Heksaborek wapnia
|
|
| Nazwy | |
|---|---|
|
nazwa IUPAC
Heksaborek wapnia
|
|
| Inne nazwy Borek wapnia
|
|
| Identyfikatory | |
|
Model 3D ( JSmol )
|
|
| ChemSpider | |
| Karta informacyjna ECHA | 100.031.374 |
| Numer WE |
|
|
Identyfikator klienta PubChem
|
|
|
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Nieruchomości | |
| CAB 6 | |
| Masa cząsteczkowa | 104,94 g/mol |
| Wygląd | czarny proszek |
| Gęstość | 2,45 g/cm 3 |
| Temperatura topnienia | 2235 ° C (4055 ° F; 2508 K) |
| nierozpuszczalny | |
| Struktura | |
| Sześcienny | |
| P m 3 m ; O godz | |
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).
|
|
Heksaborek wapnia (czasami borek wapnia ) jest związkiem wapnia i boru o wzorze chemicznym CaB 6 . Jest to ważny materiał ze względu na wysoką przewodność elektryczną , twardość , stabilność chemiczną i temperaturę topnienia . Jest to czarny, błyszczący, obojętny chemicznie proszek o małej gęstości. Ma sześcienną strukturę typową dla heksaborków metali, z jednostkami oktaedrycznymi złożonymi z 6 atomów boru połączonych z atomami wapnia. CaB 6 i CaB 6 domieszkowany lantanem wykazują słabe właściwości ferromagnetyczne , co jest niezwykłym faktem, ponieważ wapń i bor nie są ani magnetyczne, ani nie mają wewnętrznych powłok elektronicznych 3d lub 4f, które są zwykle wymagane dla ferromagnetyzmu.
Nieruchomości
CaB 6 był badany w przeszłości ze względu na różne szczególne właściwości fizyczne, takie jak nadprzewodnictwo , fluktuacje walencyjne i efekty Kondo . Jednak najbardziej niezwykłą właściwością CaB 6 jest jego ferromagnetyzm. Występuje w nieoczekiwanie wysokiej temperaturze (600 K) i niskim momencie magnetycznym (poniżej 0,07 na atom). Źródłem tego ferromagnetyzmu wysokotemperaturowego jest faza ferromagnetyczna rozcieńczonego gazu elektronowego, wiązanie z przypuszczalnym stanem ekscytonowym w borku wapnia lub zewnętrzne zanieczyszczenia na powierzchni próbki. Zanieczyszczenia mogą obejmować żelazo i nikiel , prawdopodobnie pochodzące z zanieczyszczeń boru użytego do przygotowania próbki.
CaB 6 jest nierozpuszczalny w H2O , MeOH (metanolu) i EtOH (etanolu) i wolno rozpuszcza się w kwasach. Jego mikrotwardość wynosi 27 GPa, twardość Knoopa to 2600 kg/mm 2 ), moduł Younga to 379 GPa, a rezystywność elektryczna jest większa niż 2·10 10 Ω·m dla czystych kryształów. CaB 6 jest półprzewodnikiem z przerwą energetyczną szacowaną na 1,0 eV. Niskie, półmetaliczne przewodnictwo wielu próbek CaB 6 można wytłumaczyć niezamierzonym domieszkowaniem z powodu zanieczyszczeń i możliwej niestechiometrii.
Informacje strukturalne
Struktura krystaliczna sześcioborku wapnia to sześcienna siatka z wapniem w centrum komórki i zwartymi, regularnymi ośmiościanami atomów boru połączonych w wierzchołkach wiązaniami BB, tworząc trójwymiarową sieć boru. Każdy wapń ma 24 najbliższe sąsiadujące ze sobą atomy boru. Atomy wapnia są ułożone w prosty sześcienny upakowanie, tak że między grupami ośmiu atomów wapnia, znajdującymi się na wierzchołkach sześcianu, znajdują się dziury. Prosta struktura sześcienna jest rozszerzona przez wprowadzenie oktaedrycznych grup B6, a struktura jest upakowaniem CsCl-podobnym grup wapnia i heksaborku. Innym sposobem opisania heksaborku wapnia jest to, że ma metal i 2- oktaedryczny anion polimerowy B 6 w strukturze typu CsCl, w której atomy wapnia zajmują miejsca Cs, a oktaedry B 6 w miejscach Cl. Długość wiązania Ca-B wynosi 3,05 Å, a długość wiązania BB wynosi 1,7 Å.
