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Boruros de itrio
12008-32-1
Identificadores
  • 12008-32-1 chequeY
Propiedades
YB 66 / YB 50 / YB 25 / YB 12 / YB 6 / YB 4
Masa molar153,77
AparienciaPolvo Gris-Negro, Metálico
Densidad2,52 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
Punto de fusion2.750-2.000 [1]  ° C (4.980-3.630 ° F; 3.020-2.270 K)
Insoluble
Estructura
cúbico, cP7
Pm 3 m, No. 221 [2]
a  = 0,41132 nm [2]
Riesgos
Ficha de datos de seguridadMSDS externa
NFPA 704 (diamante de fuego)
punto de inflamabilidadNo es inflamable
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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Referencias de Infobox

El boruro de itrio se refiere a un material cristalino compuesto de diferentes proporciones de itrio y boro , como YB 2 , YB 4 , YB 6 , YB 12 , YB 25 , YB 50 e YB 66 . Todos son sólidos duros de color gris que tienen altas temperaturas de fusión. La forma más común es el hexaboruro de itrio YB 6 . Presenta superconductividad a una temperatura relativamente alta de 8,4 K y, similar a LaB 6 , es un cátodo de electrones . Otro notable boruro de itrio es YB 66. Tiene una gran constante de celosía (2.344 nm), alta estabilidad térmica y mecánica y, por lo tanto, se utiliza como rejilla de difracción para la radiación de sincrotrón de baja energía (1–2 keV).

YB 2 (diboruro de itrio)

Estructura de YB 2

El diboruro de itrio tiene la misma estructura cristalina hexagonal que el diboruro de aluminio y el diboruro de magnesio , un importante material superconductor. Su símbolo de Pearson es hP3 , grupo espacial P6 / mmm (No 191), a = 0.33041 nm, c = 0.38465 nm y la densidad calculada es 5.05 g / cm 3 . [3] En esta estructura, los átomos de boro forman láminas de grafito con átomos de itrio entre ellos. Los cristales de YB 2 son inestables a un calentamiento moderado en el aire: comienzan a oxidarse a 400 ° C y se oxidan completamente a 800 ° C. [4] YB 2 se funde a ~ 2100 ° C. [5]

YB 4 (tetraboruro de itrio)

Estructura de YB 4

YB 4 tiene una estructura cristalina tetragonal con grupo espacial P4 / mbm (No. 127), símbolo de Pearson tP20 , a = 0,711 nm, c = 0,4019 nm, densidad calculada 4,32 g / cm 3 . [6] Los cristales YB 4 de alta calidad de pocos centímetros de tamaño pueden cultivarse mediante la técnica de zona flotante de múltiples pasadas . [7]

YB 6 (hexaboruro de itrio)

YB 6 es un polvo inodoro negro que tiene una densidad de 3,67 g / cm 3 ; tiene la misma estructura cristalina cúbica que otros hexaboruros ( CaB 6 , LaB 6 , etc., ver cuadro de información). [2] Los cristales de YB 6 de alta calidad de pocos centímetros de tamaño pueden cultivarse mediante la técnica de zona flotante de múltiples pasadas . [7] [8] YB 6 es un superconductor con una temperatura de transición relativamente alta (inicio) de 8,4 K. [8] [9]

YB 12 (dodecaboruro de itrio)

Los cristales de YB 12 tienen una estructura cúbica con una densidad de 3,44 g / cm 3 , símbolo de Pearson cF52 , grupo espacial Fm 3 m (No. 225), a = 0,7468 nm. [10] Su unidad estructural es 12 cuboctaedro . La temperatura de Debye de YB 12 es ~ 1040 K, y no es superconductora a temperaturas superiores a 2,5 K. [11]

YB 25

Estructura cristalina de YB 25 . Las esferas negras y verdes indican átomos Y y B, respectivamente. [12]

