สารประกอบซาแมเรียม
สารประกอบซาแมเรียมเป็นสารประกอบที่เกิดจากโลหะแลนทานัมซาแมเรียม (Sm) โดย เช่นSmCl₃ , Sm(NO₃ ₃ Sm (C₂O₄ ₃ นี้ยังพบสารประกอบที่มีซาแมเรียมในสถานะ ออกซิเดชันเช่นSmI₂ ด้วย
คุณสมบัติของสารประกอบซาแมเรียม
| สูตร | สี | สมมาตร | กลุ่มอวกาศ | เลขที่ | สัญลักษณ์เพียร์สัน | บ่าย (พฤ.) | ข (บ่าย) | ค (บ่าย) | ซ | ความหนาแน่นกรัม/ซม³ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| สม | สีเงิน | สามเหลี่ยม[ 1 ] | อาร์3ม. | 166 | เอชอาร์9 | 362.9 | 362.9 | 2621.3 | 9 | 7.52 |
| สม | สีเงิน | หกเหลี่ยม[ 1 ] | พี6 /เอ็มซี | 194 | เอชพี4 | 362 | 362 | 1168 | 4 | 7.54 |
| สม | สีเงิน | เตตระโกนัล[ 2 ] | I4/มมม | 139 | ทีไอ2 | 240.2 | 240.2 | 423.1 | 2 | 20.46 |
| สโมโอ | สีทอง | ลูกบาศก์[ 3 ] | ฟม3ม. | 225 | ซีเอฟ8 | 494.3 | 494.3 | 494.3 | 4 | 9.15 |
| สมโอ | สามเหลี่ยม[ 4 ] | พี3ม1 | 164 | เอชพี5 | 377.8 | 377.8 | 594 | 1 | 7.89 | |
| สมโอ | โมโนคลินิก[ 4 ] | ซี2/ม. | 12 | เอ็มเอส30 | 1418 | 362.4 | 885.5 | 6 | 7.76 | |
| สมโอ | ลูกบาศก์[ 5 ] | ไออา3 | 206 | ซีไอ80 | 1093 | 1093 | 1093 | 16 | 7.1 | |
| สมช. | ลูกบาศก์[ 6 ] | ฟม3ม. | 225 | ซีเอฟ12 | 537.73 | 537.73 | 537.73 | 4 | 6.51 | |
| สมช. | หกเหลี่ยม[ 7 ] | พี3ซี1 | 165 | เอชพี24 | 377.1 | 377.1 | 667.2 | 6 | ||
| สมบี | สีเทา | โมโนคลินิก[ 8 ] | P2 /c | 14 | เอ็มพี28 | 717.9 | 718 | 720.5 | 4 | 6.49 |
| สเอ็มบี | หกเหลี่ยม[ 9 ] | พี6/มมม | 191 | เอชพี3 | 331 | 331 | 401.9 | 1 | 7.49 | |
| สเอ็มบี | เตตระโกนัล[ 10 ] | พี4/เอ็มบีเอ็ม | 127 | ทีพี20 | 717.9 | 717.9 | 406.7 | 4 | 6.14 | |
| สเอ็มบี | ลูกบาศก์[ 11 ] | 3ม. | 221 | ซีพี7 | 413.4 | 413.4 | 413.4 | 1 | 5.06 | |
| สเอ็มบี | ลูกบาศก์[ 12 ] | เอฟเอ็ม3ซี | 226 | cF1936 | 2348.7 | 2348.7 | 2348.7 | 24 | 2.66 | |
| สมซี | ลูกบาศก์[ 13 ] | ฉัน4 3 มิติ | 220 | ซีไอ40 | 839.89 | 839.89 | 839.89 | 8 | 7.55 | |
| สเอ็มซี | เตตระโกนัล[ 13 ] | I4/มมม | 139 | ทีไอ6 | 377 | 377 | 633.1 | 2 | 6.44 | |
| สมเอฟ | สีม่วง[ 14 ] | ลูกบาศก์[ 15 ] | ฟม3ม. | 225 | ซีเอฟ12 | 587.1 | 587.1 | 587.1 | 4 | 6.18 |
| สมเอฟ | สีขาว[ 14 ] | ออร์โธรอมบิก[ 15 ] | พีเอ็นเอ็มเอ | 62 | โอพี16 | 667.22 | 705.85 | 440.43 | 4 | 6.64 |
