Файл: Синтез и свойства соединений ниобия, тантала и титана..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 143
Скачиваний: 0
вляется |
электропроводность |
в об |
ласти |
25—350° С. При |
350° С |
начинается резкое увеличение ее,
связанное с я ->• я*- и |
я |
сі -»• |
-> (3d — Згі)*-переходами, |
посколь |
ку свободные ЗоГ-орбиты ТіПІ спо собствуют этому процессу. От носительно большая ширина сиг нала ЭПР (см. табл. 93) и зна чительное отклонение g-фактора от 2 указывает на «мобильность» Sd-электрона в TiTaO.Jt что свя зано с отсутствием электронов на
локализованных |
орбитах |
ТіІП |
|
||||
(кроме рассматриваемого). Очевид |
|
||||||
но, с понижением температуры |
|
||||||
мобильность этого электрона долж |
|
||||||
на |
понизиться |
и электропровод |
|
||||
ность при температуре азота, по- |
|
||||||
видимому, будет очень малой, а |
Рис. 138. Схема молекулярных |
||||||
значение |
g-фактора |
приблизится |
|||||
к 2. |
|
|
|
|
|
орбиталей в случае октаэдри |
|
|
В случае ѴТа04 относитель |
ческого окружения иона пере |
|||||
ная |
ходного металла ионами кисло |
||||||
вероятность |
перехода |
d —>я* |
рода. |
||||
понижается, |
а |
d -s- (3d — 3d) воз |
|
||||
растает |
вследствие |
увеличения |
|
||||
эффективного |
заряда |
ядра |
ванадия. |
Наложение этих противопо |
ложных эффектов приводит к повышенной электропроводности ѴТа04 по сравнению с ТіТа04 в интервале 25—350° С. Одновре
менно появление при увеличении температуры ионов Vй (термо динамически более устойчивого при высоких температурах), имеющих стабильную электронную структуру і3, препятствует резкому возрастанию электропроводности. Наконец, и вероятность переходов я d, я* также падает из-за увеличения энергетиче ского интервала между я- и я*-орбиталями. Поэтому в ѴТа04 при высоких температурах наблюдается относительно низкая элек тропроводность. Большое отличие g -фактора от 2 и значительная ширина сигнала ЭПР дают возможность утверждать, что в ѴТа04 электропроводность осуществляется в основном через переходы d -> (3d — 3d)*.
Для СгТа04 наличие трех электронов иона Сг1П, локализован ных на 3d-op6iiTax, приводит к устойчивой конфигурации t3 и вероятность d -> (3d — Згі)-перехода (из-за сильного межэлектрон ного отталкивания) резко падает, а значит, локализация 3d- элек тронов повышается, что подтверждается значением g-фактора, близким 2, и значением магнитного момента, близким к чисто спиновому в ортотанталате хрома. Поэтому в силу того, что
20 Заказ № 144 |
285 |
вероятность перехода d -> я* остается незначительной, то и элек тропроводность СгТа04 мала в области 25—400° С. Начиная с 400° С вероятность этого перехода резко возрастает и электропровод
ность |
растет. |
|
|
Для |
FeTa04 |
увеличение числа локализованных электронов |
|
до 5 |
у |
ионов Fe |
значительно усиливает внутреннее электромаг |
нитное поле. Поэтому небольшие искажения решетки и появление новых фаз, а также примесные ноны должны существенно влиять на электрические и магнитные свойства. Более сильная зависи мость электропроводности от температуры для FeTa04 объясня
