Гексаборид кальция - Calcium hexaboride

Гексаборид кальция
CaHexaboride.jpg
Имена
Название ИЮПАК
Гексаборид кальция
Другие имена
Борид кальция
Идентификаторы
3D модель ( JSmol )
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.031.374 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 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 масса 104,94 г / моль
Появление черный порошок
Плотность 2,45 г / см 3
Температура плавления 2235 ° С (4055 ° F, 2508 К)
нерастворимый
Состав
Кубический
P м 3 м  ; О ч
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. CaB 6 и лантан , легированные ионами Cab 6 оба показывают слабые ферромагнитные свойства, которое является замечательным фактом , поскольку кальций и бор не является ни магнитными, и не имеет внутреннюю 3d или 4f электронных оболочки, которые обычно требуются для ферромагнетизма.

Характеристики

CaB 6 исследовался в прошлом из-за множества специфических физических свойств, таких как сверхпроводимость , валентные флуктуации и эффекты Кондо . 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 , вероятно, из-за примесей бора, использованного для приготовления образца.

CaB 6 нерастворим в H 2 O, MeOH (метаноле) и EtOH (этаноле) и медленно растворяется в кислотах. Его микротвердость 27 ГПа, твердость по Кнупу 2600 кг / мм 2 ), модуль Юнга 379 ГПа, удельное электрическое сопротивление более 2 · 10 10 Ом · м для чистых кристаллов. CaB 6 представляет собой 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.

Структурная информация

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

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

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.

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 .

Подготовка

  • Одна из основных реакций промышленного производства:
CaO + 3 B 2 O 3 + 10 Mg → CaB 6 + 10 MgO

Другие методы производства порошка CaB 6 включают:

Ca + 6B → CaB 6
Ca (OH) 2 + 7B → CaB 6 + BO (г) + H 2 O (г)
  • Взаимодействие 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.
  • Низкотемпературный (500 ° C) синтез
CaCl 2 + 6NaBH 4 → CaB 6 + 2NaCl + 12H 2 + 4Na

приводит к относительно низкому качеству материала.

  • 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.
  • 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.

Использует

Гексаборид кальция используется при производстве стали, легированной бором, 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. CaB 6 также может использоваться в качестве жаропрочного материала, защиты поверхности, абразивов , инструментов и износостойкого материала.

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

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.

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

Меры предосторожности

Гексаборид кальция раздражает глаза, кожу и дыхательную систему. Работать с этим продуктом следует в надлежащих защитных очках и одежде. Никогда не сливайте гексаборид кальция в канализацию и не добавляйте в него воду.

Смотрите также

использованная литература

дальнейшее чтение