| สเอ็มคลี | สีน้ำตาล[ 14 ] | ออร์โธรอมบิก[ 16 ] | พีเอ็นเอ็มเอ | 62 | โอพี12 | 756.28 | 450.77 | 901.09 | 4 | 4.79 |
| สเอ็มคลี | สีเหลือง[ 14 ] | หกเหลี่ยม[ 15 ] | พี6 /ม. | 176 | เอชพี8 | 737.33 | 737.33 | 416.84 | 2 | 4.35 |
| สมโบรไมด์ | สีน้ำตาล[ 14 ] | ออร์โธรอมบิก[ 17 ] | พีเอ็นเอ็มเอ | 62 | โอพี12 | 797.7 | 475.4 | 950.6 | 4 | 5.72 |
| สเอ็มบีอาร์ | สีเหลือง[ 14 ] | ออร์โธรอมบิก[ 18 ] | ม.ม. | 63 | oS16 | 404 | 1265 | 908 | 2 | 5.58 |
| สมิไอ | สีเขียว[ 14 ] | โมโนคลินิก | P2 /c | 14 | เอ็มพี12 | |||||
| สมิไอ | ส้ม[ 14 ] | สามเหลี่ยม[ 19 ] | อาร์3 | 63 | เอชอาร์24 | 749 | 749 | 2080 | 6 | 5.24 |
| สมน | ลูกบาศก์[ 20 ] | ฟม3ม. | 225 | ซีเอฟ8 | 357 | 357 | 357 | 4 | 8.48 | |
| สเอ็มพี | ลูกบาศก์[ 21 ] | ฟม3ม. | 225 | ซีเอฟ8 | 576 | 576 | 576 | 4 | 6.3 | |
| สเอ็มเอส | ลูกบาศก์[ 22 ] | ฟม3ม. | 225 | ซีเอฟ8 | 591.5 | 591.5 | 591.5 | 4 | 7.23 |
แชลโคเจไนด์
ออกไซด์
ออกไซด์ของซาแมเรียมที่เสถียรที่สุดคือเซสวิออกไซด์ Sm₂O₃ เช่นเดียวกับสารประกอบซาแมเรียมหลายชนิด มัน อยู่ในเฟสผลึกหลายเฟส รูปทรง สามเหลี่ยมได้มาจากการทำให้เย็นตัวอย่างช้าๆ จากสถานะหลอมเหลวจุดหลอมเหลวของ Sm₂O₃ (2345 ° ) ดังนั้นโดยปกติแล้วจะไม่หลอมเหลวด้วยการให้ความร้อนโดยตรง แต่ใช้การให้ความร้อนแบบเหนี่ยวนำผ่านขดลวดความถี่วิทยุ ผลึก Sm₂O₃ สมมาตรแบบโมโนคลินิกสามารถปลูกได้โดยวิธีการหลอมด้วยเปลวไฟ ( กระบวนการ Verneuil ) จาก ผง ซึ่งให้ผลเป็นก้อนทรงกระบอกยาวได้ถึงหลายเซนติเมตรและมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณหนึ่งเซนติเมตร ก้อนเหล่า นี้ จะโปร่งใสเมื่อ และปราศจากข้อบกพร่อง และจะเป็นสีส้มหากเป็นอย่างอื่น การให้ความร้อนแก่ Sm₂O₃ รูปทรงสามเหลี่ยมที่ไม่เสถียรที่ 1900 °C จะเปลี่ยนไปเป็นเฟสโมโนคลินิกที่เสถียรกว่า[ 4 ]นอกจากนี้ยังมีการอธิบายรูปทรงด้วย[ 5 ]
ซาแมเรียมเป็นหนึ่งในแลนทานอยด์ไม่กี่ชนิดที่สร้างโมโนออกไซด์ SmO สารประกอบสีเหลืองทองแวววาวนี้ได้มาจากการลด Sm O ด้วยโลหะซาแมเรียมที่อุณหภูมิสูง (1000 °C) และความดันสูงกว่า 50 กิโลบาร์ การลดความดันส่งผลให้ปฏิกิริยาไม่สมบูรณ์ SmO มีโครงสร้างแลตติสแบบร็อคซอลต์ลูกบาศก์[ 3 ] [ 23 ]
แชลโคเจนไนด์อื่นๆ
