Eine neue Kolorierungsvariante des α-Mn-Strukturtyps mit Hauptgruppenelementen in K5Pb24 – Kristallstruktur, Supraleitung und Struktur-Eigenschafts-Beziehung

K5Pb24 wurde aus den Elementen in einer verschweisten Niobampulle bei 800 °C hergestellt. Die Kristallstruktur wurde aus Rontgen-Einkristalldaten bestimmt: Raumgruppe I 4 3m, a = 12.358(1) A, Z = 2, Pearsonsymbol cI58. In K5Pb24 liegt eine geordnete Verteilung der Atome auf den vier kristallographisch unabhangigen Lagen des α-Mn-Stukturtyps vor und ermoglicht eine strukturelle Zerlegung des Aristotyps auf der Basis von Clustereinheiten mit 48 Pb-Atomen. Diese strukturellen Untereinheiten sind aus vier 16-Ecken-Frank-Kasper-Polyedern aufgebaut, welche aus 15 Pb- und einem K-Atom (K1) bestehen. Ein weiteres K-Atom (K2) befindet sich im Zentrum der 16-Ecken-Polyeder. Je vier der Polyeder besitzen eine gemeinsame Ecke (K1) und mehrere gemeinsame Kanten. 18 gemeinsame Kanten bilden ein gekapptes Tetraeder aus zwolf Pb-Atomen, welches zusammen mit den vier K2 Atomen in den Zentren der Frank-Kasper-Polyeder ein Friauf-Polyeder beschreibt. Diese Polyederverknupfung ergibt in der Elementarzelle ein ,Supratetraeder‘ aus 48 Pb-Atomen, welches funf K-Atome umschliest. Die innenzentrierte Anordnung dieser Einheiten fuhrt zu einer dreidimensional verknupften Geruststruktur. Die Titelverbindung stellt die bleireichste Phase im System K/Pb dar. Die supraleitende Eigenschaft wurde mit Hilfe temperaturabhangiger Suszeptibilitatsmessungen nachgewiesen. Feldabhangige Messungen weisen die Phase als harten Supraleiter vom Typ II aus. LMTO- und EH-Bandstrukturrechnungen belegen die metallische Eigenschaft. Eine Analyse der Zustandsdichte mit Hilfe der Elektronenlokalisierungsfunktion (ELF) zeigt das Vorliegen von freien Elektronenpaaren in der intermetallischen Phase an. Die Bedeutung von freien Elektronenpaaren hinsichtlich der beobachteten Supraleitfahigkeit wird diskutiert. Novel Coloring of the α-Mn Structure Type with Main Group Elements in K5Pb24 – Crystal Structure, Superconductivity, and Structure Property Relationship K5Pb24 was synthesized from the elements in a welded niobium ampoule at 800 °C. The crystal structure was determined from X-ray single crystal data. Space group I 4 3m, a = 12.358(1) A, Z = 2, Pearson symbol cI58. The structure of K5Pb24 shows an ordered atomic distribution on the four crystallographic sites of the α-Mn structure type. The aristotype is decomposed into cluster units consisting of 48 Pb atoms. The structural subunits are built from four 16-vertex Frank Kasper polyhedra, which consist of 15 Pb and one K atom (K1). The 16-vertex polyhedra are centered with another K atom (K2). Four such polyhedra share a common corner (K1) and several edges. 18 shared edges form a truncated tetrahedra of twelve Pb atoms. These atoms form together with four K1 atoms (located in the center of the Frank Kasper polyhedra) a Friauf polyhedra. The result is a ‘supratetrahedra‘ of 48 Pb atoms enclosing five K atoms. The body centered arrangement of this units results in a three-dimensional framework of Pb atoms. The title compound is the lead-richest phase of the K/Pb system. Superconducting properties are observed from temperature dependent susceptibility measurements. Field dependent measurements reveal a hard type II superconductor. LMTO and EH band structure calculations verify the metallic behavior. An analysis of the density of states with the help of the electron localization function (ELF) shows the presence of lone pairs in this intermetallic phase. The role of lone pairs is discussed with respect to the superconducting property.