Йодид свинца(II)
 | |
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Другие имена Свинцовый йодид | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.030.220 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID | |
| НЕКОТОРЫЙ | |
| Число | 2291 3077 |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| PbI 2 | |
| Молярная масса | 461.01 g/mol |
| Появление | ярко-желтый порошок |
| Запах | без запаха |
| Плотность | 6,16 г/см 3 [1] |
| Температура плавления | 410 ° С (770 ° F, 683 К) [1] |
| Точка кипения | 872 ° C (1602 ° F; 1145 К) разл. [1] |
Произведение растворимости ( K sp ) | 4.41 × 10 −9 (20 °С) |
| Растворимость | |
| Запрещенная зона | 2,34 эВ (прямой) [6] [7] |
| −126.5·10 −6 см 3 /моль [8] | |
| Структура [9] | |
| Шестиугольный hP6 | |
| П6 3 мк, №186 | |
а = 0,4556 нм, б = 0,4556 нм, с = 1,3973 нм α = 90°, β = 90°, γ = 120°° | |
Формульные единицы ( Z ) | 2 |
| октаэдрический | |
| Термохимия [10] | |
Теплоемкость ( С ) | 77,4 Дж/(моль·К) |
Стандартный моляр энтропия ( S ⦵ 298 ) | 174,9 Дж/(моль·К) |
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | -175,5 кДж/моль |
Свободная энергия Гиббса (Δ f G ⦵ ) | -173,6 кДж/моль |
| Опасности | |
| СГС Маркировка : | |
   | |
| Опасность | |
| Х302 , Х332 , Х360 , Х373 , Х410 | |
| P201 , P202 , P260 , P261 , P264 , P270 , P271 , P273 , P281 , P301+P312 , P304+P312 , P304+P340 , P308+P313 , P312 , P314 , P330 , P391 , 405 , П501 | |
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |
| точка возгорания | Невоспламеняющийся |
| Родственные соединения | |
Другие анионы | |
Другие катионы | Йодид олова(II) |
Родственные соединения | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Йодид свинца(II) (или йодид свинца ) представляет собой химическое соединение формулы PbI.
2 . При комнатной температуре это ярко-желтое кристаллическое вещество без запаха, которое при нагревании становится оранжевым и красным. [11] Раньше его называли свинцовым йодидом .
В настоящее время это соединение имеет несколько специализированных применений, таких как производство солнечных элементов . [12] рентгеновского и гамма-излучения . Детекторы [13] Его приготовление представляет собой занимательную и популярную демонстрацию в области химического образования, позволяющую преподавать такие темы, как реакции осаждения и стехиометрия . [14] Он разлагается под действием света при температуре выше 125 °C (257 °F), и этот эффект был использован в запатентованном фотографическом процессе. [4] [15]
Йодид свинца раньше использовался в качестве желтого пигмента в некоторых красках под названием «йодид желтый» . Однако это использование было в значительной степени прекращено из-за его токсичности и плохой стабильности. [16]
Подготовка
[ редактировать ]PbI
2 обычно синтезируется реакцией осаждения между йодидом калия KI и нитратом свинца (II) Pb ( NO
3 ) 2 в водном растворе:
- Pb(NO 3 ) 2 + 2 KI → PbI 2 + 2 KNO 3
В то время как нитрат калия KNO
3 растворим, йодид свинца PbI
2 практически нерастворим при комнатной температуре и поэтому выпадает в осадок. [17]
Вместо этого можно использовать другие растворимые соединения, содержащие свинец(II) и йодид, например ацетат свинца(II). [12] и йодид натрия .
Соединение также можно синтезировать путем реакции паров йода с расплавленным свинцом при температуре от 500 до 700 ° C. [18]
Тонкая пленка PbI
2 также можно получить, нанеся пленку сульфида свинца PbS и подвергнув ее воздействию паров йода по реакции
- PbS + I 2 → PbI 2 + S
серу . промывают диметилсульфоксидом Затем [19]
Кристаллизация
[ редактировать ]Йодид свинца, приготовленный из холодных растворов, обычно состоит из множества мелких шестиугольных пластинок, придающих желтому осадку шелковистый вид. Кристаллы большего размера можно получить, используя тот факт, что растворимость йодида свинца в воде (как и растворимость хлорида и бромида свинца ) резко увеличивается с температурой. Соединение бесцветно при растворении в горячей воде, но при охлаждении кристаллизуется в виде тонких, но заметно более крупных ярко-желтых хлопьев, которые медленно оседают в жидкости — визуальный эффект, часто описываемый как «золотой дождь». [20] Кристаллы большего размера можно получить автоклавированием PbI .
