research communications
Synthèse et étude structurale de Na9Cr(MoO4)6
aLaboratoire de Matériaux et Cristallochimie, Faculté des Sciences de Tunis, Université de Tunis El Manar, 2092 El Manar Tunis, Tunisia
*Courier électronique: inesnajeh@gmail.com
The title compound, nonasodium chromium(III) hexakis[molybdate(VI)], Na9Cr(MoO4)6 was prepared by solid-state reactions. The basic structure units are isolated polyhedral clusters composed of a central CrO6 octahedron sharing vertices with six MoO4 tetrahedra to form an open framework in which the Na+ cations are bound to the free vertices of the MoO4 tetrahedra. The Cr3+ cation has of 32 (6a), one Na atom sits on a twofold axis (18e), and all other atoms are at general positions. The bond-valance-sum model confirms the expected values of ion charges. The title compound is isotypic with Na9Sc(MoO4)6 and Na9Fe(MoO4)6. It is compared and discussed with similar structures.
CCDC reference: 1055835
1. Contexte chimique
Ces dernières années, plusieurs équipes de recherche s'intéressent à l'étude des systèmes quaternaires de type A–M–Mo–O (A = cation monovalent et M = métal de transition). Les molybdates présentent plusieurs domaines d'applications: matériaux laser (Khal'baeva et al., 2013; Hanuza & Maczka, 1994), ferroélectriques (Isupov, 2005; Khal'baeva et al., 2012), piézoélectriques, catalyseurs pour la synthése organique, superionique, liants à haute température, matrices pour la fixation des isotopes à vie longue et autres matériaux (Kotova & Kozhevnikova, 2003).
Il est nécessaire de noter que les phases rhomboédriques ont un intérêt particulier car elles présentent une cristallochimie similaire avec des composés du type NASICON, qui sont caractérisés par des propriétés superioniques (Kotova & Kozhevnikova, 2003). C'est dans ce cadre, que nous avons choisi l'exploration des systèmes quaternaires, très peu étudiés à notre connaissance, A–Cr–Mo–O (A = ion monovalent). Une nouvelle phase de formulation Na9Cr(MoO4)6 a été obtenue par réaction à l'état solide à 798 K.
2. Commentaire structurelle
L'unité structurale dans la phase Na9Cr(MoO4)6 est construite à partir d'un octaèdre CrO6 relié par mise en commun d'un sommet à un tétraèdre MoO4. La compensation de charges est assurée par les cations Na+ (Fig. 1). Dans la charpente anionique chaque octaèdre CrO6 partage ses six sommets avec six tétraèdres MoO4 différents pour conduire aux clusters [Cr(MoO4)6]9− (Fig. 2a). Ces derniers, dirigés selon [001], prennent une disposition laissant libre des espaces où résident les cations Na+ (Fig. 2b). La répartition de l'ensemble de ces unités selon les trois directions de l'espace engendre une charpente anionique zérodimensionnelle (0D) dans laquelle les cations Na+ sont orientés vers les sommets libres des tétraèdres MoO4 (Fig. 2c).
L'examen des facteurs géométriques révèle que les distances Mo—O et Cr—O dans respectivement les tétraèdres MoO4 et les octaèdres CrO6 sont similaires à celles rencontrées dans la littérature (Sarapulova et al., 2009; Tsyrenova et al., 2009; Gicquel-Mayer et al., 1981; Bensaid et al., 2013; Averbuch-Pouchot et al., 1981). En effet, dans le tétraèdre MoO4 les distances Mo—O sont situées dans la gamme 1,723 (4)–1,793 (4) Å. La plus longue liaison Mo—O correspond à l'oxygène du pont mixte Cr–O1–Mo. Les distances Cr—O sont toutes égales à 1,966 (3) Å (tableau 1). Les angles O—Mo—O, situés entre 108,2 (2)—111,8 (2)° correspondent à des tétraèdres MoO4 presque réguliers.