ซาแมเรียมก่อตัวเป็นซัลไฟด์ ไตรวาเลน ต์เซเลไนด์และเทลลูไรด์นอกจากนี้ยังพบแคลโคเจนไนด์ไดวาเลนต์SmS , SmSeและSmTeที่มีโครงสร้างผลึก แบบร็อคซอลต์ลูกบาศก์ พวกมันมีความโดดเด่นในการเปลี่ยนจากสถานะกึ่งตัวนำเป็นสถานะโลหะที่อุณหภูมิห้องเมื่อใช้แรงดัน ในขณะที่การเปลี่ยนสถานะเป็นแบบต่อเนื่องและเกิดขึ้นที่ประมาณ 20–30 กิโลบาร์ใน SmSe และ SmTe แต่ใน SmS การเปลี่ยนสถานะเป็นแบบฉับพลันและต้องการเพียง 6.5 กิโลบาร์ ผลกระทบนี้ส่งผลให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสีที่น่าทึ่งใน SmS จากสีดำเป็นสีเหลืองทองเมื่อผลึกของฟิล์มถูกขีดข่วนหรือขัด การเปลี่ยนสถานะไม่เปลี่ยนแปลงสมมาตรของแลตติส แต่ปริมาตรของผลึกจะลดลงอย่างรวดเร็ว (~15%) [ 24 ]มันแสดงให้เห็นถึงฮิสเทอรีซิสนั่นคือเมื่อปล่อยแรงดัน SmS จะกลับสู่สถานะกึ่งตัวนำที่แรงดันต่ำกว่ามากประมาณ 0.4 กิโลบาร์[ 25 ] [ 26 ]
ฮาไลด์
โลหะซาแมเรียมทำปฏิกิริยากับ ฮาโลเจนทั้งหมดก่อให้เกิดไตรเฮไลด์ : [ 27 ]
- 2 Sm (s) + 3 X (g) → 2 SmX (s) (X = F, Cl, Br หรือ I)
การรีดิวซ์เพิ่มเติมด้วยโลหะซาแมเรียม ลิเธียม หรือโซเดียมที่อุณหภูมิสูง (ประมาณ 700–900 °C) จะให้ไดเฮไลด์[ 16 ]ไดไอโอไดด์ยังสามารถเตรียมได้โดยการให้ความร้อน SmI หรือโดยการทำปฏิกิริยาของโลหะกับ1,2-ไดไอโอโดอีเทนในเตตระไฮโดรฟิวแรน ปราศจากน้ำ ที่อุณหภูมิห้อง: [ 28 ]
- เอสเอ็ม (s) + ICH -CH ผม → สเอ็มไอ + CH =CH .
นอกจากไดเฮไลด์แล้ว การรีดิวซ์ยังผลิต ซามาเรียมเฮไลด์ ที่ไม่เป็นสัดส่วน จำนวนมาก ที่มีโครงสร้างผลึกที่ชัดเจน เช่น Sm F , Sm F , Sm 27 64 [ 15 ] Sm 11 24 Sm Br และ Sm Br [ 29 ]
ดังที่แสดงในตารางข้างต้น ซามาเรียมเฮไลด์จะเปลี่ยนโครงสร้างผลึกเมื่ออะตอมเฮไลด์ชนิดหนึ่งถูกแทนที่ด้วยอะตอมเฮไลด์อีกชนิดหนึ่ง ซึ่งเป็นพฤติกรรมที่ไม่พบเห็นได้ทั่วไปในธาตุส่วนใหญ่ (เช่น แอคติไนด์) เฮไลด์หลายชนิดมีเฟสผลึกหลักสองเฟสสำหรับองค์ประกอบหนึ่ง โดยเฟสหนึ่งมีความเสถียรมากกว่าอย่างเห็นได้ชัด และอีกเฟสหนึ่งมีความเสถียรปานกลาง เฟสหลังนี้เกิดขึ้นเมื่อถูกอัดหรือให้ความร้อน แล้วทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วจนถึงสภาวะแวดล้อม ตัวอย่างเช่น การอัดซามาเรียมไดไอโอไดด์แบบโมโนคลินิกปกติและปล่อยความดันจะส่งผลให้เกิดโครงสร้างออร์โธรอมบิกแบบ PbCl2 ความหนาแน่น 5.90 g/cm3 ) [ 30 ] และการบำบัดที่คล้ายกันจะส่งผลให้เกิดเฟสใหม่ของซามาเรียมไตรไอโอไดด์ (ความหนาแน่น 5.97 g/ cm3 ) [ 31 ]
โบริเดส
