics of the species present under the high-temperature conditions in metal halide lamps. We plan to study several lanthanide halides and their heterocomplexes with alkali halides, by quantum chemical calculations and by electron diffraction. Further we plan to investigate the types of molecules formed during processes taking place in hot vapors of metal halides; these are different halides, oxides, and oxyhalides of silicon, aluminium, and tungsten.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Szervetlen vegyületek, elsősorban fém-halogenidek molekulaszerkezetét, dinamikáját és termodinamikai tulajdonságait határoztuk meg kísérleti módszerekkel (gázfázisú elektrondiffrakció és különböző rezgési spektroszkópiai módszerek) és kvantumkémiai számításokkal. Vizsgálatainkban hatékonyan kombináltuk a kísérleti és kvantumkémiai számításos módszereket. Összefüggéseket állapítottunk meg a molekulaszerkezet és a kötésviszonyok között és trendeket írtunk le a szerkezeti változásokban, stabilitási viszonyokban és a gáz- és kristályszerkezet kapcsolatában. Különleges szerkezeti hatásokat derítettünk fel fém-halogenid molekulákban, mint a Jahn-Teller effektus (VCl3), relativisztikus hatások (higany-dihalogenidek) és a várakozással ellentétben a 4f elektronpályák betöltöttségének fontosságát a geometriára (diszprózium trihalogenidek dimerjei). Elsőként találtunk kísérleti geometriai bizonyítékot a Renner-Teller effektus jelentkezésére fém-halogenidek (CrF2, CrCl2) molekuláiban. Rámutattunk arra, hogy lantanida halogenidek mátrix-izolációs spektrumaiban különböző típusú komplexek képződhetnek; ez okozza a spektrumok bonyolultságát és vezethet esetleges téves szimmetria meghatározáshoz a vizsgált molekulára (diszprózium-trihalogenidek). Az irodalomban megjelent téves magyarázatokat megcáfolva bizonyítottuk, hogy a molekulák hőhatásra kiterjednek és ezáltal kötéseik megnyúlnak.
Results in English
The molecular geometries, dynamics, and thermodynamic properties of inorganic substances, mostly metal halides have been determined by experimental techniques (gas-phase electron diffraction and various vibrational spectroscopic techniques) and quantum chemical calculations. The experimental and computational techniques have been applied effectively in a concerted way. We established relationships between molecular structure and bonding properties and described trends in structural variations, stabilities, and in the structural relationship between gaseous and crystalline structures. We revealed special structural effects in metal halide molecules such as the Jahn-Teller effect (VCl3), relativistic effects (mercury dihalides) and, contrary to expectation, the importance of 4f orbital occupation in selected geometries (dimers of dysprosium trihalides). For the first time in the literature, we have provided experimental proof for the Renner-Teller effect in the geometry of metal-halides (CrF2, CrCl2). We have shown that various complex molecules might form in the matrix isolation spectra of lanthanide trihalides and this enhances the complexity of the spectrum, which might result in wrong symmetry assignment (dysprosium trihalides). We corrected an erroneous suggestion in the literature about the absence of thermal effects on the molecular geometry of certain compound classes and showed that molecules do, indeed, expand upon heating and, consequently, their bonds lengthen.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=60365
Decision
Yes





 