De plus, le calcul des sommes de valences de liaison (BVS), utilisant la formule empirique de Brown (2002) conduit aux valeurs des charges des ions suivants: Mo1 (6,166), Cr1 (3,119), Na1 (1,021), Na2 (0,986) ce qui confirme les degrés d'oxydation des différents ions existant dans la phase étudiée. Un examen bibliographique montre que le matériau obtenu est isostructural aux composés ayant une formulation analogue Na9Sc(MoO4)6 (Savina, Solodovnikov et al., 2013) et Na9Fe(MoO4)6 (Savina, Morozov et al., 2013). C'est deux derniers cristallisent dans le même système rhomboédrique mais présentent une symétrie plus réduite groupe R. En effet, ils possèdent une unité asymétrique différente de celle de notre composé. Elle est construite à partir de trois atomes de sodium et d'un octaèdre MO6 (M = Sc, Fe) qui est relié par mise en commun des sommets à deux tétraèdres MoO4 différents. La jonction de ces unités par partage de sommets conduit à une charpente similaire à celle du composé obtenu.
3. Enquête de base de données
La comparaison de la structure de Na9Cr(MoO4)6 avec celles rencontrées dans la littérature montre une certaine analogie avec les composés Rb3FeMo4O15 qui cristallise dans le système monoclinique groupe d'espace P21/c (Khal'baeva et al., 2010), Na3,5Cr1,83(AsO4)3 (Fakhar Bourguiba et al., 2013) et Na3Cr2(PO4)3 (Genkina et al., 1991) cristallisant dans le même groupe d'espace Rc. Le composé Rb3FeMo4O15 est formé par des clusters [Fe(MoO4)6]9− ayant le même arrangement des polyèdres que celui du cluster [Cr(MoO4)6]9− existant dans notre structure. De plus, dans Rb3Fe(MoO4)2Mo2O7, les deux clusters sont liés à l'aide d'une unité linéaire FeMo2O12 moyennant des ponts mixtes de type Mo–O–Fe et aussi des ponts simples Mo–O–Mo faisant apparaître des groupements dimolybdates Mo2O7 (Fig. 3). Il en résulte, des rubans disposés parallèlement à la direction [100] qui présente à leur tour une charpente unidimensionnelle possédant des espaces inter-rubans où résident les cations monovalents Rb+ (Fig. 4). Un examen de la charpente anionique du composé Na3,5Cr1,83(AsO4)3 révèle la présence des unités formulaires [Cr4(AsO4)6]6−. En effet, elles sont formées par des unités [Cr1(AsO4)6] similaires à celles de notre phase mais dans laquelle chaque octaèdre central Cr1O6 est lié, en plus de partage d'arêtes, à respectivement trois octaèdres CrO6 différents. Ces unités se connectent moyennant des ponts mixtes de type As–O–Cr formant ainsi un réseau tridimensionnel (Fig. 5). La charpente anionique du composé Na3Cr2(PO4)3 présente des unités de type [Cr(PO4)6]15− possédant une disposition de polyèdres similaire à celle de notre phase. Dans le phosphate Na3Cr2(PO4)3, chaque unité se lie par formation de ponts mixtes P–O–Cr avec les unités voisines pour conduire à une charpente tridimensionnelle (Fig. 6).
4. Synthèse et cristallisation
Les cristaux relatifs à Na9Cr(MoO4)6 ont été obtenus par réaction à l'état solide à partir des réactifs: Na2CO3 (PROLABO, 70128, 99,6%), Cr(NO3)3·9H2O (FLUKA, 60832, 99,0%) et (NH4)6Mo7O24·4H2O (SIGMA-ALDRICH, 13301, 99,0%) pris dans les proportions telques Na:Cr:Mo = 9:0,5:6. Après un broyage effectué dans un mortier en agate, le mélange a été mis dans un creuset en porcelaine, puis préchauffé à l'air à 453 K pendant 24 heures en vue d'éliminer les composés volatils. Il est ensuite porté jusqu'à une température voisine de celle de la fusion à 798 K. Le mélange est abandonné à cette température pendant quelques jours pour favoriser la germination et la croissance des cristaux. Par la suite, il a subi en premier lieu un refroidissement lent (5°/demi journée) jusqu'à 748 K puis rapide (50°/h) jusqu'à la température ambiante. Des cristaux de couleur rouge de taille suffisante pour les mesures des intensités sont obtenus. La morphologie et l'analyse élementaire, ont été faites au moyent d'un microscope électronique à balayage de type FEI QUANTA 200. Cette analyse confirme la présence des éléments attendus: Na, Cr, Mo et l'oxyène (Fig. 7).