ется увеличением абсолютной |
вероятности перехода |
d —> я* и |
d ( 3 d ~ 3 d ) * . Появление Fe11 |
(термодинамически более |
устойчи |
вого, чем Fe111 при высоких температурах) с повышением темпе ратуры препятствует возрастанию электропроводности, ввиду об разования устойчивой электронной конфигурации f \ Большое от клонение магнитного момента от чисто спинового значения, оче
видно, связано с присутствием Fe11, а близость значения g-фак тора к 2 подтверждает высокую степень локализации (/-электро
нов |
в Fe1", а также наиболее вероятный механизм осуществле |
|||||||||||||||||
ния электропроводности. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
Л И Т Е Р А Т У Р А |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
1. |
Е. |
И. |
Крылов, |
В. |
А. |
Са ма р ин а , |
А. |
К. |
Штольц. |
Докл. |
АН |
|||||||
2. |
СССР, 1960, 130, 556. |
|
|
|
|
Ж. общ. |
|
хим.,1954, |
24, |
1921. |
||||||||
Е. |
И. |
Крылов, Ю. |
И. А л е к с е е в . |
|
||||||||||||||
3. |
Е. |
И. |
Крылов , А. М. |
А н а н ь и н а . |
Ж. неорг. |
хим., 1958, |
3, |
1727. |
||||||||||
4. |
Е. |
И. |
Крылов . Там же, 1487. |
|
|
|
|
Tantalum and Niobium. Lon |
||||||||||
5. |
\Ѵ. |
R. |
S c h e e l e r . |
Analitical chemistry о! |
||||||||||||||
6. |
don, |
1937. |
|
|
|
1889, |
109, |
935. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
L. |
G. |
Gouy. С. г., |
|
|
188. |
|
|
|
|
|||||||||
7. |
A. |
Lars son. Z. anorg. Chem., |
1896, 12, |
1168. |
|
|
||||||||||||
8. |
E. |
J. |
P e l ten. |
J. Inorg. Nucl. |
Chem., |
1967, 39, |
|
|
||||||||||
9. |
G. |
B l a s s e . |
Там же, |
1964, |
26, |
1191. |
|
|
1943, |
17A, 15, S. |
|
|
||||||
10. |
К. |
Br a ndt . |
Arkiv. Kemi. Mineralod. GeoL, |
|
|
|||||||||||||
11. |
H. |
J. |
G o l d s c h m i d t . |
Metallurgia, |
1960, |
62, 241. |
|
|
||||||||||
12. |
G. |
Ke l l e r . |
Z. anorg. allgem. Chem., 1962, |
318, |
89. |
|
|
|||||||||||
13. |
Г. |
В. |
Б аз у ев, |
E. |
|
И. |
Крылов. |
Неорг. |
мат-лы, 1968, 4, 1817. |
|
||||||||
14. |
J. |
Н. |
S t u r d i v a n t . |
Z. Kristallorg., 1930, |
75, 88. |
|
|
|||||||||||
15. |
В. |
N. |
F i g g i s . |
Nature, |
1958, 182, 1568. |
|
Л е н и н с к и х . |
Докл. |
АН |
|||||||||
16. |
А. |
И. |
M a H а к о в, |
О. |
А. |
Есин, |
Б. |
М. |
||||||||||
17. |
СССР, 1962, 142, 5. |
|
А. |
Есин, |
Б. |
М. |
Ле п и неких . |
Ж. иеорг, |
||||||||||
А. |
И. |
Ма на ко в , |
О. |
|||||||||||||||
18. |
Г. |
хим., 1962, 7, 2220. |
И. |
Крылов. |
Неорг. |
мат-лы, 1969, 5, 5, 972. |
||||||||||||
В. |
Б а зу ев, |
Е. |
|
|||||||||||||||
19. |
G. |
Bayer . |
Вег. |
Dt, |
Chem. Ges., 1962, |
39, |
535. |
|
1047. |
|
|
|||||||
20. |
F. |
J. |
Mori n . |
Bell. Syst. |
Techn. j., |
1958, |
37, 4, |
|
|
|
||||||||
21. |
A. |
Jo ly . Ann. Ecole. Norm., 1877, |
6, |
125. |
Вести. МГУ, 1957, 2, 199. |
|||||||||||||
22. |
А. |
В. |
Лапицки / і , |
|
Б. |
Д. |
Не б ыл и цы и. |
|||||||||||
23. |
Е. |
И. |
Крылов, Г. |
В. |
Б а з у е в, |
В. |
П. |
|
Хан. |
Неорг. мат-лы, |
1969, |
5, И, 2029.
286
24. |
Г. |
А. |
С м о л е н с к и й , |
А. |
И. |
А г р а н о в с к а я . |
Докл. |
АН |
СССР |
||||||||||||||
25. |
Г. |
1954, |
97, |
237. |
|
|
А. |
И. А г р а н о в с к а я , |
В. |
А. |
И су по в. |
||||||||||||
А. |
С м о л е н с к и й , |
||||||||||||||||||||||
26. |
Докл. АН СССР, 1956, 108, 23. |
|
|
|
|
|
|
|
О. |
Г. По т е х и н , |
|||||||||||||
Е. |
И. |
Крылов, Ф. А. |
Р о ж д е с т в е н с к и й , |
|
|||||||||||||||||||
27. |
|
В. К. |
С о л о м е н н и к о в . |
Неорг. мат-лы, |
1968, 4, 3, |
477. |
|
В. |
Мора- |
||||||||||||||
Анализ |
минерального сырья. |
Под |
ред. |
Ю. |
Н. |
Книповмч н Ю. |
|||||||||||||||||
28. |
К. |
чевского. Л., Госхимиздат, 1956. |
|
телах и на их поверхности. |
М., ИЛ, |
||||||||||||||||||
Ха у ффе . |
Реакции |
в |
твердых |
||||||||||||||||||||
29. |
Г. |
1963. |
|
|
|
О метаниобатах и |
метатанталатах переходных металлов |
||||||||||||||||
В. |
Б аз у ев. |
||||||||||||||||||||||
|
Згі-ряда |
(Автореф. канд. днсс.). |
Свердловск, |
1969 (Урал, |
|
политехи, |
|||||||||||||||||
30. |
В. |
ин-т). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Я. |
П о л ь щ и к о в а. |
Вести. |
|||||||
К. |
Трунов , Л. М. Ковба, 3. |
||||||||||||||||||||||
31. |
|
МГУ, 1966, 1, 89. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Под ред. |
Г. |
Брауе- |
|||||||
Руководство по препаративной неорганической химии. |
|||||||||||||||||||||||
32. |
А. |
ра. М., |
ИЛ, |
1956. |
|
|
|
|
|
М., |
Изд-во АН СССР, 1954. |
|
|||||||||||
С. |
Бо н д а р е в . Шкала цветов. |
|
|||||||||||||||||||||
33. |
Н. |
Н. |
Т и х о м и р о в а , |
|
В. |
В. |
В о е в о д с к и й . |
Оптика и спектроско |
|||||||||||||||
34. |
пия, 1959, 7, 829. |
Se i wood. |
J. |
Amer. |
Chem. Soc., |
|
1956, 76, |
||||||||||||||||
S. |
F. |
Adl e r , |
|
Р. W. |
|
||||||||||||||||||
35. |
346. |
Крылов. Ж. неорг. |
хим.. |
1956, 1, |
366. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
E. |
И. |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
36. |
А. |
И. |
Г ло з ма н . Пьезокерамнческие материалы в электронной технике. |
||||||||||||||||||||
37. |
Н. |
М.-Л., «Энергия», 1965. |
|
Н. |
В. |
К а л ь ме н с , |
М. |
С. |
Не й ма н |
||||||||||||||
П. |
|
Б о г о р о д и ц к и й , |
|||||||||||||||||||||
|
|
и др. Радиокерамика. Под ред. Н. П. |
Богородицкого, В. В. |
Пасынкова. |
|||||||||||||||||||
38. |
Al. — Л., |
Энергоиздат, |
1963. |
|
|
|
А. |
И. К у р н о с о в . |
|
Производ |
|||||||||||||
В. |
А. |
Бру к , |
|
В. В. |
Го р ше н и н , |
|
|||||||||||||||||
39. |
ство полупроводниковых приборов. М., Профтехиздат, 1963. |
|
|
«Мир», |
|||||||||||||||||||
ф. |
Иона, Д. Шираке . Сегнетоэлектрическне |
кристаллы. М., |
|||||||||||||||||||||
40. |
1965. |
|
|
|
С. Н. |
|
Tower . |
|
Phys. Rev., 1930, |
35, |
269, |
1. |
|
||||||||||
S. |
В. |
S o wue r , |
|
|
|
||||||||||||||||||
41. |
И. |
В. |
К у р ч а т о в . Сегнетоэлектрики. |
М.-Л., Гостехнздат, 1933. |
|
||||||||||||||||||
42. |
Сегнетоэлектрики. Сборник Науч.-исслед. фпз.-матем. ин-та. |
Изд-во Ро |
|||||||||||||||||||||
43. |
стов. ун-та, 1961. |
|
Ше в е р д и н . |
Ж. |
техн. |
фнз., 1956, |
27, 7, |
||||||||||||||||
М. |
Е. |
К осман, А. Н. |
|||||||||||||||||||||
44. |
|
1443. |
|
|
|
по магнитным |
свойствам металлов и сплавов. |
Кливленд, |
|||||||||||||||
Труды |
семинара |
||||||||||||||||||||||
45. |
25—26 окт. 1958 г. Под ред. С. В. Вонсовского. М., ИЛ, 1961. |
|
|||||||||||||||||||||
М. |
Foë x, |
J. L o r i e n s . |
С. г., |
1948, |
226, |
901. |
1965, 4, |
1200. |
|
|
|||||||||||||
46. |
J. |
В. |
G o o d e n o u g h . |
Bull. Soc. Chim. |
France, |
|
|
||||||||||||||||
47. |
Ф. |
А. |
|
Р о ж д е с т в е н с к и й , |
Г. |
|
Г. |
|
Ка с имо в , |
Е. |
14. |
Крылов. |
|||||||||||
48. |
Физика твердого тела, 1969, 11, 1689. |
|
|
|
|
|
|
переходных |
|||||||||||||||
Ф. |
А. |
Р о ж д е с т в е н с к и й . |
|
Исследование ортотанталатов |
|||||||||||||||||||
|
металлов ЗФряда (Автореф. канд. днсс.). Свердловск, 1968 (Урал, поли |
||||||||||||||||||||||
|
техи. |
и н - т ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
20*
Г л а в а VII
НИОБАТЫ И ТАНТАЛАТЫ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Редкоземельные металлы и их соединения, а также вещества, включающие в качестве примесей их ионы, находят все возраста ющее применение в металлургии, атомной энергетике, лазерной технике, высокочастотной электронике и других отраслях новой техники. Изучение редкоземельных элементов представляет и са мостоятельный научный интерес в связи с особенностями элек тронной структуры их атомов и ионов. Накоплен большой экспе риментальный материал по изучению магнитных и оптических свойств соединений редкоземельных элементов. Однако ни магнит ные, ни люминесцентные свойства ниобатов и танталатов редко земельных элементов не изучались.
Настоящая глава содержит материалы, касающиеся изучения условий синтеза и исследования кристаллохимических, люминес-
цёнтных и магнитных свойств ниобатов и танталатов 4/-элементов.
1. ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ КРИСТАЛЛОХИМИИ НИОБАТОВ И ТАНТАЛАТОВ РЕДКОЗЕМЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
При рассмотрении кристаллической структуры соединений, полу
ченных в системе А20 3—В20 5, где А — лантаноид, |
а В — ниобий |
|
или тантал, остановимся, в первую очередь, на основных |
струк |
|
турных типах АВ04, А2В20 ; и АВ03, которые генетически |
связа |
|
ны с основными ниобо-танталовыми минералами: |
фергусонитом, |
|
перовскитом. |
является |
орто- |
Фергусонит (Y, Er, Се, U, Fe) (Nb, Та, Т і)04 |
ниобатом (ортотанталатом) иттрия и тяжелых р. з. э. Он изоструктурен шеелиту CaW04 и относится к тетрагональной системе.
Пространственная группа С|л — /44/а. Элементарная ячейка фергусонита содержит четыре формульные единицы АВ04 и состоит из полиэдров (YOg), связанных друг с другом при помощи тетраэд ров (Nb04). При нагревании, начиная с 750° С, постепенно пре вращается в моноклинную форму, которая содержит октаэдры
(YO0) и (Nb06).
288
Искусственно полученные ортониоба- |
|
|
|
|||||||
ты и ортотанталаты р. з. э. имеют струк |
|
|
|
|||||||
туру фергусонита, |
что |
вполне |
законо |
|
|
© 1 |
||||
мерно, |
так как |
здесь имеет место |
явле |
|
|
|||||
|
|
0 2 |
||||||||
ние изовалентного |
изоморфизма. |
|
|
|
||||||
|
|
|
* 3 |
|||||||
Комков [1] |
впервые получил |
YNb04 |
|
|
|
|||||
и установил |
его |
структуру |
методом |
|
|
|
||||
рентгенографии. Он исследовал [2] |
|
|
|
|||||||
рентгенографически |
ряд |
ортониобатов |
Рис. 139. Кристалличе |
|||||||
р. з. э. |
за исключением EuNb04, TbNb04, |
|||||||||
ская |
структура |
перов- |
||||||||
TmNb04 и LuNb04. Келлер [3] |
выпол |
|
скита. |
|
||||||
нил рентгеноструктурное исследование |
Ионы: |
1 — р . з . э . ; |
2 — кис |
|||||||
ортониобатов |
и ортотанталатов |
боль |
лорода; 3 — ниобия. |
|||||||
шинства р. з. э. |
По его данным, |
в струк |
|
|
|
туре фергусонита кристаллизуются LaNbG4, YNb04 и все ортониобаты лантаноидов, YTa04, а также ортотанталаты лантаноидов от
Nd до Er.
Стубикэн [4] изучил полиморфные превращения из моноклин ной модификации в тетрагональную для ортониобатов и ортотан талатов р .з.э ., происходящие при высоких температурах. Пере ходы оказались обратимыми с постепенным изменением симмет рии. Температура перехода повышается с уменьшением размера иона лантаноида и выравнивается за гадолинием. Стубикэн по казал, что все ортотанталаты от Nd111 до Lu111 изоструктурны с соответствующими ортониобатами, а ортотанталаты с наиболее крупными лантаноидами (La111, СеПІ и Рг1” ) не претерпевают вы сокотемпературных изменений в структуре и образуют отдельный ряд неизвестного структурного типа.
