Crystal structure and compressibility of magnesium chloride heptahydrate found under high pressure

高圧下その場回折実験による塩化マグネシウム七水和物の結晶構造と圧縮率

山下 恵史朗*; 小松 一生*; 服部 高典   ; 町田 真一*; 鍵 裕之*

Yamashita, Keishiro*; Komatsu, Kazuki*; Hattori, Takanori; Machida, Shinichi*; Kagi, Hiroyuki*

これまで、水に富む塩化マグネシウム水和物系列(MgClHO)では奇数の水和数nを持つものは欠落していた。本研究において、2GPa以上の高圧と300K以上の高温で生成する塩化マグネシウム七水和物、MgCl7HO (or MgCl7DO)を同定した。その結晶構造は、2.5GPa, 298Kでのその場単結晶X線回折と3.1GPa, 300Kでのその場粉末中性子回折の組み合わせによって決定された。単結晶試料では、望ましくない結晶相の核生成を防ぐためにアルコールを混合して成長させた。得られた結果は、水分子の配向乱れを示しており、密度汎関数理論計算によっても検証された。この乱れには水素結合の再結合が関与しており、水の高圧氷相や既知の乱れた塩水和物とは異なっていた。圧縮による収縮は主に一方向に起こる。この最も圧縮しやすい方向に垂直な面では、酸素原子と塩素原子が六角形状に配列していた。

So far, the odd hydration number has been missing in the water-rich magnesium chloride hydrate series (MgClHO). In this study, we have identified magnesium chloride heptahydrate, MgCl7HO (or MgCl7DO) which forms at high pressures and high temperatures of above 2 GPa and above 300 K, respectively. Its structure has been determined by a combination of single crystal X-ray diffraction at 2.5 GPa and 298 K and powder neutron diffraction at 3.1 GPa and 300 K. The results showed an orientational disorder of water molecules, which was also examined by the density-functional-theory calculations. The disorder involves the reconnection of hydrogen bonds, which differs from those in water ice phases and known disordered salt hydrates. The shrinkage by compression occurs mainly in one direction. In the plane perpendicular to this most compressible direction, oxygen and chlorine atoms are in a hexagonal-like arrangement.