2 с водой под давлением при температуре 200 °С. [21]
Еще более крупные кристаллы можно получить, замедляя обычную реакцию. Простая установка — погрузить два стакана, содержащие концентрированные реагенты, в больший контейнер с водой, стараясь избегать течения. Когда два вещества диффундируют через воду и встречаются, они медленно реагируют и откладывают йодид в пространстве между стаканами. [22]
Другой аналогичный метод заключается в взаимодействии двух веществ в гелевой среде, которая замедляет диффузию и удерживает растущий кристалл вдали от стенок контейнера. Патель и Рао использовали этот метод для выращивания кристаллов диаметром до 30 мм и толщиной 2 мм. [23]
Реакцию можно также замедлить, разделив два реагента проницаемой мембраной. Этот подход с использованием целлюлозной мембраны был использован в сентябре 1988 года для изучения роста PbI.
2 кристалла в невесомости в эксперименте, проведенном на космическом корабле «Дискавери» . [24]
PbI
2 также можно кристаллизовать из порошка путем сублимации при 390 ° C в условиях, близких к вакууму. [25] или в токе аргона с небольшим количеством водорода . [26]
Крупные кристаллы высокой чистоты можно получить зонной плавкой или методом Бриджмена-Стокбаргера . [18] [25] Эти процессы позволяют удалить различные примеси из коммерческого PbI.
2 . [27]
Приложения
[ редактировать ]Йодид свинца является исходным материалом при изготовлении высокоэффективных перовскитных солнечных элементов . Обычно раствор PbI
2 в органическом растворителе, таком как диметилформамид или диметилсульфоксид, наносится поверх слоя диоксида титана методом центрифугирования . Затем слой обрабатывают раствором иодида метиламмония CH.
33НХ
3 I и отожгли , превратив его в двойную соль метиламмония иодид свинца CH.
33НХ
33PbI
3 , со структурой перовскита . В результате реакции цвет пленки меняется с желтого на светло-коричневый. [12]
PbI
2 также используется в качестве детектора фотонов высоких энергий для гамма- и рентгеновских лучей благодаря своей широкой запрещенной зоне, которая обеспечивает работу с низким уровнем шума. [4] [13] [25]
Йодид свинца раньше использовался в качестве пигмента краски под названием «йод желтый». (1830) описал его Проспер Мериме как «еще малоизвестный в торговле, он такой же яркий, как аурипигмент или хромат свинца . Считается, что он более стойкий; но только время может доказать его притязания на столь важное качество. Его готовят путем осаждения раствора ацетата или нитрата свинца йодидом калия: нитрат дает более блестящий желтый цвет». [16] Однако из-за токсичности и нестабильности соединения оно больше не используется как таковое. [16] Его до сих пор можно использовать в искусстве для бронзирования под золото и изготовления мозаики . [4]
Стабильность
[ редактировать ]Обычные методы определения характеристик материалов , такие как электронная микроскопия, могут повредить образцы йодида свинца (II). [28] Тонкие пленки йодида свинца(II) нестабильны на окружающем воздухе. [29] Кислород окружающего воздуха окисляет йодид до элементарного йода :
- 2 PbI 2 + O 2 → 2 PbO + 2 I 2 ↑
Токсичность
[ редактировать ]Йодид свинца очень токсичен для здоровья человека. Проглатывание вызывает множество острых и хронических последствий, характерных для отравления свинцом . [30] Было обнаружено, что йодид свинца является канцерогеном для животных, что позволяет предположить, что то же самое может быть справедливо и для людей. [31] Йодид свинца представляет опасность при вдыхании, поэтому при работе с порошками йодида свинца следует использовать соответствующие респираторы.
Структура
[ редактировать ]Структура PbI
2 , как определено порошковой рентгеновской дифракцией , представляет собой преимущественно гексагональную плотноупакованную систему с чередующимися слоями атомов свинца и атомов йодида, с преимущественно ионными связями. Между слоями свинца и йодида наблюдались слабые ван-дер-ваальсовые взаимодействия. [13] Наиболее распространенными формами укладки являются 2H и 4H. Полиморфная модификация 4H наиболее распространена в образцах, выращенных из расплава, осаждением или сублимацией, тогда как полиморфная модификация 2H обычно образуется путем золь-гель синтеза. [9] Твердое тело также может принимать ромбоэдрическую структуру R6. [32]
Йодид свинца(II) выпадает в осадок при объединении растворов йодида калия и нитрата свинца(II).
Опыт «золотой дождь», в котором иодид свинца(II) перекристаллизовывался из горячего раствора при охлаждении, образуя кристаллы золотисто-желтого цвета.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б с д и Хейнс (2016) , с. 4.69.
