ISSN:
0009-2940
Keywords:
Chemistry
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Inorganic Chemistry
Source:
Wiley InterScience Backfile Collection 1832-2000
Topics:
Chemistry and Pharmacology
Description / Table of Contents:
Li12Si7, a Compound with Trigonal Planar Si4 Clusters and Isometric Si5 RingsLi12Si7 is the silicon richest compound of the binary system Li/Si, which does not contain a MX phase contrary to the other I-IV systems. Li12Si7 is formed by direct synthesis from the elements. The compound reacts like an alkali metal forming silanes under hydrolysis and amorphous silicon in the reaction with benzophenone (THF), respectively. The metallic grey phase grows in form of orthorhombic rod-shaped crystals (a = 860.0, b = 1975.5, c = 1433.5 pm at 290 K; Pnma, Z = 8). The crystal structure (at 290 K, R = 0.04, and at 140 K, R = 0.02) exhibits two novel Sin clusters, namely a trigonal planar Si4 star and a planar cyclopentadienyl-like Si5 ring (Si — Si = 237.8 and 236.8 pm, resp.) which are enveloped by Li atoms (Li — Si = 259 - 309 pm). Li12Si7 is a diamagnetic semiconductor (Eg = 0.6 eV), which however does not fulfil in a simple way the classical electron counting rules for Zintl phases. The complicated 3 D structure can be separated into two well chosen one dimensional partial structures Li12Si4 and Li6Si5, which allow for a quantum mechanical treatment. The resulting electronic structure gives rise to a reasonable improvement of the Zintl rules for elements of the higher periods. Li6Si5 = Li5(LiSi5) (26e) is in fact an infinite 1 D sandwich stack, a lithiosilacen. In the Li12Si4 fragment (28e) a cage orbital occurs, which has amplitudes at all lithium sites. The stabilisation of the CO32- like geometry and the silicon backbone is mainly due this additional state.
Notes:
Li12Si7 ist die Silicium-reichste Verbindung im binären System Li/Si, welches im Gegensatz zu den anderen I/IV-Systemen keine Phase MX enthält. Li12Si7 entsteht durch direkte Synthese aus den Elementen in Form metallisch grauer orthorhombischer Säulen (a = 860.0; b = 1975.5; c = 1433.6 pm bei 290 K; Pnma, Z = 8). Die Verbindung reagiert wie ein Alkalimetall. Bei der Hydrolyse entstehen Silane, bei der Umsetzung mit Benzophenon (THF) amorphes Silicium. Die Kristallstruktur wurde bei 290 K (R = 0.04) und 140 K (R = 0.02) bestimmt. Sie enthält zwei neue Sin-Cluster, nämlich trigonal-planare Si4-Sterne und Cyclopendienyl-analoge planare Si5-Ringe (Si — Si = 237.8 bzw. 236.8 pm), die von Li-Atomen eingehüllt sind (Li — Si = 259 - 309 pm). Li12Si7 ist ein diamagnetischer Halbleiter (EG = 0.6 eV), der allerdings mit den genannten Sin-Clustern die traditionellen Elektronenregeln für Zintl-Phasen nicht in einfacher Weise erfüllt. Die komplexe dreidimensionale Struktur wird nach einer geschickten Fraktionierung in eindimensionale Teilstrukturen einer quantenmechanischen Behandlung zugänglich. Die beiden Partialstrukturen ∞1[Li12Si4] und ∞1[Li6Si5] enthalten jeweils nur Si4-Sterne bzw. Si5-Ringe. Ihre Elektronenstruktur erlaubt eine sinnvolle Erweiterung des Zintl-Konzeptes auch für Elemente der höheren Perioden. Das (26e)-Fragment Li6Si5 = Li5 (LiSi5) ist ein unendlicher 1 D-Sandwich-Stapel: Lithiosilacen. Im (28e)-Fragment Li12Si4 werden die Einfachbindungen des Si4-Sterns durch ein Käfigorbital stabilisiert, an dem praktisch alle umhüllenden Li-Atome beteiligt sind. Vorläufige experimentelle Untersuchungen der Valenzelektronendichten unterstützen diese Ergebnisse.
Additional Material:
3 Ill.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1002/cber.19861191207
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