List of publications

  
Varga Z; Lanza G; Minichino C; Hargittai M: Quasilinear Molecule par Excellence, SrCl2: Structure from High-Temperature Gas-Phase Electron Diffraction and Quantum Chemical Calculations; Computed Structure of SrCl2-Argon Complexes, Chem. Eur. J 12:8345-8357, 2006
Hargittai M: Fifty years of parity violation - and its long-range effects, Struct Chem 17:455-457, 2006
Varga Z; Hargittai M: Heterocomplexes of DyBr3 with Alkali Halides: A Computational Study of Their Structures and Relative Stabilities, 15th Conference on Current Trends in Computational Chemistry, Jackson, Mississippi, 186-187, 2006
Hargittai M: Changing Relationship between Computation and Experiment: Metal Halide Molecules Structures, 15th Conference on Current Trends in Computational Chemistry, Jackson, Mississippi, 72-73, 2006
Hargittai M; Varga Z: Molecular Constans of Aluminum Monohalides: Caveats for Computation of Simple Inorganic Molecules, J Phys Chem A 111:6-8, 2007
Kovacs A; Konings RJM: Molecular structure and thermodynamic properties of the gaseous ThC2 and ThC4 species, J Nucl Mater 372: 391-393, 2007
Liebman JF; Varga Z; Hargittai M: Chemistry, commentary and community: Discussion of ''The NaDyBr4 complex: its molecular structure and thermodynamic properties'' by Varga and Hargittai, Struct Chem 18:269-271, 2007
Hargittai M: Symmetry, Crystallography, and Art, Applied Physics A 89:889-898, 2007
Neizer Z; Varga Z; Jancsó G; Hargittai M: Vapor phase tin diiodide: its structure and thermodynamics, a computational study, Struct Chem 18: 641-648, 2007
Lanza G; Varga Z; Kolonits M; Hargittai M: On the effect of 4f electrons on the structural characteristics of lanthanide trihalides. Computational and electron diffraction study of dysprosium trichloride, J Chem Phys 128:074301 1-14, 2008
Vest B; Varga Z; Hargittai M; Hermann A; Schwerdtfeger P: The Elusive Structure of CrCl2 - A Combined Computational and Gas Phase Electron Diffraction Study, Chem-Eur J 14: 5130-5143, 2008
Varga Z; Hargittai M: Structures and thermodynamic properties of aluminum oxyhalides: A computational study, Struct Chem 19: 595-602, 2008
Hargittai M; Kovács A; Nyulászi L; Veszprémi T: Számítógéppel a periódusos rendszerben, Magyar Kémiai Folyóirat, 114:95-101, 2008
Kovács A; Konings RJM; Raab J; Gagliardi L: A theoretical study of AmOn and CmOn (n = 1, 2), Phys Chem Chem Phys 10:1114-1118, 2008
Hargittai M: Structural Effects in Inorganic Chemistry, 17th Conference on Current Trends in Computational Chemistry, Jackson, Mississippi, 64-65, 2008
Varga Z; Kovács A; Groen CP; Hargittai M: A Theoretical and Matrix-Isolation Infrared Spectroscopic Study of Mixed MDyX4 (M=Alkali Metals, X=Halogens) Vapor Complexes, 17th Conference on Current Trends in Computational Chemistry, Jackson, Mississippi, 167-169, 2008
Donald KJ; Hargittai M; Hoffmann R: Group 12 Dihalides: Structural Predilections from Gases to Solids, Chem-Eur J 15:158-177, 2009
Hargittai M: Structural Effects in Molecular Metal Halides, Accounts Chem Res 42:453-462, 2009
Vest B; Schwerdtfeger P; Kolonits M; Hargittai M: Chromium Difluoride: Probing the Limits of Structure Determination, Chem Phys Lett 463:143-147, 2009
Hargittai M: Vibronic Interactions in Metal Halide Molecules, Struct Chem 20:21-30, 2009
Groen CP; Varga Z; Kolonits M; Peterson KA; Hargittai M: Does the 4f Electron Configuration Affect Molecular Geometries? A Joint Computational, Vibrational Spectroscopic, and Electron Diffraction Study of Dysprosium Tribromide, Inorg Chem 48:4143-4153, 2009
Hargittai M; Hargittai I: Hermann Jahn and Rudolf Renner of the Jahn-Teller and Renner-Teller Effects, Struct Chem 20:537-540, 2009
Hargittai M; Hargittai I: Nevek és hírnevek: Herzberg, Jahn, Renner, Teller és az elektron-rezgési kölcsönhatások, Fizikai Szemle 59:247-250, 2009
Hargittai M; Hargittai I: Symmetry through the Eyes of a Chemist, 3rd Edition, Springer, 2009
Varga Z; Kolonits M; Hargittai M: Gas-Phase Stucture of Iron Trihalides: A Computational Study of all Iron Trihalides and an Electron Diffraction Study of Iron Trichloride, Inorg. Chem. 49:1039-1045, 2010
Varga Z; Groen CP; Kolonits M; Hargittai M: Curious Matrix Effects: A Computational, Electron Diffraction, and Vibrational Spectroscopic Study of Dysprosium Triiodide, Dalton Transactions 39:6221-6230, 2010
Varga Z; Vest B; Schwerdtfeger P; Hargittai M: Molecular Geometry of Vanadium Dichloride and Vanadium Trichloride: A Gas-Phase Electron Diffraction and Computational Study, Inorg. Chem. 49:2816-2821, 2010
Groen CP; Kovács A: Matrix-Isolation FT-IR Study of (CsBr)n and (CsI)n (n=1-3), Vibr. Spectr. 54:30-34, 2010
Hargittai I: Structures beyond crystals, J. Mol. Struct. 976:81-86, 2010
Hargittai I; Menyhárd DK: Further VSEPRing about molecular geometries, J. Mol. Struct. 978:136-140, 2010
Hargittai M: Változatos szerkezetek, Magyar Kémiai Folyóirat, megjelenés alatt, 2011
Varga Z; Kolonits M; Hargittai M: Iron Dihalides: Structures and Thermodynamic Properties from Computation and an Electron Diffraction Study of Iron Diiodide, Struct. Chem. DOI 10.1007/s11224-010-9713-8, 2011
Varga Z; Hargittai M; Bartell LS: On the thermal expansion of molecules, Struct. Chem. 22:111-121, 2011



Back »