- ^ Умный, Х.Л.; Джонстон, Ф.Дж. (1980). «Растворимость некоторых труднорастворимых солей свинца: оценка растворимости в воде и водном растворе электролита» (PDF) . Дж. Физ. Хим . Ссылка. Данные (обзор данных NIST). 9 (3): 751–784. Бибкод : 1980JPCRD...9..751C . дои : 10.1063/1.555628 . Архивировано из оригинала (PDF) 11 февраля 2014 г. Проверено 13 июля 2017 г.
- ^ Хейнс (2016) , с. 5.171.
- ^ Перейти обратно: а б с д Патнаик, П. (2002). Справочник неорганических химикатов . МакГроу-Хилл. ISBN 978-0070494398 .
- ^ Уэст, Филип В.; Карлтон, Джек К. (1952). «Экстракция йодида свинца метилизопропилкетоном». Аналитика Химика Акта . 6 : 406–411. дои : 10.1016/S0003-2670(00)86967-6 .
- ^ Ахуджа, Р.; Арвин, Х.; Феррейра да Силва, А.; Перссон, К.; Осорио-Гильен, Ж.М.; Соуза Де Алмейда, Дж.; Мойсес Араужо, К.; Веже, Э.; Вейсид, Н.; Ан, CY; Пепе, И.; Йоханссон, Б. (2002). «Электронные и оптические свойства йодида свинца». Журнал прикладной физики . 92 (12): 7219–7224. Бибкод : 2002JAP....92.7219A . дои : 10.1063/1.1523145 . hdl : 10495/11556 . S2CID 29398039 .
- ^ Чжун, Мяньцэн; Хуан, Ле; Вэй, Чжунмин; Ли, Цзинбо (2017). «Крупномасштабные 2D- монослои : экспериментальная реализация и их косвенные свойства, связанные с запрещенной зоной» . ". Nanoscale . 9 (11): 3736–3741. doi : 10.1039/c6nr07924e . PMID 28102404 .
- ^ Хейнс (2016) , с. 4.128.
- ^ Перейти обратно: а б Брикснер, Л.Х.; Чен, Х.-Ю.; Форис, CM (1981). «Рентгеновское исследование систем PbCl 2-x I x и PbBr 2-x I x ». Журнал химии твердого тела . 40 (3): 336–343. Бибкод : 1981JSSCh..40..336B . дои : 10.1016/0022-4596(81)90400-X .
- ^ Хейнс (2016) , с. 5.24.
- ^ «Каталог Sigma-Aldrich: Йодид свинца (II) 99%» . www.sigmaaldrich.com . Проверено 29 апреля 2016 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Дхиапутра, И.; Пермана, Б.; Маулана, Ю.; Дви Инаятие, Ю.; Пурба, Ю.Р.; Бахтияр, А. (2016). Состав и кристаллическая структура перовскитных пленок, полученных с электродов отработанного автомобильного аккумулятора . 2-й Паджаджаранский международный физический симпозиум 2015 (PIPS-2015). Том. 1712. Джатинангор, Индонезия. дои : 10.1063/1.4941896 .
- ^ Перейти обратно: а б с Шах, К.С.; Ольшнер, Ф.; Мой, LP; Беннетт, П.; Мисра, М.; Чжан, Дж.; Сквилланте, MR; Лунд, Дж. К. (1996). «Рентгеновские системы обнаружения йодида свинца». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . Материалы 9-го международного семинара по полупроводниковым детекторам рентгеновского и γ-излучения при комнатной температуре, сопутствующей электронике и приложениям. 380 (1–2): 266–270. Бибкод : 1996NIMPA.380..266S . дои : 10.1016/S0168-9002(96)00346-4 .
- ^ Энтони, Сет (2014). I. Когнитивные и учебные факторы, связанные с разработкой студентами личных моделей химических систем в лаборатории общей химии. [...] (Диссертация). Государственный университет Колорадо. hdl : 10217/82503 .
- ^ US 3764368 , Джейкобс Дж. и Корриган Р., «Пленка йодида свинца», опубликовано 9 октября 1973 г.
- ^ Перейти обратно: а б с Исто, Н.; Уолш, В.; Чаплин, Т.; Сиддалл, Р. (2004). Справочник по пигментам: словарь исторических пигментов . Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0750657495 .
- ^ Ахмад, С.; Пракаш, Г.В. (2012). «Изготовление экситонных люминесцентных неоргано-органических гибридных нано- и микрокристаллов». Международная конференция по волоконной оптике и фотонике . ОСА : МПо.40. doi : 10.1364/photonics.2012.mpo.40 .
- ^ Перейти обратно: а б Матучова, М.; Зданский, К.; Завадил Дж.; Данилевский А.; Рисс, Ф.; Хасан, MAS; Алексьев Д.; Крал, Р. (2009). «Исследование влияния редкоземельных элементов на свойства йодида свинца». Журнал роста кристаллов . 311 (14): 3557–3562. Бибкод : 2009JCrGr.311.3557M . дои : 10.1016/j.jcrysgro.2009.04.043 .
