سداسي بوريد الكالسيوم

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث


سداسي بوريد الكالسيوم
{{{Alt}}}
المعرفات
رقم CAS 12007-99-7
بوبكيم (PubChem) 16212529
الخصائص
صيغة جزيئية CaB6
الكتلة المولية 104.94 غ/مول
المظهر مسحوق بلوري أسود
الكثافة 2.45 غ/سم3
نقطة الانصهار

2235 °س

الذوبانية في الماء عديم الذوبان
المخاطر
ترميز المخاطر
مادة مهيّجة Xi
توصيف المخاطر
تحذيرات وقائية
في حال عدم ورود غير ذلك فإن البيانات الواردة أعلاه معطاة بالحالة القياسية (عند 25 °س و 100 كيلوباسكال)

سداسي بوريد الكالسيوم (أو بوريد الكالسيوم) مركب كيميائي له الصيغة CaB6، ويكون على شكل مسحوق بلوري أسود لماع.

الخواص[عدل]

الكيميائية والفيزيائية[عدل]

المغناطيسية[عدل]

يتميز سداسي بوريد الكالسيوم CaB6 سوية مع سداسي بوريد الكالسيوم المشاب باللانثانوم بوجود خواص مغناطيسية حديدية ضعيفة. هذه الخاصية جديرة بالاهتمام لأن كلا من الكالسيوم والبورون لا يتمتعان بخواص مغناطيسية، لأنهما لا يملكا مدار 3d أو 4f، والتي يتطلب وجودها للخواص المغناطيسية. تلاحظ هذه المغناطيسية عند درجات حرارة مرتفعة نسبياً (600 كلفن)، وبجود عزم مغناطيسي منخفض (أقل من 0.07 \mu_\mathrm{B} (ماغنيتون بور Bohr magneton لكل ذرة). تعود هذه الخاصية المغناطيسية الحديدية عند درجات حرارة مرتفعة إلى الحالة المغناطيسية للغاز الإلكتروني الممدد dilute electron gas، أو لوجود شوائب خارجية على سطح العينة. هذه الشوائب يمكن أن تشمل الحديد أو النيكل، والتي يمكن أن توجد في المصدر الذي جلب منه البورون وذلك أثناء عملية التحضير. [5]

الموصلية الكهربائية[عدل]

وجد أن لسداسي بوريد الكالسيوم موصلية فائقة ويظهر خواص فيزيائية مميزة مثل تأثير كوندو. [6] يعد سداسي بوريد الكالسيوم من أشباه الموصلات، وله فجوة طاقية مقدارها 1.0 eV إلكترون فولت. بالمقابل يكون للعديد من عينات CaB6 موصلية ضعيفة أحياناً، وذلك يعود إلى الإشابة غير المقصودة لوجود بعض الشوائب أو لوجود عدم تناسب في الصيغة الكيميائية للمركب. [7]

البنية[عدل]

لمركب سداسي بوريد الكالسيوم بنية مكعبة، وهذا أمر نمطي بالنسبة لسداسي بوريد الفلزات. تتكون البنية من وحدات ثماني سطوح مكونة من 6 ذرات بورون. أي أن كل ذرة كالسيوم يحيط بها 24 ذرة بورون. [8] تتوسط هذه الوحدات مكعب مؤلف من 8 ذرات كالسيوم. [9] [10] ترتبط الوحدات مع بعضها عن طريق رؤوس ثماني السطوح بروابط B-B لتعطي شبكة ثلاثية الأبعاد من البورون. [2] هذه البنية مشابهة لبنية كلوريد السيزيوم CsCl، حيث تحل ذرات الكالسيوم مكان ذرات السيزيومـ وأيونات سداسي البوريد مكان أيونات الكلوريد. [11]

تبلغ طول الرابطة Ca-B في المركب 3.05 Å (أنغستروم)، في حين أن الرابطة B-B يبلغ طولها 1.7 Å (أنغستروم).[10]

التحضير[عدل]

يحضر سداسي بوريد الكالسيوم بعدة طرق مختلفة، على المستوى الصناعي يمكن أن يحضر المركب عن طريق التفاعل التالي: [3]

CaO + 3 B2O3 + 10 Mg → CaB6 + 10 MgO

بعض الطرق الأخرى لتحضير مسحوق سداسي بوريد الكالسيوم تتضمن:

  • التفاعل المباشر لفلز الكالسيوم مع البورون، كما يمكن أن يحدث ذلك باستخدام أكسيد الكالسيوم عند درجة حرارة تبلغ 1000°س.
Ca + 6B → CaB6
Ca(OH)2 +7B → CaB6 + BO(g) + H2O(g)

يمكن أن يحضر سداسي بوريد الكالسيوم عند درجات حرارة منخفضة نسبياً (حوالي 500°س). مثل تفاعل كلوريد الكالسيوم مع بورهيدريد الصوديوم حسب المعادلة:

CaCl2 + 6NaBH4 → CaB6 + 2NaCl + 12H2 + 4Na

إلا أن هذه الطريقة تعطي ناتجاً ذا جودة سيئة نسبياً. [13]

أما الحصول على بلورات مفردة عالية النقاوة من سداسي بوريد الكالسيوم من أجل استخدامها في المهبط، فذلك يتطلب إعادة بلورة، وإجراء عملية تنقية باستخدام تقنية الصهر الموضعي zone melting technique. يكون معدل نمو البلورة النمطي حوالي 30 سم/الساعة، وتكون أبعاد البلورة حوالي ~1x10 سم.[12] يحصل على أسلاك نانوية Nanowire من بلورات مفردة من سداسي بوريد الكالسيوم (قطرها 15-40 نانومتر، وطولها 1-10 ميكرون) بإجراء عملية تحلل حراري لمركب ثنائي البوران B2H6 فوق مسحوق من أكسيد الكالسيوم CaO عند درجات حرارة تتراوح بين 860-900 °س بوجود حفاز من النيكل. [4]

الاستخدامات[عدل]

  • يستعمل سداسي بوريد الكالسيوم في صناعة الفولاذ الحاوي على البورون. [2] كما يستعمل في إزالة الأكسجين أثناء تحضير النحاس الخالي من الأكسجين. يتميز النحاس الذي يزال منه الأكسجين بهذه الطريقة بأن له ناقلية أعلى من النحاس المزال منه الأكسجين عن طريق الفوسفور، وذلك لضعف انحلالية البورون في النحاس. [3]
  • يستعمل سداسي بوريد الكالسيوم في صناعة المهبط (الكاثود). إلا أنه عندما يستعمل عند درجات حرارة مرتفعة فإنه يتأكسد ويفقد العديد من خواصه المميزة، بالإضافة إلى تقليل عمره الافتراضي. [14]
  • يعد سداسي بوريد الكالسيوم من المواد الكهرحرارية ذات النمط السالب (n-type) الواعدة، لأن معامل القدرة له أكبر أو يعادل المواد الكهرحرارية الشائعة مثل Bi2Te3 (تيلوريد البزموت) و PbTe (تيلوريد الرصاص). [4]

المراجع[عدل]

  1. ^ http://www.sigmaaldrich.com/catalog/ProductDetail.do?N4=394785%7CALDRICH&N5=SEARCH_CONCAT_PNO%7CBRAND_KEY&F=SPEC
  2. ^ أ ب ت ث Calcium boride – Dictionary of Inorganic Compounds. Cambridge. 1992. 
  3. ^ أ ب ت Encyclopedia of Inorganic Chemistry. West Sussex, England: John Wiley & Sons. 1994. 
  4. ^ أ ب ت Terry T. Xu, Jian-Guo Zheng, Alan W. Nicholls, Sasha Stankovich, Richard D. Piner, and Rodney S. Ruoff (2004). "Single-Crystal Calcium Hexaboride Nanowires: Synthesis and Characterization". Nano Lett. 4: 2051–2055.  Text " doi 10.1021/nl0486620" ignored (help)
  5. ^ Young, D.P et al. (1999). "High-temperature weak ferromagnetism in a low-density free-electron gas". Nature 397: 412–414. doi:10.1038/17081. 
  6. ^ J. Etourneau and P. Hagenmuller (1985). "Structure and physical features of the rare-earth borides". Phil. Mag. B 52: 589. doi:10.1080/13642818508240625. .
  7. ^ S. Souma et al. (2003). "Electronic Band Structure and Fermi Surface of CaB6 Studied by Angle-Resolved Photoemission Spectroscopy". Phys. Rev. Lett. 90: 027202. doi:10.1103/PhysRevLett.90.027202. 
  8. ^ Yahia,S.;Turrell, S.; Turrell, G.; Mercurio, J.P. (1990). "Infrared and Raman spectra of hexaborides: force-field calculations, and isotopic effects". J. Mol. Struct. 224: 303–312. doi:10.1016/0022-2860(90)87025-S. 
  9. ^ Matkovich, V. I. (1977). Boron and Refractory Borides. Berlin: Springer-Verlag. 
  10. ^ أ ب Wells, A.F. (1984). Structural Inorganic Chemistry. Oxford: Clarendon Press. صفحات 1055–1056. 
  11. ^ Zhongijie, L.; Smith, M.E.; Sowrey, F.E.; Newport, R.J. (2004). "Probing the local structural environment of calcium by natural-abundance solid-state 43Ca NMR". Physical Review B 69: 224107. doi:10.1103/PhysRevB.69.224107. 
  12. ^ أ ب S. Otani (1998). "Preparation of CaB6 crystals by the floating zone method". Journal of Crystal Growth 192: 346–349. doi:10.1016/S0022-0248(98)00444-8. 
  13. ^ Shi, L. et al. (2003). "Low Temperature Synthesis and Characterization of Cubic CaB6 Ultrafine Powders". Chem. Lett. 32: 958. doi:10.1246/cl.2003.958. 
  14. ^ Zhigang R. Li, Hong Meng (2006). Organic light-emitting materials and devices. CRC Press. صفحة 516. ISBN 157444574X.