5. Affinement
Les conditions expérimentales de la collecte des données et le résultat final de l'affinement sont rassemblés dans le tableau 2. En effet, la structure a été résolue et affinée, sans ambiguïté dans le groupe d'espace Rc par les méthodes directes utilisant la chaíne de programmes SHELXS97 (Sheldrick, 2008) inclue dans le système WinGX publication (Farrugia, 2012), partant de la formule Na3Cr1Mo3O12. Les premiers cycles d'affinements ont permis de localiser la plupart des atomes. Un examen de la Fourier différence et en se basant sur des considérations géométriques et de neutralité électrique, l'un des atomes d'oxygène a été remplacé par un sodium. L'affinement de tous les paramètres variables conduit à des ellipsoïdes bien définis. Les densités d'électrons maximum et minimum restants dans la Fourier-différence finale sont acceptables et sont situées respectivement à 0,70 Å de O4 et à 1,06 Å de Mo1.
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Supporting information
CCDC reference: 1055835
https://doi.org/10.1107/S2056989015005976/ru2063sup1.cif
contains datablock I. DOI:Structure factors: contains datablock I. DOI: https://doi.org/10.1107/S2056989015005976/ru2063Isup2.hkl
Data collection: CAD-4 EXPRESS (Duisenberg, 1992; Macíček & Yordanov, 1992); cell
CAD-4 EXPRESS (Duisenberg, 1992; Macíček & Yordanov, 1992); data reduction: XCAD4 (Harms & Wocadlo, 1995); program(s) used to solve structure: SHELXS97 (Sheldrick, 2008); program(s) used to refine structure: SHELXL97 (Sheldrick, 2008); molecular graphics: DIAMOND (Brandenburg & Putz, 1999); software used to prepare material for publication: WinGX (Farrugia, 2012).Na9Cr(MoO4)6 | Dx = 3.380 Mg m−3 |
Mr = 1218.55 | Mo Kα radiation, λ = 0.71073 Å |
Trigonal, R3c | Cell parameters from 25 reflections |
Hall symbol: -R 3 2"c | θ = 10–15° |
a = 14.707 (5) Å | µ = 3.74 mm−1 |
c = 19.175 (7) Å | T = 298 K |
V = 3592 (2) Å3 | Prism, red |
Z = 6 | 0.22 × 0.16 × 0.10 mm |
F(000) = 3402 |
Enraf–Nonius CAD-4 diffractometer | 678 reflections with I > 2σ(I) |
Radiation source: fine-focus sealed tube | Rint = 0.065 |
Graphite monochromator | θmax = 27.0°, θmin = 2.7° |
ω/2θ scans | h = −16→4 |
Absorption correction: ψ scan (North et al., 1968) | k = −17→1 |
Tmin = 0.481, Tmax = 0.676 | l = −24→24 |
2549 measured reflections | 2 standard reflections every 2 reflections |
875 independent reflections | intensity decay: 1.2% |
Refinement on F2 | Primary atom site location: structure-invariant direct methods |
Least-squares matrix: full | Secondary atom site location: difference Fourier map |
R[F2 > 2σ(F2)] = 0.028 | w = 1/[σ2(Fo2) + (0.0286P)2 + 21.2743P] where P = (Fo2 + 2Fc2)/3 |
wR(F2) = 0.078 | (Δ/σ)max < 0.001 |
