Yttriumboride - Yttrium borides
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| Bezeichner | |
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3D-Modell ( JSmol )
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| ChemSpider | |
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PubChem- CID
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| Eigenschaften | |
| YB 66 /YB 50 /YB 25 /YB 12 /YB 6 /YB 4 | |
| Molmasse | 153.77 |
| Aussehen | Grau-Schwarz-Pulver, Metallic |
| Dichte | 2,52 g/cm 3 --- YB 66 2,72 g/cm 3 --- YB 50 3,02 g/cm 3 --- YB 25 3,44 g/cm 3 --- YB 12 3,67 g/cm 3 --- YB 6 4,32 g/cm 3 --- YB 4 |
| Schmelzpunkt | 2.750–2.000 °C (4.980–3.630 °F; 3.020–2.270 K) |
| Unlöslich | |
| Struktur | |
| kubisch, cP7 | |
| Uhr 3 m, Nr. 221 | |
a = 0,41132 nm
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| Gefahren | |
| Sicherheitsdatenblatt | Externes Sicherheitsdatenblatt |
| NFPA 704 (Feuerdiamant) | |
| Flammpunkt | Nicht brennbar |
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Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
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| Infobox-Referenzen | |
Yttriumborid bezeichnet ein kristallines Material, das aus unterschiedlichen Anteilen von Yttrium und Bor besteht , wie YB 2 , YB 4 , YB 6 , YB 12 , YB 25 , YB 50 und YB 66 . Sie alle sind grau gefärbte, harte Feststoffe mit hohen Schmelztemperaturen. Die häufigste Form ist das Yttriumhexaborid YB 6 . Es zeigt Supraleitung bei relativ hoher Temperatur von 8,4 K und ist ähnlich wie LaB 6 eine Elektronenkathode . Ein weiteres bemerkenswertes Yttriumborid ist YB 66 . Es hat eine große Gitterkonstante (2.344 nm), eine hohe thermische und mechanische Stabilität und wird daher als Beugungsgitter für niederenergetische Synchrotronstrahlung (1–2 keV) verwendet.
YB 2 (Yttriumdiborid)
Yttriumdiborid hat die gleiche hexagonale Kristallstruktur wie Aluminiumdiborid und Magnesiumdiborid – ein wichtiges supraleitendes Material. Sein Pearson-Symbol ist hP3 , Raumgruppe P6/mmm (Nr. 191), a = 0,33041 nm, c = 0,38465 nm und die berechnete Dichte beträgt 5,05 g/cm 3 . In dieser Struktur bilden die Boratome graphitartige Platten mit Yttriumatomen dazwischen. YB 2 -Kristalle sind instabil bis mäßig erhitzen an Luft – sie beginnen bei 400 °C zu oxidieren und oxidieren bei 800 °C vollständig. YB 2 schmilzt bei ~2100 °C.
YB 4 (Yttriumtetraborid)
YB 4 hat eine tetragonale Kristallstruktur mit der Raumgruppe P4/mbm (Nr. 127), Pearson-Symbol tP20 , a = 0,711 nm, c = 0,4019 nm, berechnete Dichte 4,32 g/cm 3 . Durch die Multiple-Pass- Floating-Zone- Technik lassen sich hochwertige YB 4 -Kristalle von wenigen Zentimetern Größe züchten.
YB 6 (Yttriumhexaborid)
YB 6 ist ein schwarzes geruchloses Pulver mit einer Dichte von 3,67 g/cm 3 ; es hat die gleiche kubische Kristallstruktur wie andere Hexaboride ( CaB 6 , LaB 6 , etc., siehe Infobox). Hochwertige YB 6- Kristalle von wenigen Zentimetern Größe lassen sich mit der Multiple-Pass- Floating-Zone- Technik züchten. YB 6 ist ein Supraleiter mit der relativ hohen Sprungtemperatur (Onset) von 8,4 K.
YB 12 (Yttriumdodecaborid)
YB 12 -Kristalle haben eine kubische Struktur mit einer Dichte von 3,44 g/cm 3 , Pearson-Symbol cF52 , Raumgruppe Fm 3 m (Nr. 225), a = 0,7468 nm. Seine Struktureinheit ist 12 Kuboktaeder . Die Debye-Temperatur von YB 12 beträgt ~1040 K und es ist bei Temperaturen über 2,5 K nicht supraleitend.
YB 25
Die Struktur von Yttriumboriden mit einem B/Y-Verhältnis von 25 und darüber besteht aus einem Netzwerk von B 12 -Ikosaedern . Das Borgerüst von YB 25 ist eines der einfachsten unter den Ikosaeder-basierten Boriden – es besteht nur aus einer Art von Ikosaedern und einer verbrückenden Borstelle. Die verbrückende Borstelle ist tetraedrisch von vier Boratomen koordiniert. Diese Atome sind ein weiteres Boratom in der Gegenbrückenstelle und drei äquatoriale Boratome eines von drei B 12 -Ikosaedern. Die Yttrium-Sites haben Teilbelegung von ca. 60–70%, und die YB 25 -Formel gibt lediglich das durchschnittliche Atomverhältnis [B]/[Y] = 25 wieder. Sowohl die Y-Atome als auch die B 12 -Ikosaeder bilden Zickzacklinien entlang der x- Achse. Die Überbrückungs Boratome verbindet drei äquatoriale Boratome von drei Ikosaeder und jene Ikosaeder bilden ein Netzwerk parallel zu der (101) Kristallebene ( x - z - Ebene in der Figur). Der Bindungsabstand zwischen dem verbrückenden Bor und den äquatorialen Boratomen beträgt 0.1755 nm, was typisch für die starke kovalente BB-Bindung ist (Bindungslänge 0.17–0.18 nm); somit verstärken die verbrückenden Boratome die einzelnen Netzwerkebenen . Andererseits zeigt der große Abstand zwischen den Boratomen innerhalb der Brücke (0.2041 nm) eine schwächere Wechselwirkung, und somit tragen die Brückenstellen wenig zur Bindung zwischen den Netzwerkebenen bei.
