Гексаборид кальция
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК Гексаборид кальция | |
| Другие имена Борид кальция | |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol ) | |
| ХимическийПаук | |
| Информационная карта ECHA | 100.031.374 |
| Номер ЕС |
|
ПабХим CID | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| Характеристики | |
| Кабина 6 | |
| Молярная масса | 104.94 g/mol |
| Появление | черный порох |
| Плотность | 2,45 г/см 3 |
| Температура плавления | 2235 ° C (4055 ° F; 2508 К) |
| нерастворимый | |
| Структура | |
| Кубический | |
| П м 3 м ; Ой [1] | |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |
Гексаборид кальция (иногда борид кальция ) — соединение кальция и бора с химической формулой CaB 6 . Это важный материал из-за его высокой электропроводности. [ оспаривается – обсуждаем ] , твердость , химическая стабильность и температура плавления . Это черный блестящий химически инертный порошок малой плотности. Он имеет кубическую структуру, типичную для гексаборидов металлов, с октаэдрическими звеньями из 6 атомов бора в сочетании с атомами кальция. [2] CaB 6 и лантаном , легированный CaB 6 , обладают слабыми ферромагнитными свойствами, что является примечательным фактом, поскольку кальций и бор не являются магнитными и не имеют внутренних 3d или 4f электронных оболочек, которые обычно необходимы для ферромагнетизма.
Характеристики
[ редактировать ]CaB 6 исследовался в прошлом благодаря множеству специфических физических свойств, таких как сверхпроводимость , флуктуации валентности и эффекты Кондо . [3] Однако самым замечательным свойством CaB 6 является его ферромагнетизм. Это происходит при неожиданно высокой температуре (600 К) и низком магнитном моменте (ниже 0,07 на атом). Причиной этого высокотемпературного ферромагнетизма является ферромагнитная фаза разбавленного электронного газа, связь с предполагаемым экситонным состоянием борида кальция или внешние примеси на поверхности образца. Примеси могут включать железо и никель , вероятно, из-за примесей бора, использованного для приготовления образца. [4]
CaB 6 нерастворим в H 2 O, MeOH (метаноле) и EtOH (этаноле) и медленно растворяется в кислотах. [5] Его микротвердость 27 ГПа, твердость по Кнупу 2600 кг/мм. 2 ), модуль Юнга составляет 379 ГПа, а удельное сопротивление превышает 2·10 10 Ом·м для чистых кристаллов. [6] [7] CaB 6 представляет собой полупроводник с энергетической щелью, оцениваемой в 1,0 эВ. Низкую полуметаллическую проводимость многих образцов CaB 6 можно объяснить непреднамеренным легированием примесями и возможной нестехиометрией. [8]
Структурная информация
[ редактировать ]Кристаллическая структура гексаборида кальция представляет собой кубическую решетку с кальцием в центре ячейки и компактными правильными октаэдрами из атомов бора, связанных в вершинах связями BB, образуя трехмерную сетку бора. [5] Каждый кальций имеет 24 ближайших соседа атома бора. [1] Атомы кальция расположены в простой кубической упаковке так, что между группами из восьми атомов кальция, расположенных в вершинах куба, имеются дырки. [9] Простая кубическая структура расширена за счет введения октаэдрических групп B 6 и представляет собой CsCl-подобную упаковку групп кальция и гексаборида. [9] Другой способ описания гексаборида кальция состоит в том, что он имеет металл и B 6 . 2− октаэдрические полимерные анионы в структуре типа CsCl, где атомы кальция занимают позиции Cs, а октаэдры B 6 - позиции Cl. [10] Длина связи Ca-B составляет 3,05 Å, а длина связи BB — 1,7 Å. [9]
43 Данные ЯМР Са содержат δ- пик при -56,0 м.д. и δ- изо при -41,3 м.д., где δ- изо принимается за максимальную ширину пика +0,85, отрицательный сдвиг обусловлен высоким координационным числом. [10]
Данные комбинационного рассеяния света: гексаборид кальция имеет три пика комбинационного рассеяния света: 754,3, 1121,8 и 1246,9 см-1. −1 за счет активных мод A 1g , E g и T 2g соответственно. [1]
Наблюдаемые частоты колебаний см −1 : 1270 (сильный) из растяжки A 1g , 1154 (средний) и 1125 (плечо) из растяжки E g , 526, 520, 485 и 470 из F 1g вращения , 775 (сильный) и 762 (плечо) из F 2g изгиб, 1125 (сильный) и 1095 (слабый) от изгиба F 1у , 330 и 250 от изгиба F 1у и 880 (средн.) и 779 от F 2у . изгиба [1]
Подготовка
[ редактировать ]- Одной из основных реакций промышленного производства является: [6]
- CaO + 3 B 2 O 3 + 10 Mg → CaB 6 + 10 MgO
Другие методы производства порошка CaB 6 включают:
- Прямая реакция кальция или оксида кальция и бора при 1000 °С;
- Са + 6В → СаВ 6
- Реакция Ca(OH) 2 с бором в вакууме при температуре около 1700 °C ( карботермическое восстановление ); [11]
- Ca(OH) 2 +7B → CaB 6 + BO(г) + H 2 O(г)
- Реакция карбоната кальция с карбидом бора в вакууме при температуре выше 1400 °C (карботермическое восстановление)
- Реакция CaO и H 3 BO 3 и Mg до 1100°С. [5]
- Низкотемпературный (500 °С) синтез
- CaCl 2 + 6NaBH 4 → CaB 6 + 2NaCl + 12H 2 + 4Na
приводит к получению материала относительно низкого качества. [12]
- CaB 6 Для получения чистых монокристаллов , например, для использования в качестве катодного материала, полученный таким образом порошок CaB 6 дополнительно перекристаллизовывают и очищают методом зонной плавки . Типичная скорость роста составляет 30 см/ч, размер кристаллов ~1x10 см. [11]
- Монокристаллические CaB 6 нанопроволоки (диаметр 15–40 нм, длина 1–10 микрометров) можно получить пиролизом диборана (B 2 H 6 ) над порошками оксида кальция (CaO) при 860–900 °C в присутствии Ni. катализатор. [7]
Использование
[ редактировать ]Гексаборид кальция используется при производстве , легированной бором. стали [5] и как раскислитель при производстве бескислородной меди . Последнее приводит к более высокой проводимости, чем традиционно раскисленная фосфором медь из-за низкой растворимости бора в меди. [6] CaB 6 также может служить в качестве высокотемпературного материала, защиты поверхности, абразивов , инструментов и износостойкого материала.