Пирохлор (Na, Ca)2(Nb, Ta)2Oß(F, ОН) является одним из важ нейших представителей ниобо-танталатов. Сингония кубическая.
Пространственная группа 0 \ — Fd3 т, Z = 8. Структура пирохлора (гранецентрированный куб) занимает промежуточное положение
между флюоритом CaF2 (А4Х8) и окислом р. з. э. (A4Xß) |
типа |
С. |
Состав пирохлора AoB»OßF можно записать А4Х7 при |
А = В |
и |
0 = F = X. |
|
|
Дайер и Уайт [5] описали фазовый состав и кристаллическую структуру соединений, образующихся в системах Ln20 3—(Nb, Та)2Ог>. Во всех изученных системах были получены соединения типа
АВ04 с о структурой фергусонита и в ряде |
систем — соединения |
типа А3В07. При этом ионы с большими |
ионными радиусами |
La1” |
(l,2 2 Â ) |
и Nd” 1 |
(l,17Â ) образуют соединения со струк |
турой |
веберита, |
а ионы |
Sm, Gd, Dy, Y и Sc с радиусами мень- |
|
о |
|
|
шими, чем 1,1А — с дефектной структурой пирохлора и флюорита.
В областях, богатых Nb20 5 и Та20 5, различия |
между |
ниобатами |
||
и танталатами становятся более существенными. Фазы, |
встречаю |
|||
щиеся в этих областях, |
сложного состава и |
установлены |
недо |
|
статочно хорошо. Руксби |
и Уайт [6] получили |
соединения |
общей |
2S9
Т а б л и ц а 96. Структурные типы ниобатов (танталатов) р .з.э. |
|||
|
|
Координационное |
|
Структурный тип |
Симметрия |
число атомов |
|
|
|
||
|
|
Л |
в |
Перовскнт А0 33 В03 |
Кубическая (псевдо- |
12 |
6 |
Вебернт А3В07 |
кубическая) . . . |
||
Ромбическая . . . . |
8 |
6 |
|
Фергусонит АВ04 |
Тетрагональная . . |
8 |
4 |
|
Моноклинная . . . |
6 |
6 |
Ппрохлор А2Во0 7 |
Кубическая . . . . |
6 |
6 |
формулы А зИВ ѵ 0 7, |
где A = Sc, Y, |
La, Nd, Sm, |
Gd |
и Dy, а |
B= Nb и Ta. |
образующихся в |
рассматриваемых |
системах, |
|
Ряд соединений, |
||||
кристаллизуются в структуре перовскита СаТЮ3. |
|
|
||
Кристаллическая структура типа перовскита АВ03 |
представ |
|||
ляет собой каркас |
из октаэдров Nb06 (рис. 139), а |
между окта |
эдрами расположены атомы р. з. э. с координационным числом 12. Кубическая ячейка претерпевает незначительную деформацию в за висимости от радиуса и заряда ионов А, превращаясь в псевдо кубическую с тетрагональным, ромбическим или моноклинным
искажением; более низкая симметрия характерна для наименьших |
|
по размерам редкоземельных катионов. |
|
Руксби и др. [7] |
получили ряд соединений типа перовскита |
состава А0,ззВО3, где A = La, Се, Pr, Nd, Sm, Gd, Dy, Y и Yb. |
|
C Nb20 5 соединения |
типа перовскита образуют окислы р. з. э. |
с радиусом большим, |
чем у самария, а с Та20 5 область соединения |
расширяется вплоть до иттербря. |
Сравнивая данные различных авторов по фазовым равновесиям в системах Ln30 3—Nb20 5 и Ln20 3—Та20 5, можно отметить, что в большинстве случаев они не противоречат друг другу, а иногда дополняют предыдущие исследования. Несомненно, что кристал лические структуры соединений, образующиеся в этих системах, проявляют определенное родство и обусловлены, прежде всего, кристаллохимическими факторами (табл. 96). Соединения относили к тому или иному типу с учетом данных о его химическом со ставе и кристаллической структуре.
Синтетические метаниобаты р. з. э. впервые получены Моро зовым [8], а ортониобаты — Комковым [1], а также Крыловым с сотрудниками [9—13]. Ортотанталаты празеодима и неодима впервые получены Крыловым и Стрелиной [14], а ортотанталаты европия и самария — Келлером [3] и Крыловым с Пинаевой [15] одновременно.
290