stringtranslate.com

Свинец(II) йодид

Иодид свинца(II) (или иодид свинца ) — химическое соединение с формулой PbI
2. При комнатной температуре это ярко-желтое кристаллическое вещество без запаха, которое при нагревании становится оранжевым и красным. [11] Раньше его называли иодидом свинца .

В настоящее время это соединение имеет несколько специализированных применений, таких как производство солнечных батарей , [12] детекторов рентгеновского и гамма-излучения . [13] Его приготовление является развлекательной и популярной демонстрацией в химическом образовании, для обучения таким темам, как реакции осаждения и стехиометрия . [14] Он разлагается под действием света при температурах выше 125 °C (257 °F), и этот эффект был использован в запатентованном фотографическом процессе. [4] [15]

Иодид свинца ранее использовался как желтый пигмент в некоторых красках под названием йодистый желтый . Однако, это использование было в значительной степени прекращено из-за его токсичности и плохой стабильности. [16]

Подготовка

PbI
2обычно синтезируется посредством реакции осаждения между иодидом калия KI и нитратом свинца (II) Pb ( NO
3) 2 в водном растворе:

Pb(NO3 ) 2 + 2KI → PbI2 + 2KNO3

В то время как нитрат калия KNO
3растворим, иодид свинца PbI
2практически нерастворим при комнатной температуре и поэтому выпадает в осадок. [17]

Вместо этого можно использовать другие растворимые соединения, содержащие свинец(II) и йодид, например, ацетат свинца(II) [12] и йодид натрия .

Соединение также можно синтезировать путем реакции паров йода с расплавленным свинцом при температуре от 500 до 700 °C. [18]

Тонкая пленка PbI
2можно также приготовить, нанеся пленку сульфида свинца PbS и подвергнув ее воздействию паров йода, по реакции

PbS + I2 → PbI2 + S

Затем серу промывают диметилсульфоксидом . [19 ]

Кристаллизация

Иодид свинца, полученный из холодных растворов, обычно состоит из множества мелких гексагональных пластинок, что придает желтому осадку шелковистый вид. Более крупные кристаллы можно получить, используя тот факт, что растворимость иодида свинца в воде (как и растворимость хлорида и бромида свинца ) резко увеличивается с температурой. Соединение бесцветно при растворении в горячей воде, но кристаллизуется при охлаждении в виде тонких, но заметно более крупных ярко-желтых хлопьев, которые медленно оседают в жидкости — визуальный эффект, часто описываемый как «золотой дождь». [ 20] Более крупные кристаллы можно получить путем автоклавирования PbI
2с водой под давлением при температуре 200 °C. [21]

Еще более крупные кристаллы можно получить, замедлив обычную реакцию. Простая установка заключается в погружении двух стаканов с концентрированными реагентами в большую емкость с водой, при этом следует избегать течений. По мере того, как два вещества диффундируют через воду и встречаются, они медленно реагируют и осаждают йодид в пространстве между стаканами. [22]

Другой похожий метод заключается в реакции двух веществ в гелевой среде, которая замедляет диффузию и поддерживает растущий кристалл вдали от стенок контейнера. Патель и Рао использовали этот метод для выращивания кристаллов диаметром до 30 мм и толщиной 2 мм. [23]

Реакцию можно замедлить также, разделив два реагента проницаемой мембраной. Этот подход с целлюлозной мембраной был использован в сентябре 1988 года для изучения роста PbI
2кристаллы в условиях невесомости в ходе эксперимента, проведенного на космическом челноке Discovery . [24]

PbI
2также может быть кристаллизован из порошка путем сублимации при 390 °C, в условиях, близких к вакууму [25] или в токе аргона с некоторым количеством водорода . [26]

Крупные кристаллы высокой чистоты могут быть получены методом зонной плавки или методом Бриджмена-Стокбаргера . [18] [25] Эти процессы позволяют удалять различные примеси из коммерческого PbI.
2. [27]

Приложения

Иодид свинца является исходным материалом при изготовлении высокоэффективных перовскитных солнечных элементов . Обычно раствор PbI
2в органическом растворителе, таком как диметилформамид или диметилсульфоксид, наносится на слой диоксида титана методом центрифугирования . Затем слой обрабатывается раствором метиламмоний иодида CH
3Нью-Гэмпшир
3Я и отжигаю , превращая его в двойную соль метиламмония свинца иодида CH
3Нью-Гэмпшир
3PbI
3, со структурой перовскита . Реакция меняет цвет пленки с желтого на светло-коричневый. [12]