CaB 6 обладает высокой проводимостью, имеет низкую работу выхода и, следовательно, может использоваться в качестве материала горячего катода . При использовании при повышенной температуре гексаборид кальция окисляется, ухудшая его свойства и сокращая срок его службы. [13]
CaB 6 также является перспективным кандидатом на роль термоэлектрических материалов n-типа, поскольку его коэффициент мощности больше или сравним с коэффициентом мощности обычных термоэлектрических материалов Bi 2 Te 3 и PbTe. [7]
CaB также может использоваться в качестве антиоксиданта в огнеупорах на углеродных связях.
Меры предосторожности
[ редактировать ]Гексаборид кальция раздражает глаза, кожу и дыхательную систему. Обращаться с этим продуктом следует в соответствующих защитных очках и одежде. Никогда не сливайте гексаборид кальция в канализацию и не добавляйте в него воду.
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с д Яхия, С.; Террелл, С.; Террелл, Г.; Меркурио, JP (1990). «Инфракрасные и рамановские спектры гексаборидов: расчеты силового поля и изотопные эффекты». Дж. Мол. Структурировать . 224 (1–2): 303–312. Бибкод : 1990JMoSt.224..303Y . дои : 10.1016/0022-2860(90)87025-S .
- ^ Matkovich, V. I. (1977). Boron and Refractory Borides . Berlin: Springer-Verlag. ISBN 0-387-08181-Х .
- ^ Ж. Этурно; П. Хагенмюллер (1985). «Структура и физические особенности боридов редкоземельных элементов». Филос. Маг. Б. 52 (3): 589. Бибкод : 1985PMagB..52..589E . дои : 10.1080/13642818508240625 . .
- ^ Янг, ДП; и др. (1999). «Высокотемпературный слабый ферромагнетизм в газе свободных электронов низкой плотности» . Природа . 397 (6718): 412–414. Бибкод : 1999Natur.397..412Y . дои : 10.1038/17081 . ПМИД 29667965 . S2CID 204991033 .
- ^ Jump up to: а б с д «Борид кальция - Словарь неорганических соединений». Университетское издательство . 1 . Кембридж. 1992.
- ^ Jump up to: а б с «Бориды: Химия твердого тела». Энциклопедия неорганической химии . Том. 1. Западный Суссекс, Англия: Джон Уайли и сыновья. 1994.
- ^ Jump up to: а б с Терри Т. Сюй; Цзянь-Го Чжэн; Алан В. Николлс; Саша Станкович; Ричард Д. Пайнер; Родни С. Руофф (2004). «Монокристаллические нанопроволоки гексаборида кальция: синтез и характеристика». Нано Летт . 4 (10): 2051–2055. Бибкод : 2004NanoL...4.2051X . дои : 10.1021/nl0486620 .
- ^ С. Сума; и др. (2003). «Электронная зонная структура и поверхность Ферми CaB 6 , изученная методом фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением». Физ. Преподобный Летт . 90 (2): 027202. Бибкод : 2003PhRvL..90b7202S . doi : 10.1103/PhysRevLett.90.027202 . ПМИД 12570575 .
- ^ Jump up to: а б с Уэллс, А. Ф. (1984). Структурная неорганическая химия . Оксфорд: Кларендон Пресс. стр. 1055–1056. ISBN 0-19-855125-8 .
- ^ Jump up to: а б Чжунцзе, Л.; Смит, Мэн; Соури, FE; Ньюпорт, Р.Дж. (2004). «Исследование локальной структурной среды кальция с помощью твердотельного ЯМР 43Ca естественного содержания» (PDF) . Физический обзор B . 69 (22): 224107. Бибкод : 2004PhRvB..69v4107L . дои : 10.1103/PhysRevB.69.224107 .
- ^ Jump up to: а б С. Отани (1998). «Получение кристаллов СаВ 6 методом плавающей зоны». Журнал роста кристаллов . 192 (1–2): 346–349. Бибкод : 1998JCrGr.192..346O . дои : 10.1016/S0022-0248(98)00444-8 .
- ^ Ши, Л.; и др. (2003). «Низкотемпературный синтез и характеристика кубических ультрадисперсных порошков CaB 6 ». хим. Летт . 32 (10): 958. doi : 10.1246/cl.2003.958 .
- ^ Чжиган Р. Ли; Хун Мэн (2006). Органические светоизлучающие материалы и устройства . ЦРК Пресс. п. 516. ИСБН 1-57444-574-Х .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .