stringtranslate.com

Оксид лантана

Оксид лантана (III) , также известный как лантана , химическая формула La 2 O 3 , представляет собой неорганическое соединение , содержащее редкоземельный элемент лантан и кислород . Он используется в некоторых сегнетоэлектрических материалах, как компонент оптических материалов и является сырьем для некоторых катализаторов, среди прочего.

Характеристики

Порошок La2O3​​​

Оксид лантана — это белое твердое вещество, нерастворимое в воде, но растворяющееся в кислых растворах. La 2 O 3 поглощает влагу из воздуха, превращаясь в гидроксид лантана. [2] Оксид лантана обладает полупроводниковыми свойствами p-типа и шириной запрещенной зоны приблизительно 5,8 эВ. [3] Его среднее удельное сопротивление при комнатной температуре составляет 10 кОм·см, которое уменьшается с повышением температуры. La 2 O 3 имеет самую низкую энергию решетки среди оксидов редкоземельных металлов с очень высокой диэлектрической проницаемостью ε = 27.

Структура

При низких температурах La 2 O 3 имеет гексагональную кристаллическую структуру A- M 2 O 3. Атомы металла La 3+ окружены 7-координационной группой атомов O 2− , ионы кислорода находятся в октаэдрической форме вокруг атома металла, и над одной из октаэдрических граней находится один ион кислорода. [4] С другой стороны, при высоких температурах оксид лантана преобразуется в кубическую кристаллическую структуру C- M 2 O 3. Ион La 3+ окружен шестью ионами O 2− в гексагональной конфигурации. [5] [6]

Синтез

Оксид лантана может кристаллизоваться по крайней мере в трех полиморфных модификациях . [2]

Гексагональный La 2 O 3 был получен методом распылительного пиролиза хлорида лантана. [7]

2 LaCl 3 + 3 H 2 O → La(OH) 3 + 3 HCl
2 La(OH) 3 → La 2 O 3 + 3 H 2 O

Альтернативный путь получения гексагонального La 2 O 3 включает осаждение номинального La(OH) 3 из водного раствора с использованием комбинации 2,5% NH 3 и поверхностно-активного вещества додецилсульфата натрия с последующим нагреванием и перемешиванием в течение 24 часов при 80 °C:

2 LaCl3 + 3 H2O + 3 NH3 → La(OH) 3 + 3 [NH4 ] Cl

Другие маршруты включают:

2 La 2 S 3 + 3 CO 2 → 2 La 2 O 3 + 3 CS 2

Реакции

Оксид лантана используется в качестве добавки для разработки некоторых сегнетоэлектрических материалов, таких как титанат висмута, легированный La ( Bi 4 Ti 3 O 12 - BLT). Оксид лантана используется в оптических материалах; часто оптические стекла легируются La 2 O 3 для улучшения показателя преломления стекла, химической стойкости и механической прочности. [8]

3 B 2 O 3 + La 2 O 3 → 2 La(BO 2 ) 3 [ требуется разъяснение ]

Добавление La 2 O 3 в расплав стекла приводит к повышению температуры стеклования с 658 °C до 679 °C. Добавление также приводит к повышению плотности, микротвердости и показателя преломления стекла.

Потенциальные приложения

Оксид лантана наиболее полезен в качестве предшественника других соединений лантана. [9] Ни оксид, ни какой-либо из полученных материалов не имеет существенной коммерческой ценности, в отличие от некоторых других лантаноидов. Во многих отчетах описываются попытки практического применения La 2 O 3 , как описано ниже.

La2O3​​​образует стекла с высокой плотностью, показателем преломления и твердостью. Вместе с оксидами вольфрама , тантала и тория La 2 O 3 улучшает устойчивость стекла к воздействию щелочей. La 2 O 3 входит в состав некоторых пьезоэлектрических и термоэлектрических материалов.

La 2 O 3 был исследован на предмет окислительной связи метана . [10]

Ссылки

  1. ^ abcd "Оксид лантана". American Elements . Получено 26 октября 2018 г.
  2. ^ ab Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  3. ^ Шан, Г.; Пикок, П. В.; Робертсон, Дж. (2004). «Устойчивость и смещение полос азотированных оксидов с высокой диэлектрической проницаемостью затвора». Applied Physics Letters . 84 (1): 106–108. Bibcode : 2004ApPhL..84..106S. doi : 10.1063/1.1638896.
  4. ^ Уэллс, А. Ф. (1984). Структурная неорганическая химия . Оксфорд: Clarendon Press. С. 546.
  5. ^ Wyckoff, RWG (1963). Кристаллические структуры: неорганические соединения RXn, RnMX2, RnMX3 . Нью-Йорк: Interscience Publishers.
  6. ^ Адачи, Гин-я; Иманака, Нобухито (1998). «Двоичные оксиды редкоземельных элементов». Chemical Reviews . 98 (4): 1479–1514. doi :10.1021/cr940055h. PMID  11848940.
  7. ^ Kale, SS; Jadhav, KR; Patil, PS; Gujar, TP; Lokhande, CD (2005). «Характеристики тонких пленок оксида лантана (La2O3), нанесенных распылением». Materials Letters . 59 (24–25): 3007–3009. doi :10.1016/j.matlet.2005.02.091.
  8. ^ Виноградова, НН; Дмитрук, ЛН; Петрова, ОБ (2004). «Стеклопереход и кристаллизация стекол на основе редкоземельных боратов». Физика и химия стекла . 30 : 1–5. doi :10.1023/B:GPAC.0000016391.83527.44. S2CID  94177915.
  9. ^ "Лантанум также нашел скромное применение". Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . стр. 946. ISBN 978-0-08-037941-8.
  10. ^ Манойлова, О.В. и др. (2004). «Кислотность и основность поверхности La2O3, LaOCl и LaCl3, охарактеризованные с помощью ИК-спектроскопии, TPD и расчетов DFT». J. Phys. Chem. B . 108 (40): 15770–15781. doi :10.1021/jp040311m.