YB 25- Kristalle können durch Erhitzen eines komprimierten Pellets aus Yttriumoxid (Y 2 O 3 ) und Borpulver auf ~1700 °C gezüchtet werden . Die YB 25- Phase ist bis 1850 °C stabil. Oberhalb dieser Temperatur zersetzt es sich ohne zu schmelzen in YB 12 und YB 66 . Dies macht es schwierig, einen Einkristall aus YB 25 durch das Schmelzwachstumsverfahren zu züchten .
YB 50
YB 50 -Kristalle haben eine orthorhombische Struktur mit der Raumgruppe P2 1 2 1 2 (Nr. 18), a = 1,66251 nm, b = 1,76198 nm, c = 0,94797 nm. Sie können durch Erhitzen eines komprimierten Pellets aus gezüchtet werden Yttriumoxid (Y 2 O 3 ) und Borpulver zu ~ 1700 0 C. Oberhalb dieser Temperatur YB 50 zerfällt in YB 12 und YB 66 , ohne zu schmelzen. Dies macht es schwierig, einen Einkristall aus YB 50 durch das Schmelzwachstumsverfahren zu züchten . Seltene Erden von Tb bis Lu können auch in der M 50 Form kristallisieren .
YB 66
YB 66 wurde 1960 entdeckt und seine Struktur 1969 gelöst. Die Struktur ist kubisch flächenzentriert , mit der Raumgruppe Fm 3 c (Nr. 226), dem Pearson-Symbol cF1936 und der Gitterkonstanten a = 2.3440(6) nm. Es gibt 13 Borstellen B1–B13 und eine Yttriumstelle. Die B1 Seiten bilden eine B 12 Ikosaeder und die B2-B9 Seiten eine andere Ikosaeder bilden. Diese Ikosaeder ordnen sich in einer Dreizehn-Ikosaeder-Einheit (B 12 ) 12 B 12 an, die Superikosaeder genannt wird. Das Ikosaeder, das von den Atomen der B1-Stelle gebildet wird, befindet sich im Zentrum des Superikosaeders. Das Superikosaeder ist eine der Grundeinheiten des Borgerüstes von YB 66 . Es gibt zwei Arten von Superikosaedern: Eine nimmt die kubischen Flächenzentren ein und eine um 90° gedrehte befindet sich in der Mitte der Zelle und an den Zellrändern. Somit gibt es acht Superikosaeder (1248 Boratome) in der Elementarzelle.
Eine weitere Struktureinheit von YB 66 ist der B 80 -Cluster mit 80 Borstellen, die von den B10- bis B13-Stellen gebildet werden. Alle diese 80 Seiten sind teilweise belegt und enthalten insgesamt nur ca. 42 Boratome. Der B 80 -Cluster befindet sich im Körperzentrum des Oktanten der Elementarzelle, dh an der 8 a- Position (1/4, 1/4, 1/4); somit gibt es acht solcher Cluster (336 Boratome) pro Elementarzelle. Zwei unabhängige Strukturanalysen kamen zu dem gleichen Ergebnis, dass die Gesamtzahl der Boratome in der Elementarzelle 1584 beträgt. Die Borgerüststruktur von YB 66 ist in der Abbildung rechts dargestellt. Eine schematische Zeichnung darunter zeigt die relative Ausrichtung der Superikosaeder, und die B 80 -Cluster werden durch hellgrüne bzw. dunkelgrüne Kugeln dargestellt; an der oberen Oberfläche der Elementarzelle sind die relativen Orientierungen der Superikosaeder durch Pfeile gekennzeichnet. Es gibt 48 Yttrium-Stellen ((0,0563, 1/4, 1/4) für YB 62 ) in der Elementarzelle. Die Fixierung der Besetzung der Y-Stelle auf 0,5 führt zu 24 Y-Atomen in der Elementarzelle und der chemischen Zusammensetzung von YB 66 ; diese Besetzung von 0,5 impliziert, dass das Yttrium-Paar immer ein Y-Atom mit einer leeren Stelle hat.
YB 66 hat eine Dichte von 2,52 g/cm 3 , eine niedrige Wärmeleitfähigkeit von 0,02 W/(cm·K), elastische Konstanten c 11 = 3,8 × 10 9 und c 44 = 1,6 × 10 9 Newton/m 2 und eine Debye-Temperatur von 1300 K YB 66 ist wie alle Yttriumboride ein hartes Material und weist eine Knoop-Härte von 26 GPa auf. Hochwertige YB 66- Kristalle von wenigen Zentimetern Größe können durch die Multiple-Pass- Floating-Zone- Technik gezüchtet und als Röntgenmonochromatoren verwendet werden.
Die große Elementarzelle von YB 66 führt zu einer großen Gitterkonstante von 2,344 nm. Diese Eigenschaft, zusammen mit hoher thermischer und mechanischer Stabilität, führte zur Anwendung von YB 66 als dispersive Elemente von Röntgenmonochromatoren für niederenergetische Strahlung (1–2 keV).