Control of purity and crystallinity of MVO₄ compounds (M=Al, Cr, Fe, In, Y, Nd) by DTA

Abstract

Two aqueous methods were followed for the synthesis of MVO₄ (M=trivalent element). The first, with vanadium pentoxide and M nitrate yielded crystalline InVO₄ III and amorphous FeVO₄. The second method, using ammonium metavanadate and M nitrate, led to amorphous compounds with M=In, Fe, Cr or Al, and semi-amorphous compounds with M=Nd or Y. The crystallinity and purity of these products were examined by DTA.

Starting with amorphous compounds, two irreversible effects appeared; the first, at about 100°, was endothermic and corresponded to a considerable loss of water; the second was exothermic and corresponded to the crystallization of the compounds in the temperature range from 250 to 550°. Only InVO₄ presented two more irreversible exothermic peaks, corresponding to allotropic transformations, as proved by the X-ray diagrams.

A reversible effect then appeared, showing an invariant equilibrium corresponding to a peritectic process for InVO₄ III, FeVO₄, CrVO₄ and AlVO₄ at 1134, 870 and 765°, respectively; these temperatures agreed with the known M₂O₃-V₂O₅ phase diagrams.

The DTA curves of the semi-amorphous Nd and Y compounds showed only a loss of water at about 100°; crystallization then occurred gradually during heating; X-ray analysis confirmed these results.

Zusammenfassung

MVO₄ (M=dreiwertiges Element) wurde nach zwei Methoden in wässrigem Medium dargestellt. Die erste, bei der von Vanadinpentoxid und dem Nitrat von M ausgegangen wird, ergibt kristallines InVO₄ III und amorphes FeVO₄. Die zweite, von Ammoniummetavanadat und dem Nitrat von M ausgehende Methode ergibt amorphe Produkte für M=In, Fe, Cr oder Al und halbamorphe für M=Nd oder Y. Kristallinität und Reinheit dieser Produkte wurden mittels DTA untersucht. Bei den amorphen Verbindungen treten zwei irreversible Effekte in Erscheinung, nämlich bei etwa 100° ein durch Abgabe einer beträchtlichen Wassermenge bedingter endothermer Effekt und ein exothermer im Temperaturbereich von 250–550°, der der Kristallisation der Verbindungen zuzuschreiben ist. Nur InVO₄ zeigt zwei weitere irreversible exotherme Effekte, die auf allotropische Umwandlungen zurückzuführen sind, wie durch röntgendiffraktometrie gezeigt werden konnte. Danach tritt ein reversibler Effekt ein, der ein invariantes Gleichgewicht eines peritektischen Prozesses für InVO₄ III, FeVO₄, CrVO₄ und AlVO₄ bei 1134, 870, 880 bzw. 765° anzeigt. Diese Temperaturen stimmen mit den bekannten Phasendiagrammen von M₂O₃-V₂O₅ überein. Die DTA-Kurven der halbamorphen Nd- und Y-Verbindung lassen nur den Wasserverlust bei 100° erkennen, die Kristallisation erfolgt dann nach und nach während des Aufheizvorganges, wie dusch Röntgenanalyse gezeigt werden konnte.

Резюме

Для синтеза в водной с реде соединений MVO₄ (M —тр ехвалентных металл) были использованы два мет ода. В первом методе, пр и взаимодействии пяти окиси ванадия и нитра тов индия и железа, получа лся кристаллический InVO₄ и аморфный FeVO₄. Во втором м етоде, взаимодействие мета ванадата аммония и ни тратов индия, железа, хрома и а люминия приводило к образова нию аморфных соедине ний, тогда как аналогичное взаи модействие с нитратами неодима и и ттрия — к полуаморфны м соединениям. Чистота и кристалличность полученных соединен ий была изучена метод ом ДТА. В случае аморфных соед инений наблюдались два термических эффе кта: первый из них при т емпературе 100° являлся эндотермич еским и соответствовал поте ре значительного кол ичества воды, а второй, наблюдавший ся в области температур 250–550°, являл ся эксотермическим и соответствовал крис таллизации этих соед инений. Только для соединени я InVO₄ наблюдалось больш е эксотермических пик ов, обусловленных, как показано их рентг енограммами, аллотро пными превращениями. Для со единений InVO₄, FeVO₄, CrVO₄ и AlVO₄ при температур ах, соответственно, 1134, 870, 880 и 765°, наблюдался обратимый эффект, отн осящийся к перитекти ческому процессу для этих сое динений. Указанные температуры согласу ются с известными, уст ановленными на основе фазовых диа грамм систем М₂О₃-V₂O₅. ДТА-кривые полу аморфных соединений неодима и иттрия пока зали только потерю воды при 100°. Фаз овый анализ этих соед инений показал их постепенн ую кристаллизацию в процессе нагрева.