PbI
2также используется как детектор высокоэнергетических фотонов для гамма- и рентгеновских лучей, благодаря своей широкой запрещенной зоне, что обеспечивает низкий уровень шума. [4] [13] [25]

Иодид свинца ранее использовался в качестве пигмента для краски под названием «йодистый желтый». Он был описан Проспером Мериме (1830) как «еще мало известный в торговле, такой же яркий, как аурипигмент или хромат свинца . Он считается более постоянным; но только время может доказать его претензию на столь важное качество. Он готовится путем осаждения раствора ацетата или нитрата свинца с иодидом калия: нитрат дает более яркий желтый цвет». [16] Однако из-за токсичности и нестабильности соединения он больше не используется как таковой. [16] Он все еще может использоваться в искусстве для бронзирования и в мозаичных плитках под золото . [4]

Стабильность

Распространенные методы исследования материалов, такие как электронная микроскопия, могут повредить образцы йодида свинца (II). [28] Тонкие пленки йодида свинца (II) нестабильны в окружающем воздухе. [29] Кислород окружающего воздуха окисляет йодид до элементарного йода :

2PbI2 + O2 → 2PbO + 2I2 ↑

Токсичность

Иодид свинца очень токсичен для здоровья человека. Проглатывание вызовет множество острых и хронических последствий, характерных для отравления свинцом . [30] Было обнаружено, что иодид свинца является канцерогеном для животных, что позволяет предположить, что то же самое может быть справедливо и для людей. [31] Иодид свинца опасен при вдыхании, и при работе с порошками иодида свинца следует использовать соответствующие респираторы.

Структура

Структура PbI
2, как определено с помощью рентгеновской порошковой дифракции , в первую очередь представляет собой гексагональную плотноупакованную систему с чередующимися слоями атомов свинца и атомов иодида, с преимущественно ионной связью. Слабые ван-дер-ваальсовы взаимодействия наблюдались между слоями свинца и иодида. [13] Наиболее распространенными формами укладки являются 2H и 4H. Полиморф 4H наиболее распространен в образцах, выращенных из расплава, осаждением или сублимацией, тогда как полиморф 2H обычно образуется путем золь-гель синтеза. [9] Твердое тело также может принимать ромбоэдрическую структуру R6. [32]

