Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Гексаборид кальция
CaHexaboride.jpg
Имена
Название ИЮПАК
Гексаборид кальция
Другие имена
Борид кальция
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard100.031.374 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 234-525-3
  • InChI = 1S / B6.Ca / c1-2-3 (1) 5 (1) 4 (1,2) 6 (2,3) 5; / q-2; +2 проверитьY
    Ключ: PXRBHCKHCRNGSE-UHFFFAOYSA-N проверитьY
  • InChI = 1 / B6.Ca / c1-2-3 (1) 5 (1) 4 (1,2) 6 (2,3) 5; / q-2; +2
  • [B-] 123B45B16 [B-] 47B52B376. [Ca + 2]
Характеристики
CaB 6
Молярная масса104,94 г / моль
Внешностьчерный порошок
Плотность2,45 г / см 3
Температура плавления 2235 ° С (4055 ° F, 2508 К)
нерастворимый
Структура
Кубический
P м 3 м  ; О ч [1]
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверить  ( что есть   ?)проверитьY☒N
Ссылки на инфобоксы

Гексаборид кальция (иногда борид кальция ) представляет собой соединение кальция и бора с химической формулой CaB 6 . Это важный материал из-за его высокой электропроводности , твердости , химической стабильности и температуры плавления . Это черный, блестящий, химически инертный порошок с низкой плотностью. Он имеет кубическую структуру, типичную для гексаборидов металлов, с октаэдрическими звеньями из 6 атомов бора в сочетании с атомами кальция. [2] CaB 6 и CaB 6, легированный лантаном, обладают слабым ферромагнитным свойств, что является замечательным фактом, поскольку кальций и бор не являются магнитными и не имеют внутренних 3d- или 4f-электронных оболочек, которые обычно требуются для ферромагнетизма.

Свойства [ править ]

CaB 6 был исследован в прошлом из-за множества особых физических свойств, таких как сверхпроводимость , валентные флуктуации и эффекты Кондо . [3] Однако наиболее замечательным свойством CaB 6 является его ферромагнетизм. Это происходит при неожиданно высокой температуре (600 К) и низком магнитном моменте (ниже 0,07 на атом). Источником этого высокотемпературного ферромагнетизма является ферромагнитная фаза разбавленного электронного газа, связь с предполагаемым экситонным состоянием в бориде кальция или внешние примеси на поверхности образца. Примеси могут включать железо и никель. μ B {\ displaystyle \ mu _ {\ mathrm {B}}} , вероятно, из-за примесей в боре, использованном для приготовления образца.[4]

CaB 6 нерастворим в H 2 O, MeOH (метаноле) и EtOH (этаноле) и медленно растворяется в кислотах. [5] Его микротвердость составляет 27 ГПа, твердость по Кнупу составляет 2600 кг / мм 2 ), модуль Юнга составляет 379 ГПа, а электрическое сопротивление более 2 · 10 10 Ом · м для чистых кристаллов. [6] [7] CaB 6 - это полупроводник с шириной запрещенной зоны, равной 1,0 эВ. Низкая полуметаллическая проводимость многих образцов CaB 6 может быть объяснена непреднамеренным легированием из-за примесей и возможной нестехиометрией. [8]

Структурная информация [ править ]

Кристаллическая структура гексаборида кальция представляет собой кубическую решетку с кальцием в центре ячейки и компактными правильными октаэдрами атомов бора, связанными в вершинах связями BB, образуя трехмерную сетку бора. [5] Каждый кальций имеет 24 ближайших соседних атома бора. [1] Атомы кальция расположены в простой кубической упаковке, так что между группами из восьми атомов кальция, расположенными в вершинах куба, есть дыры. [9] Простая кубическая структура расширена за счет введения октаэдрических групп B 6, и структура представляет собой CsCl-подобную упаковку групп кальция и гексаборида. [9] Другой способ описания гексаборида кальция - наличие металла и B 6 2–октаэдрические полимерные анионы в структуре типа CsCl, где атомы кальция занимают позиции Cs и октаэдры B 6 в позициях Cl. [10] Длина связи Ca-B составляет 3,05 Å, а длина связи BB составляет 1,7 Å. [9]

Данные ЯМР 43 Ca содержат δ- пик при -56,0 ppm и δ iso при -41,3 ppm, где δ iso принимается как максимум пика +0,85 ширины, отрицательный сдвиг обусловлен высоким координационным числом. [10]

Рамановские данные: гексаборид кальция имеет три рамановских пика при 754,3, 1121,8 и 1246,9 см -1 из-за активных мод A 1g , E g и T 2g соответственно. [1]

Наблюдаемые частоты колебаний см -1  : 1270 (сильная) при растяжении A 1g , 1154 (средн.) И 1125 (плечо) при растяжении E g , 526, 520, 485 и 470 при вращении F 1g , 775 (сильная) и 762 (плечо) от изгиба F 2g , 1125 (сильное) и 1095 (слабое) из изгиба F 1u , 330 и 250 из смещения F 1u , и 880 (мед.) и 779 из изгиба F 2u . [1]

Подготовка [ править ]