La estructura de los boruros de itrio con una relación B / Y de 25 y superior consiste en una red de icosaedros B 12 . El marco de boro de YB 25 es uno de los más simples entre los boruros basados ​​en icosaedros: consta de un solo tipo de icosaedros y un sitio de boro puente. El sitio de puente de boro está coordinado tetraédricamente por cuatro átomos de boro. Esos átomos son otro átomo de boro en el sitio del contrapuente y tres átomos de boro ecuatoriales de uno de los tres icosaedros B 12 . Los sitios de itrio tienen ocupaciones parciales de ca. 60-70%, y la fórmula YB 25 simplemente refleja la relación atómica promedio [B] / [Y] = 25. Tanto los átomos Y como los icosaedros B 12 forman zigzags a lo largo de la x-eje. Los átomos de boro puente conectan tres átomos de boro ecuatoriales de tres icosaedros y esos icosaedros forman una red paralela al plano cristalino (101) (plano x - z en la figura). La distancia de enlace entre el boro puente y los átomos de boro ecuatorial es de 0,1755 nm, que es típica del enlace BB covalente fuerte (longitud del enlace 0,17–0,18 nm); por tanto, los átomos de boro puente fortalecen los planos de la red individual . Por otro lado, la gran distancia entre los átomos de boro dentro del puente (0,2041 nm) revela una interacción más débil y, por lo tanto, los sitios de puente contribuyen poco al enlace entre los planos de la red. [12] [13]

Los cristales de YB 25 pueden cultivarse calentando un sedimento comprimido de itria (Y 2 O 3 ) y boro en polvo a ~ 1700 ° C. La fase YB 25 es estable hasta 1850 ° C. Por encima de esta temperatura se descompone en YB 12 e YB 66 sin fundirse. Esto dificulta el crecimiento de un solo cristal de YB 25 mediante el método de crecimiento en fusión. [12]

YB 50

Los cristales de YB 50 tienen estructura ortorrómbica con el grupo espacial P2 1 2 1 2 (No. 18), a = 1,66251 nm, b = 1,76198 nm, c = 0,94797 nm. Se pueden cultivar calentando un sedimento comprimido de itria (Y 2 O 3 ) y boro en polvo a ~ 1700 0 C. Por encima de esta temperatura, YB 50 se descompone en YB 12 e YB 66 sin fundirse. Esto dificulta el cultivo de un solo cristal de YB 50por el método de crecimiento en masa fundida. Los elementos de tierras raras de Tb a Lu también pueden cristalizar en la forma M 50 . [14]

YB 66

Dos monocristales de YB 66 cultivados mediante la técnica de la zona flotante utilizando semillas orientadas (100). En el cristal superior, la semilla (a la izquierda de la línea negra) tiene el mismo diámetro que el cristal. En el cristal inferior (en rodajas), la semilla es mucho más delgada y está a la derecha.
(a) Unidad de trece icosaedros (B 12 ) 12 B 12 (supericosaedro), y (b) Unidad de racimo B 80 de la estructura YB 66 . El enlace excesivo en el panel (b) se debe a que se supone que todos los sitios están ocupados, mientras que el número total de átomos de boro es solo 42. [15]
El marco de boro de YB 66 visto a lo largo del eje z . [dieciséis]
Izquierda: Estructura de boro dibujada esquemáticamente de YB 66 . Las esferas de color verde claro muestran los supericosaedros de boro y sus orientaciones relativas se indican con flechas. Las esferas de color verde oscuro corresponden a los racimos B 80 . Derecha: par de sitios Y (esferas rosadas) en YB 66 . Las esferas de color verde claro muestran el supericosaedro de boro y las esferas de color verde oscuro corresponden a los racimos B 80 . [15]

YB 66 fue descubierto en 1960 [17] y su estructura se resolvió en 1969. [16] La estructura es cúbica centrada en las caras , con grupo espacial Fm 3 c (No. 226), símbolo de Pearson cF1936 y constante de celosía a = 2,3440 ( 6) nm. Hay 13 sitios de boro B1-B13 y un sitio de itrio. Los sitios B1 forman un icosaedro B 12 y los sitios B2-B9 forman otro icosaedro. Estos icosaedros se organizan en una unidad de trece icosaedros (B 12 ) 12 B 12que se llama supericosaedro. El icosaedro formado por los átomos del sitio B1 se encuentra en el centro del supericosaedro. El supericosaedro es una de las unidades básicas del marco de boro de YB 66 . Hay dos tipos de supericosaedros: uno ocupa los centros de las caras cúbicas y otro, que gira 90 °, se ubica en el centro de la celda y en los bordes de la celda. Por lo tanto, hay ocho supericosaedros (1248 átomos de boro) en la celda unitaria. [15]

Otra unidad de estructura de YB 66 es el grupo B 80 de 80 sitios de boro formado por los sitios B10 a B13. [15] Todos esos 80 sitios están parcialmente ocupados y en total contienen solo ca. 42 átomos de boro. El grupo B 80 está ubicado en el centro del cuerpo del octante de la celda unitaria, es decir, en la posición 8 a (1/4, 1/4, 1/4); por lo tanto, hay ocho de estos grupos (336 átomos de boro) por celda unitaria. Dos análisis de estructura independientes [15] [16] llegaron a la misma conclusión de que el número total de átomos de boro en la celda unitaria es 1584. La estructura del marco de boro de YB 66se muestra en la figura de la derecha. Un dibujo esquemático debajo indica las orientaciones relativas del supericosaedro, y los grupos B 80 están representados por esferas de color verde claro y verde oscuro, respectivamente; en la superficie superior de la celda unitaria, las orientaciones relativas del supericosaedro se indican mediante flechas. Hay 48 sitios de itrio ((0.0563, 1/4, 1/4) para YB 62 [15] ) en la celda unitaria. Fijar la ocupación del sitio Y en 0,5 da como resultado 24 átomos Y en la celda unitaria y la composición química de YB 66 ; esta ocupación de 0,5 implica que el par de itrio siempre tiene un átomo de Y con un sitio vacío. [dieciséis]

YB 66 tiene una densidad de 2,52 g / cm 3 , baja conductividad térmica de 0,02 W / (cm · K), constantes elásticas c 11 = 3,8 × 10 9 yc 44 = 1,6 × 10 9 Newton / m 2 y temperatura Debye de 1300 K . [18] Como todos los boruros de itrio, YB 66 es un material duro y presenta una dureza Knoop de 26 GPa. [19] Los cristales de YB 66 de alta calidad de pocos centímetros de tamaño pueden cultivarse mediante la técnica de zona flotante de múltiples pasadas y utilizarse como monocromadores de rayos X. [20]

La celda unitaria grande de YB 66 da como resultado una constante de celosía grande de 2.344 nm. [18] Esta propiedad, junto con una alta estabilidad térmica y mecánica, dio como resultado la aplicación de YB 66 como elementos dispersivos de monocromadores de rayos X para radiación de baja energía (1-2 keV). [21] [22]

Ver también

  • Estructura cristalina de boruros metálicos ricos en boro

Referencias

  1. ^ Benenson, Walter; Harris, John W .; Stöcker, Horst; Lutz, Holger (13 de enero de 2006). Manual de Física . Springer Science & Business Media. pag. 785. ISBN 978-0-387-95269-7.
  2. ^ a b c Blum, P .; Bertaut, F. (1954). "Contribución à l'étude des borures à teneur élevée en bore". Acta Crystallographica . 7 : 81. doi : 10.1107 / S0365110X54000151 .
  3. ^ Rogl, P .; Klesnar, HP (1990). "Relaciones de fase en los sistemas ternarios de metales de tierras raras (RE) -boron-nitrógeno, donde RE = Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu, Sc e Y". Temperaturas altas - Presiones altas . 22 : 453–457.
  4. ^ Canción, Y; Zhang, Shuyu; Wu, Xing (2001). "Oxidación y calor electrónico específico de YB 2 ". Revista de aleaciones y compuestos . 322 : L14. doi : 10.1016 / S0925-8388 (01) 01213-0 .
  5. ^ Hein, Hiltrud; Koeppel, Claus; Vetter, Ursula; Warkentin, Eberhard (29 de junio de 2013). Sc, Y, La-Lu. Elementos de tierras raras: compuestos con boro . Springer Science & Business Media. pag. 130. ISBN 978-3-662-07503-6.
  6. ^ Lin, C; Zhou, LW; Jee, CS; Wallash, A .; Cuervo, JE (1987). "Efectos de la hibridación: la evolución del comportamiento no magnético al magnético en sistemas basados ​​en uranio". Revista de los metales menos comunes . 133 : 67. doi : 10.1016 / 0022-5088 (87) 90461-9 .
  7. ^ a b Otani, S; Korsukova, MM; Mitsuhashi, T .; Kieda, N. (2000). "Crecimiento de la zona flotante y dureza a alta temperatura de los monocristales YB 4 y YB 6 ". Diario de crecimiento cristalino . 217 (4): 378. Bibcode : 2000JCrGr.217..378O . doi : 10.1016 / S0022-0248 (00) 00513-3 .
  8. ↑ a b Fisk, Z .; Schmidt, PH; Longinotti, LD (1976). "Crecimiento de monocristales YB 6 ". Mater. Res. Bull . 11 (8): 1019. doi : 10.1016 / 0025-5408 (76) 90179-3 .
  9. ^ Szabó, Pavol; Kačmarčík, Jozef; Samuely, Peter; Girovský, Ján; Gabáni, Slavomir; Flachbart, Karol; Mori, Takao (2007). "Brecha de energía superconductora de YB 6 estudiado por espectroscopia de contacto puntual". Physica C . 460–462: 626. Código Bibliográfico : 2007PhyC..460..626S . doi : 10.1016 / j.physc.2007.04.135 .
  10. ^ Harima, H; Yanase, A .; Kasuya, T. (1985). "Estructura de bandas de energía de YB 12 y LuB 12 ". Revista de magnetismo y materiales magnéticos . 47–48: 567. Bibcode : 1985JMMM ... 47..567H . doi : 10.1016 / 0304-8853 (85) 90496-2 .
  11. ^ Czopnik, A; Shitsevalova, N; Pluzhnikov, V; Krivchikov, A; Paderno, Yu; Onuki, Y (2005). "Propiedades térmicas a baja temperatura de los dodecaboruros de itrio y lutecio". Revista de física: materia condensada . 17 (38): 5971. Código bibliográfico : 2005JPCM ... 17.5971C . doi : 10.1088 / 0953-8984 / 17/38/003 .
  12. ^ a b c Tanaka, T; Okada, S .; Yu, Y .; Ishizawa, Y. (1997). "Un nuevo boruro de itrio: YB25". Revista de química del estado sólido . 133 : 122. Código bibliográfico : 1997JSSCh.133..122T . doi : 10.1006 / jssc.1997.7328 .
  13. ^ Korsukova MM, Gurin VN, Kuz'ma Yu B, Chaban NF, Chikhrij SI, Moshchalkov VV, Braudt NB, Gippius AA, Nyan KK (1989). "Estructura cristalina, propiedades eléctricas y magnéticas de los nuevos compuestos ternarios LnAlB 4 ". Physica Status Solidi A . 114 : 265. Código Bibliográfico : 1989PSSAR.114..265K . doi : 10.1002 / pssa.2211140126 .
  14. ^ Tanaka, T; Okada, S; Ishizawa, Y (1994). "Un nuevo boruro superior de itrio: YB50". Revista de aleaciones y compuestos . 205 : 281. doi : 10.1016 / 0925-8388 (94) 90802-8 .
  15. ↑ a b c d e f Higashi I, Kobayashi K, Tanaka T, Ishizawa Y (1997). "Refinamiento de estructura de YB 62 y YB 56 de la estructura de tipo YB 66 ". J. Solid State Chem . 133 : 16. Código bibliográfico : 1997JSSCh.133 ... 16H . doi : 10.1006 / jssc.1997.7308 .
  16. ↑ a b c d Richards SM, Kasper JS (1969). "La estructura cristalina de YB 66 " (PDF) . Acta Crystallogr. B . 25 (2): 237. doi : 10.1107 / S056774086900207X .
  17. ^ Seybolt AU (1960). "Una exploración de aleaciones con alto contenido de boro". Trans. Soy. Soc. Metales . 52 : 971–989.
  18. ^ a b Oliver, D; Brower, G. (1971). "Crecimiento de monocristal YB 66 de la masa fundida ☆". Diario de crecimiento cristalino . 11 (3): 185. Código Bibliográfico : 1971JCrGr..11..185O . doi : 10.1016 / 0022-0248 (71) 90083-2 .
  19. ^ Schwetz, K .; Ettmayer, P .; Kieffer, R .; Lipp, A. (1972). "Über die Hektoboridphasen der Lanthaniden und Aktiniden". Revista de los metales menos comunes . 26 : 99. doi : 10.1016 / 0022-5088 (72) 90012-4 .
  20. ^ Tanaka, T; Otani, Shigeki; Ishizawa, Yoshio (1985). "Preparación de monocristales de YB 66 ". Diario de crecimiento cristalino . 73 : 31. Código Bibliográfico : 1985JCrGr..73 ... 31T . doi : 10.1016 / 0022-0248 (85) 90326-4 .
  21. ^ Karge, HG; Behrens, P y Weitkamp, ​​Jens (2004). Caracterización I: Ciencia y Tecnología . Saltador. pag. 463. ISBN 3-540-64335-4.
  22. ^ Wong, Joe; Tanaka, T .; Rowen, M .; Schäfers, F .; Müller, BR; Rek, ZU (1999). "YB 66 - un nuevo monocromador de rayos X suave para radiación de sincrotrón. II. Caracterización" . J. Synchrotron Rad . 6 (6): 1086. doi : 10.1107 / S0909049599009000 .