S = 1.13 | Δρmax = 0.60 e Å−3 |
875 reflections | Δρmin = −0.57 e Å−3 |
63 parameters | Extinction correction: SHELXL, Fc*=kFc[1+0.001xFc2λ3/sin(2θ)]-1/4 |
0 restraints | Extinction coefficient: 0.00013 (4) |
Geometry. All e.s.d.'s (except the e.s.d. in the dihedral angle between two l.s. planes) are estimated using the full covariance matrix. The cell e.s.d.'s are taken into account individually in the estimation of e.s.d.'s in distances, angles and torsion angles; correlations between e.s.d.'s in cell parameters are only used when they are defined by crystal symmetry. An approximate (isotropic) treatment of cell e.s.d.'s is used for estimating e.s.d.'s involving l.s. planes. |
Refinement. Refinement of F2 against ALL reflections. The weighted R-factor wR and goodness of fit S are based on F2, conventional R-factors R are based on F, with F set to zero for negative F2. The threshold expression of F2 > σ(F2) is used only for calculating R-factors(gt) etc. and is not relevant to the choice of reflections for refinement. R-factors based on F2 are statistically about twice as large as those based on F, and R- factors based on ALL data will be even larger. |
x | y | z | Uiso*/Ueq | ||
Mo1 | 0.51969 (4) | 0.66053 (4) | 0.02393 (2) | 0.01759 (19) | |
Cr1 | 0.3333 | 0.6667 | 0.9167 | 0.0096 (4) | |
Na1 | 0.1089 (2) | 0.6667 | 0.9167 | 0.0285 (8) | |
Na2 | 0.5617 (2) | 0.6706 (2) | 0.21706 (11) | 0.0334 (6) | |
O1 | 0.2729 (3) | 0.7346 (3) | 0.85988 (19) | 0.0177 (8) | |
O2 | 0.4881 (4) | 0.6129 (4) | 0.1082 (2) | 0.0342 (11) | |
O3 | 0.0440 (4) | 0.7277 (3) | 0.8230 (2) | 0.0267 (9) | |
O4 | 0.0834 (3) | 0.5458 (4) | 0.8075 (2) | 0.0312 (10) |
U11 | U22 | U33 | U12 | U13 | U23 | |
Mo1 | 0.0165 (3) | 0.0218 (3) | 0.0164 (3) | 0.0110 (2) | −0.00230 (17) | 0.00171 (18) |
Cr1 | 0.0070 (5) | 0.0070 (5) | 0.0149 (8) | 0.0035 (3) | 0.000 | 0.000 |
Na1 | 0.0211 (11) | 0.049 (2) | 0.0250 (15) | 0.0244 (12) | 0.0073 (8) | 0.0146 (16) |
Na2 | 0.0341 (14) | 0.0518 (18) | 0.0200 (11) | 0.0258 (14) | −0.0021 (10) | −0.0027 (11) |
O1 | 0.0142 (18) | 0.0155 (19) | 0.0246 (18) | 0.0083 (15) | −0.0003 (15) | 0.0083 (15) |
O2 | 0.037 (3) | 0.041 (3) | 0.0153 (18) | 0.012 (2) | −0.0028 (18) | 0.0009 (19) |
O3 | 0.037 (3) | 0.024 (2) | 0.028 (2) | 0.0221 (19) | −0.0003 (19) | −0.0009 (19) |
O4 | 0.025 (2) | 0.031 (2) | 0.043 (2) | 0.018 (2) | −0.0141 (19) | −0.014 (2) |
Mo1—O4i | 1.723 (4) | Na1—O1 | 2.364 (4) |
Mo1—O2 | 1.730 (4) | Na1—O3 | 2.407 (4) |
Mo1—O3ii | 1.745 (4) | Na1—O3vii | 2.407 (4) |
Mo1—O1iii | 1.793 (4) | Na1—O4 | 2.649 (4) |
Cr1—O1iv | 1.966 (3) | Na1—O4vii | 2.649 (4) |
Cr1—O1 | 1.966 (3) | Na2—O2 | 2.308 (4) |
Cr1—O1v | 1.966 (3) | Na2—O2ix | 2.384 (5) |