  • Одна из основных реакций промышленного производства: [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 ° C;
Ca + 6B → CaB 6
  • Взаимодействие 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 ° C. [5]
  • Низкотемпературный (500 ° C) синтез
CaCl 2 + 6NaBH 4 → CaB 6 + 2NaCl + 12H 2 + 4Na

приводит к относительно низкому качеству материала. [12]

  • Для получения чистых монокристаллов CaB 6 , 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, а размер кристаллов ~ 1х10 см. [11]
  • Монокристаллические нанопроволоки CaB 6 (диаметр 15–40 нм, длина 1–10 мкм) могут быть получены пиролизом диборана (B 2 H 6 ) над порошками оксида кальция (CaO) при 860–900 ° C в присутствии Ni. катализатор. [7]

Использует [ редактировать ]

Гексаборид кальция используется при производстве стали, легированной бором [5], и в качестве раскислителя при производстве бескислородной меди . Последнее приводит к более высокой электропроводности, чем обычно раскисленная фосфором медь, из-за низкой растворимости бора в меди. [6] CaB 6 может также использоваться в качестве жаропрочного материала, защиты поверхности, абразивов , инструментов и износостойкого материала.

CaB 6 обладает высокой проводимостью, имеет низкую работу выхода и, следовательно, может использоваться в качестве материала для горячего катода . При использовании при повышенной температуре гексаборид кальция окисляется, ухудшая его свойства и сокращая срок его службы. [13]

CaB 6 также является многообещающим кандидатом в качестве термоэлектрических материалов n-типа , поскольку его коэффициент мощности больше или сопоставим с коэффициентом мощности обычных термоэлектрических материалов Bi 2 Te 3 и PbTe. [7]

СаВ также может использоваться в качестве антиоксиданта в огнеупорах на углеродной связке.

Меры предосторожности [ править ]

Гексаборид кальция раздражает глаза, кожу и дыхательную систему. При работе с этим продуктом необходимо использовать соответствующие защитные очки и одежду. Никогда не сливайте гексаборид кальция в канализацию и не добавляйте в него воду.

См. Также [ править ]

  • Борид
  • Кальций

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c d Yahia, S .; Turrell, S .; Turrell, G .; Меркурио, JP (1990). «Инфракрасный и рамановский спектры гексаборидов: расчеты силового поля и изотопические эффекты». J. Mol. Struct . 224 (1–2): 303–312. Bibcode : 1990JMoSt.224..303Y . DOI : 10.1016 / 0022-2860 (90) 87025-S .
  2. ^ Matkovich, VI (1977). Бор и тугоплавкие бориды . Берлин: Springer-Verlag. ISBN 0-387-08181-X.
  3. ^ Дж. Этурно; П. Хагенмюллер (1985). «Строение и физические особенности боридов редкоземельных элементов». Филос. Mag. B . 52 (3): 589. Bibcode : 1985PMagB..52..589E . DOI : 10.1080 / 13642818508240625 ..
  4. ^ Янг, DP; и другие. (1999). «Высокотемпературный слабый ферромагнетизм в газе свободных электронов низкой плотности». Природа . 397 (6718): 412–414. Bibcode : 1999Natur.397..412Y . DOI : 10.1038 / 17081 . PMID 29667965 . S2CID 204991033 .  
  5. ^ a b c d "Борид кальция - Словарь неорганических соединений". University Press . Кембридж. 1 . 1992 г.
  6. ^ a b c "Бориды: химия твердого тела". Энциклопедия неорганической химии . 1 . Западный Сассекс, Англия: John Wiley & Sons. 1994 г.
  7. ^ a b c 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". Nano Lett . 4 (10): 2051–2055. Bibcode : 2004NanoL ... 4.2051X . DOI : 10.1021 / nl0486620 .
  8. ^ С. Сума; и другие. (2003). «Электронная зонная структура и поверхность Ферми CaB 6, исследованные методом фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением». Phys. Rev. Lett . 90 (2): 027202. Bibcode : 2003PhRvL..90b7202S . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.90.027202 . PMID 12570575 . 
  9. ^ a b c Уэллс, AF (1984). Структурная неорганическая химия . Оксфорд: Clarendon Press. С. 1055–1056. ISBN 0-19-855125-8.
  10. ^ a b Zhongijie, L .; Smith, ME; Соури, ИП; Ньюпорт, RJ (2004). «Исследование местной структурной среды кальция с помощью твердотельного ЯМР 43Ca в естественном изобилии» (PDF) . Physical Review B . 69 (22): 224107. Bibcode : 2004PhRvB..69v4107L . DOI : 10.1103 / PhysRevB.69.224107 .
  11. ^ а б С. Отани (1998). «Получение кристаллов CaB 6 методом плавающей зоны». Журнал роста кристаллов . 192 (1–2): 346–349. Bibcode : 1998JCrGr.192..346O . DOI : 10.1016 / S0022-0248 (98) 00444-8 .
  12. ^ Ши, Л .; и другие. (2003). «Низкотемпературный синтез и характеристика кубических ультратонких порошков CaB 6 ». Chem. Lett . 32 (10): 958. DOI : 10,1246 / cl.2003.958 .
  13. ^ Чжиган Р. Ли; Хун Мэн (2006). Органические светоизлучающие материалы и устройства . CRC Press. п. 516. ISBN 1-57444-574-X.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.