  • Иодид свинца(II) выпадает в осадок при смешивании растворов иодида калия и нитрата свинца(II)
    Иодид свинца(II) выпадает в осадок при смешивании растворов иодида калия и нитрата свинца(II)
  • Эксперимент «золотой дождь», в котором иодид свинца(II) перекристаллизовывался из горячего раствора путем охлаждения, образуя кристаллы золотисто-желтого цвета.
    Эксперимент «золотой дождь», в котором иодид свинца(II) перекристаллизовывался из горячего раствора путем охлаждения, образуя кристаллы золотисто-желтого цвета.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abcde Хейнс (2016), с. 4.69.
  2. ^ Clever, HL; Johnston, FJ (1980). «Растворимость некоторых умеренно растворимых солей свинца: оценка растворимости в воде и водном растворе электролита» (PDF) . J. Phys. Chem . Ref. Data (обзор данных NIST). 9 (3): 751–784. Bibcode :1980JPCRD...9..751C. doi :10.1063/1.555628. Архивировано из оригинала (PDF) 2014-02-11 . Получено 2017-07-13 .
  3. ^ Хейнс (2016), стр. 5.171.
  4. ^ abcd Патнаик, П. (2002). Справочник по неорганическим химикатам . McGraw-Hill. ISBN 978-0070494398.
  5. ^ Уэст, Филип В.; Карлтон, Джек К. (1952). «Извлечение иодида свинца метилизопропилкетоном». Analytica Chimica Acta . 6 : 406–411. doi :10.1016/S0003-2670(00)86967-6.
  6. ^ Ахуджа, Р.; Арвин, Х.; Феррейра да Силва, А.; Перссон, К.; Осорио-Гильен, Ж.М.; Соуза Де Алмейда, Дж.; Мойсес Араужо, К.; Веже, Э.; Вейсид, Н.; Ан, CY; Пепе, И.; Йоханссон, Б. (2002). «Электронные и оптические свойства йодида свинца». Журнал прикладной физики . 92 (12): 7219–7224. Бибкод : 2002JAP....92.7219A. дои : 10.1063/1.1523145. hdl : 10495/11556 . S2CID  29398039.
  7. ^ Чжун, Мяньцзэн; Чжан, Шуай; Хуанг, Ле; Ты, Цзинби; Вэй, Чжунмин; Лю, Синьфэн; Ли, Цзинбо (2017). «Крупномасштабные 2D-монослои PbI 2 : экспериментальная реализация и их косвенные свойства, связанные с запрещенной зоной». Наномасштаб . 9 (11): 3736–3741. дои : 10.1039/c6nr07924e. ПМИД  28102404.
  8. ^ Хейнс (2016), стр. 4.128.
  9. ^ ab Brixner, LH; Chen, H.-Y.; Foris, CM (1981). "Рентгеновское исследование систем PbCl 2−x I x и PbBr 2−x I x ". Журнал химии твердого тела . 40 (3): 336–343. Bibcode :1981JSSCh..40..336B. doi :10.1016/0022-4596(81)90400-X.
  10. ^ Хейнс (2016), стр. 5.24.
  11. ^ "Каталог Sigma-Aldrich: Свинец(II) йодид 99%". www.sigmaaldrich.com . Получено 29.04.2016 .
  12. ^ abc Dhiaputra, I.; Permana, B.; Maulana, Y.; Dwi Inayatie, Y.; Purba, YR; Bahtiar, A. (2016). Состав и кристаллическая структура пленок перовскита, полученных из электродов использованного автомобильного аккумулятора . 2-й Международный физический симпозиум Паджаджаран 2015 г. (PIPS-2015). Том 1712. Джатинангор, Индонезия. doi : 10.1063/1.4941896 .
  13. ^ abc Shah, KS; Olschner, F.; Moy, LP; Bennett, P.; Misra, M.; Zhang, J.; Squillante, MR; Lund, JC (1996). "Системы обнаружения рентгеновского излучения на основе йодида свинца". Ядерные приборы и методы в исследованиях физики. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . Труды 9-го Международного семинара по полупроводниковым детекторам рентгеновского и гамма-излучения при комнатной температуре, сопутствующей электронике и приложениям. 380 (1–2): 266–270. Bibcode : 1996NIMPA.380..266S. doi : 10.1016/S0168-9002(96)00346-4.
  14. ^ Энтони, Сет (2014). I. Когнитивные и учебные факторы, связанные с разработкой студентами персональных моделей химических систем в общей химической лаборатории. [...] (Диссертация). Университет штата Колорадо. hdl :10217/82503.
  15. ↑ US 3764368, Jacobs, J. & Corrigan, R., «Плёнка с йодидом свинца», опубликовано 9 октября 1973 г. 
  16. ^ abc Исто, Н.; Уолш, В.; Чаплин, Т.; Сиддолл, Р. (2004). The Pigment Compendium: a Dictionary of Historical Pigments . Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0750657495.