- ^ Чаудхури, ТК; Ачарья, Х.Н. (1982). «Получение пленок йодида свинца путем йодирования химически осажденных пленок сульфида свинца». Бюллетень исследования материалов . 17 (3): 279–286. дои : 10.1016/0025-5408(82)90074-5 .
- ^ Флеминг, Деклан (6 января 2015 г.). «Золотой дождь» . Химическое образование . 52 (1): 10.
- ^ Чжу, Синхуа; Ванъян, Пейхуа; Сунь, Хуэй; Ян, Динъюй; Гао, Сюин; Тиан, Хайбо (2016). «Простой рост и определение характеристик отдельно стоящей монокристаллической пленки PbI 2 ». Материалы писем . 180 : 59–62. дои : 10.1016/j.matlet.2016.05.101 .
- ^ Фернелиус, В. Конард; Детлинг, Кеннет Д. (1934). «Получение кристаллов труднорастворимых солей». Журнал химического образования . 11 (3): 176. Бибкод : 1934JChEd..11..176F . дои : 10.1021/ed011p176 . .
- ^ Патель, Арканзас; Рао, А. Венкатешвара (1980). «Улучшенная конструкция для выращивания более крупных и совершенных монокристаллов в гелях». Журнал роста кристаллов . 49 (3): 589–590. Бибкод : 1980JCrGr..49..589P . дои : 10.1016/0022-0248(80)90134-7 .
- ^ Скайф, CWJ; Каволи, СР; Блэнтон, Теннесси; Морс, доктор медицины; Север, БР; Уиллис, штат Вашингтон; Суиб, СЛ (1990). «Синтез и характеристика йодида свинца (II), выращенного в космосе». Химия материалов . 2 (6): 777–780. дои : 10.1021/cm00012a034 .
- ^ Перейти обратно: а б с Форнаро, Л.; Сауседо, Э.; Муссио, Л.; Йерман, Л.; Ма, Х.; Бургер, А. (2001). «Нанесение и определение характеристик пленки йодида свинца». Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел А: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 458 (1–2): 406–412. Бибкод : 2001NIMPA.458..406F . дои : 10.1016/S0168-9002(00)00933-5 .
- ^ Лю, X.; Ха, СТ; Чжан, Цин; де ла Мата, М.; Маген, К.; Арбиол, Дж.; Сумма, ТС; Сюн, К. (2015). «Лазировка в режиме шепчущей галереи из слоистых кристаллов йодида свинца гексагональной формы». АСУ Нано . 9 (1): 687–695. дои : 10.1021/nn5061207 . hdl : 10220/38493 . ПМИД 25562110 .
- ^ Тонн, Дж.; Матучова, М.; Данилевский А.Н.; Крёлль, А. (2015). «Очистка оксидных примесей для выращивания монокристаллов йодида свинца высокой чистоты». Журнал роста кристаллов . 416 : 82–89. Бибкод : 2015JCrGr.416...82T . дои : 10.1016/j.jcrysgro.2015.01.024 .
- ^ Сорок, Эй-Джей (август 1960 г.). «Наблюдения за разложением кристаллов йодида свинца в электронном микроскопе». Философский журнал . 5 (56): 787–797. Бибкод : 1960PMag....5..787F . дои : 10.1080/14786436008241217 .
- ^ Попов, Георгий; Маттинен, Миика; Хатанпяя, Тимо; Вехкамяки, Марко; Кемелл, Марианна; Мизохата, Кенитиро; Райсанен, Юрки; Ритала, Микко; Лескеля, Маркку (12 февраля 2019 г.). «Атомно-слоевое осаждение тонких пленок PbI 2 » . Химия материалов . 31 (3): 1101–1109. doi : 10.1021/acs.chemmater.8b04969 .
- ^ Флора, Г.; Гупта, Д.; Тивари, А. (2012). «Токсичность свинца: обзор с последними обновлениями» . Междисциплинарная токсикология . 5 (2): 47–58. дои : 10.2478/v10102-012-0009-2 . ПМЦ 3485653 . ПМИД 23118587 .
- ^ «Подробности о категории Haz-Map» . hazmap.nlm.nih.gov . Проверено 29 апреля 2016 г.
- ^ Сирс, В.М.; Кляйн, МЛ; Моррисон, Дж. А. (1979). «Политипизм и колебательные свойства I 2 ». Физический обзор B . 19 (4): 2305–2313. Бибкод : 1979PhRvB..19.2305S . дои : 10.1103/PhysRevB.19.2305 . hdl : 11375/12129 .
Цитированные источники
[ редактировать ]- Хейнс, Уильям М., изд. (2016). Справочник CRC по химии и физике (97-е изд.). ЦРК Пресс . ISBN 9781498754293 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]