Cr1—O1vi | 1.966 (3) | Na2—O4x | 2.414 (5) |
Cr1—O1vii | 1.966 (3) | Na2—O3xi | 2.473 (5) |
Cr1—O1viii | 1.966 (3) | Na2—O3x | 2.559 (4) |
Na1—O1vii | 2.364 (4) | Na2—O4xi | 2.989 (5) |
O4i—Mo1—O2 | 109.2 (2) | O3—Na1—O4vii | 120.99 (15) |
O4i—Mo1—O3ii | 108.3 (2) | O3vii—Na1—O4vii | 73.23 (14) |
O2—Mo1—O3ii | 108.2 (2) | O4—Na1—O4vii | 157.6 (2) |
O4i—Mo1—O1iii | 111.80 (18) | O2—Na2—O2ix | 98.5 (2) |
O2—Mo1—O1iii | 108.64 (19) | O2—Na2—O4x | 112.11 (19) |
O3ii—Mo1—O1iii | 110.60 (18) | O2ix—Na2—O4x | 110.62 (17) |
O1iv—Cr1—O1 | 176.8 (2) | O2—Na2—O3xi | 90.60 (17) |
O1iv—Cr1—O1v | 90.1 (2) | O2ix—Na2—O3xi | 121.52 (18) |
O1—Cr1—O1v | 92.29 (15) | O4x—Na2—O3xi | 118.75 (17) |
O1iv—Cr1—O1vi | 85.4 (2) | O2—Na2—O3x | 164.06 (19) |
O1—Cr1—O1vi | 92.29 (15) | O2ix—Na2—O3x | 92.00 (17) |
O1v—Cr1—O1vi | 92.29 (15) | O4x—Na2—O3x | 74.78 (15) |
O1iv—Cr1—O1vii | 92.28 (15) | O3xi—Na2—O3x | 73.64 (17) |
O1—Cr1—O1vii | 90.1 (2) | O2—Na2—O4xi | 72.48 (16) |
O1v—Cr1—O1vii | 85.4 (2) | O2ix—Na2—O4xi | 168.70 (19) |
O1vi—Cr1—O1vii | 176.8 (2) | O4x—Na2—O4xi | 68.09 (17) |
O1iv—Cr1—O1viii | 92.28 (15) | O3xi—Na2—O4xi | 66.40 (14) |
O1—Cr1—O1viii | 85.4 (2) | O3x—Na2—O4xi | 98.30 (16) |
O1v—Cr1—O1viii | 176.8 (2) | Mo1—O2—Na2 | 135.6 (3) |
O1vi—Cr1—O1viii | 90.1 (2) | Mo1—O2—Na2xii | 114.0 (2) |
O1vii—Cr1—O1viii | 92.28 (15) | Na2—O2—Na2xii | 110.28 (17) |
O1vii—Na1—O1 | 72.09 (19) | Mo1xiii—O3—Na1 | 108.60 (18) |
O1vii—Na1—O3 | 158.89 (15) | Mo1xiii—O3—Na2xiv | 111.7 (2) |
O1—Na1—O3 | 90.55 (13) | Na1—O3—Na2xiv | 101.42 (16) |
O1vii—Na1—O3vii | 90.55 (14) | Mo1xiii—O3—Na2xv | 147.5 (2) |
O1—Na1—O3vii | 158.89 (15) | Na1—O3—Na2xv | 100.80 (16) |
O3—Na1—O3vii | 108.7 (2) | Na2xiv—O3—Na2xv | 74.53 (16) |
O1vii—Na1—O4 | 89.66 (15) | Mo1i—O4—Na2xv | 123.6 (2) |
O1—Na1—O4 | 72.06 (14) | Mo1i—O4—Na1 | 117.1 (2) |
O3—Na1—O4 | 73.23 (14) | Na2xv—O4—Na1 | 98.12 (17) |
O3vii—Na1—O4 | 120.99 (15) | Mo1i—O4—Na2xiv | 151.0 (2) |
O1vii—Na1—O4vii | 72.06 (14) | Na2xv—O4—Na2xiv | 67.71 (15) |
O1—Na1—O4vii | 89.65 (15) | Na1—O4—Na2xiv | 83.91 (14) |
Symmetry codes: (i) −x+2/3, −x+y+1/3, −z+5/6; (ii) −y+4/3, −x+2/3, z−5/6; (iii) y−1/3, x+1/3, −z+5/6; (iv) y−1/3, x+1/3, −z+11/6; (v) −y+1, x−y+1, z; (vi) −x+y, −x+1, z; (vii) x−y+2/3, −y+4/3, −z+11/6; (viii) −x+2/3, −x+y+1/3, −z+11/6; (ix) x−y+2/3, x+1/3, −z+1/3; (x) −x+y, y, z−1/2; (xi) y, −x+y, −z+1; (xii) y−1/3, −x+y+1/3, −z+1/3; (xiii) −y+2/3, −x+4/3, z+5/6; (xiv) x−y, x, −z+1; (xv) −x+y, y, z+1/2. |
Acknowledgements
Les auteurs remercient le Ministère de l'Enseignement Supérieur, de la Recherche Scientifique et de la Technologie de la Tunisie pour le financement du laboratoire LMC (code LR01ES11).
Références
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