43 Ca NMR zawierają pik δ przy -56,0 ppm i δ izo przy -41,3 ppm, gdzie δ izo przyjmuje się jako maks. szerokość piku +0,85, ujemne przesunięcie wynika z dużej liczby koordynacyjnej.
Dane Ramana: Heksaborek wapnia ma trzy piki ramanowskie przy 754,3, 1121,8 i 1246,9 cm -1 z powodu aktywnych modów odpowiednio A1g , Eg i T2g .
Zaobserwowane częstotliwości drgań cm −1 : 1270(silne) z rozciągania A 1g , 1154 (med.) i 1125(ramię) z rozciągania E g , 526, 520, 485 i 470 z rotacji F 1g , 775 (silne) i 762 (ramię) z zakrętu F 2g , 1125 (mocne) i 1095 (słabe) z zakrętu F 1u , 330 i 250 z przesunięcia F 1u oraz 880 (med.) i 779 z zakrętu F 2u .
Przygotowanie
- Jedną z głównych reakcji dla produkcji przemysłowej jest:
- CaO + 3 B 2 O 3 + 10 Mg → CaB 6 + 10 MgO
Inne metody wytwarzania proszku CaB 6 obejmują:
- Bezpośrednia reakcja wapnia lub tlenku wapnia i boru w temperaturze 1000 °C;
- Ca + 6B → CaB 6
- Reakcja Ca(OH) 2 z borem w próżni w temperaturze około 1700 °C ( redukcja karbotermiczna );
- Ca(OH) 2 +7B → CaB 6 + BO(g) + H2O ( g)
- Reakcja węglanu wapnia z węglikiem boru w próżni w temperaturze powyżej 1400 ° C ( redukcja karbotermiczna )
- Reakcja CaO i H 3 BO 3 i Mg do 1100 °C.
- Synteza niskotemperaturowa (500 °C).
- CaCl 2 + 6NaBH 4 → CaB 6 + 2NaCl + 12H 2 + 4Na
skutkuje stosunkowo słabą jakością materiału.
- W celu wytworzenia czystych monokryształów CaB 6 , np. do zastosowania jako materiał katodowy, otrzymany w ten sposób proszek CaB 6 jest dalej rekrystalizowany i oczyszczany techniką topienia strefowego . Typowa szybkość wzrostu wynosi 30 cm/h, a wielkość kryształów ~1x10 cm.
- Monokrystaliczne nanodruty CaB 6 (średnica 15–40 nm, długość 1–10 mikrometrów) można otrzymać przez pirolizę diboranu ( B 2 H 6 ) nad sproszkowanym tlenkiem wapnia (CaO) w temperaturze 860–900 °C w obecności Ni katalizator.
Używa
Heksaborek wapnia jest stosowany do produkcji stali stopowych z dodatkiem boru oraz jako środek odtleniający przy produkcji miedzi beztlenowej . To ostatnie skutkuje wyższą przewodnością niż miedź odtleniana konwencjonalnie fosforem ze względu na niską rozpuszczalność boru w miedzi. CaB 6 może również służyć jako materiał wysokotemperaturowy, ochrona powierzchni, materiały ścierne , narzędzia i materiał odporny na zużycie.
CaB 6 jest wysoce przewodzący, ma niską funkcję wyjścia , a zatem może być stosowany jako materiał na gorącą katodę . Podczas stosowania w podwyższonej temperaturze heksaborek wapnia utlenia się, degradując jego właściwości i skracając jego żywotność.
CaB 6 jest również obiecującym kandydatem na materiały termoelektryczne typu n , ponieważ jego współczynnik mocy jest większy lub porównywalny ze współczynnikiem mocy typowych materiałów termoelektrycznych Bi 2 Te 3 i PbTe.
CaB może być również stosowany jako przeciwutleniacz w materiałach ogniotrwałych związanych z węglem.
Środki ostrożności
Heksaborek wapnia działa drażniąco na oczy, skórę i układ oddechowy. Z tym produktem należy obchodzić się przy użyciu odpowiednich okularów ochronnych i odzieży. Nigdy nie wlewaj heksaborku wapnia do kanalizacji ani nie dodawaj do niego wody.
Zobacz też
Dalsza lektura
- Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Chemia pierwiastków (wyd. 2). Butterwortha-Heinemanna . ISBN 978-0-08-037941-8 .