  17. ^ Ахмад, С.; Пракаш, Г. В. (2012). «Изготовление экситонных люминесцентных неорганических‑органических гибридных нано- и микрокристаллов». Международная конференция по волоконной оптике и фотонике . OSA : MPo.40. doi :10.1364/photonics.2012.mpo.40.
  18. ^ ab Matuchova, M.; Zdansky, K.; Zavadil, J.; Danilewsky, A.; Riesz, F.; Hassan, MAS; Alexiew, D.; Kral, R. (2009). "Изучение влияния редкоземельных элементов на свойства иодида свинца". Journal of Crystal Growth . 311 (14): 3557–3562. Bibcode :2009JCrGr.311.3557M. doi :10.1016/j.jcrysgro.2009.04.043.
  19. ^ Чаудхури, ТК; Ачарья, ХН (1982). «Получение пленок йодида свинца путем йодирования химически осажденных пленок сульфида свинца». Materials Research Bulletin . 17 (3): 279–286. doi :10.1016/0025-5408(82)90074-5.
  20. ^ Флеминг, Деклан (6 января 2015 г.). «Золотой дождь». Образование в области химии . 52 (1): 10.
  21. ^ Чжу, Синхуа; Ванъян, Пейхуа; Сунь, Хуэй; Ян, Динъюй; Гао, Сюин; Тиан, Хайбо (2016). «Простой рост и определение характеристик отдельно стоящей монокристаллической пленки PbI 2 ». Материалы писем . 180 : 59–62. doi :10.1016/j.matlet.2016.05.101.
  22. ^ Фернелиус, В. Конард; Детлинг, Кеннет Д. (1934). «Приготовление кристаллов труднорастворимых солей». Журнал химического образования . 11 (3): 176. Bibcode :1934JChEd..11..176F. doi :10.1021/ed011p176..
  23. ^ Патель, AR; Рао, А. Венкатешвара (1980). «Улучшенная конструкция для выращивания более крупных и более совершенных монокристаллов в гелях». Журнал роста кристаллов . 49 (3): 589–590. Bibcode : 1980JCrGr..49..589P. doi : 10.1016/0022-0248(80)90134-7.
  24. ^ Scaife, CWJ; Cavoli, SR; Blanton, TN; Morse, MD; Sever, BR; Willis, WS; Suib, SL (1990). «Синтез и характеристика иодида свинца(II), выращенного в космосе». Химия материалов . 2 (6): 777–780. doi :10.1021/cm00012a034.
  25. ^ abc Fornaro, L.; Saucedo, E.; Mussio, L.; Yerman, L.; Ma, X.; Burger, A. (2001). "Осаждение и характеристика пленки йодида свинца". Ядерные приборы и методы в физических исследованиях. Раздел A: Ускорители, спектрометры, детекторы и сопутствующее оборудование . 458 (1–2): 406–412. Bibcode : 2001NIMPA.458..406F. doi : 10.1016/S0168-9002(00)00933-5.
  26. ^ Лю, X.; Ха, ST; Чжан, Qing; де ла Мата, M.; Маген, C.; Арбиол, J.; Сум, TC; Сюн, Q. (2015). «Лазерная генерация в режиме шепчущей галереи из слоистых кристаллов йодида свинца гексагональной формы». ACS Nano . 9 (1): 687–695. doi :10.1021/nn5061207. hdl : 10220/38493 . PMID  25562110.
  27. ^ Tonn, J.; Matuchova, M.; Danilewsky, AN; Cröll, A. (2015). «Удаление оксидных примесей для роста монокристаллов иодида свинца высокой чистоты». Journal of Crystal Growth . 416 : 82–89. Bibcode : 2015JCrGr.416...82T. doi : 10.1016/j.jcrysgro.2015.01.024.
  28. ↑ Forty, AJ (август 1960 г.). «Наблюдения за разложением кристаллов иодида свинца в электронном микроскопе». Philosophical Magazine . 5 (56): 787–797. Bibcode : 1960PMag....5..787F. doi : 10.1080/14786436008241217.
  29. ^ Попов, Георгий; Маттинен, Миика; Хатанпяя, Тимо; Вехкамяки, Марко; Кемелл, Марианна; Мизохата, Кенитиро; Райсанен, Юрки; Ритала, Микко; Лескеля, Маркку (12 февраля 2019 г.). «Атомно-слоевое осаждение тонких пленок PbI2». Химия материалов . 31 (3): 1101–1109. doi : 10.1021/acs.chemmater.8b04969 .
  30. ^ Флора, Г.; Гупта, Д.; Тивари, А. (2012). «Токсичность свинца: обзор с последними обновлениями». Междисциплинарная токсикология . 5 (2): 47–58. doi :10.2478/v10102-012-0009-2. PMC 3485653. PMID  23118587 . 
  31. ^ "Подробности категории Haz-Map". hazmap.nlm.nih.gov . Получено 29.04.2016 .
  32. ^ Sears, WM; Klein, ML; Morrison, JA (1979). "Политипизм и колебательные свойства I 2 ". Physical Review B . 19 (4): 2305–2313. Bibcode :1979PhRvB..19.2305S. doi :10.1103/PhysRevB.19.2305. hdl : 11375/12129 .

Цитируемые источники

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Иодид свинца(II) .