การเผาผนึกผงของซาแมเรียมออกไซด์และโบรอนในสุญญากาศทำให้ได้ผงที่มีเฟสซาแมเรียมโบไรด์หลายเฟส และอัตราส่วนปริมาตรสามารถควบคุมได้โดยสัดส่วนการผสม[ 32 ]ผงนี้สามารถแปลงเป็นผลึกขนาดใหญ่ของซาแมเรียมโบไรด์บางชนิดได้โดยใช้ เทคนิค การหลอมด้วยอาร์คหรือการหลอมแบบโซนโดยอาศัยอุณหภูมิการหลอม/การตกผลึกที่แตกต่างกันของ SmB (2580 °C), SmB (ประมาณ 2300 °C) และ SmB (2150 °C) วัสดุเหล่านี้ทั้งหมดเป็นของแข็งสีเทาเข้ม แข็ง เปราะ และความแข็งจะเพิ่มขึ้นตามปริมาณโบรอน[ 11 ]ซาแมเรียมไดโบไรด์ระเหยง่ายเกินไปที่จะผลิตด้วยวิธีการเหล่านี้ และต้องใช้ความดันสูง (ประมาณ 65 กิโลบาร์) และอุณหภูมิต่ำระหว่าง 1140 ถึง 1240 °C เพื่อทำให้การเจริญเติบโตมีเสถียรภาพ การเพิ่มอุณหภูมิส่งผลให้เกิดการก่อตัวของ SmB เป็น หลัก [ 9 ]
ซามาเรียมเฮกซาโบไรด์
ซาแมเรียมเฮกซาโบไรด์เป็นสารประกอบที่มีวาเลนซ์ระดับกลางทั่วไป โดยที่ซาแมเรียมมีอยู่ทั้งในรูปไอออน Sm 2+และ Sm 3+ในอัตราส่วน 3:7 [ 32 ]จัดอยู่ในกลุ่มฉนวนคอนโดะซึ่งที่อุณหภูมิสูง (สูงกว่า 50 K) คุณสมบัติของมันเป็นแบบโลหะคอนโดะทั่วไป โดยมีการนำไฟฟ้าแบบโลหะซึ่งมีลักษณะเฉพาะด้วยการกระเจิงของอิเล็กตรอนที่รุนแรง ในขณะที่ที่อุณหภูมิต่ำ มันมีพฤติกรรมเป็นฉนวนที่ไม่เป็นแม่เหล็ก โดยมีช่องว่างแถบ แคบ ประมาณ 4–14 meV [ 33 ]การเปลี่ยนสถานะจากโลหะเป็นฉนวนที่เกิดจากการทำความเย็นใน SmB มาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของการนำความร้อนโดยมีค่าสูงสุดที่ประมาณ 15 K เหตุผลของการเพิ่มขึ้นนี้คืออิเล็กตรอนเองไม่ได้มีส่วนช่วยในการนำความร้อนที่อุณหภูมิต่ำ ซึ่งถูกครอบงำโดยโฟนอนแต่การลดลงของความเข้มข้นของอิเล็กตรอนทำให้ลดอัตราการกระเจิงของอิเล็กตรอน-โฟนอนลง[ 34 ]
งานวิจัยใหม่ดูเหมือนจะแสดงให้เห็นว่ามันอาจเป็นฉนวนทางทอพอโลยี[ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]
สารประกอบอนินทรีย์อื่นๆ
คาร์ไบด์ของซาแมเรียมเตรียมได้โดยการหลอมส่วนผสมของกราไฟต์และโลหะในบรรยากาศเฉื่อย หลังจากสังเคราะห์แล้ว คาร์ไบด์เหล่านี้จะไม่เสถียรในอากาศและต้องศึกษาภายใต้บรรยากาศเฉื่อยเช่นกัน[ 13 ]ซาแมเรียมโมโนฟอสไฟด์ SmP เป็นสารกึ่งตัวนำที่มีช่องว่างพลังงาน 1.10 eV เท่ากับซิลิคอนและมีค่าการนำไฟฟ้าสูงแบบn-typeสามารถเตรียมได้โดยการอบที่อุณหภูมิ 1100 °C ในหลอดควอตซ์ที่ดูดอากาศออกแล้วซึ่งบรรจุผงผสมของฟอสฟอรัสและซาแมเรียม ฟอสฟอรัสระเหยได้ง่ายมากที่อุณหภูมิสูงและอาจระเบิดได้ ดังนั้นอัตราการให้ความร้อนจึงต้องต่ำกว่า 1 °C/นาที[ 21 ]ขั้นตอนที่คล้ายกันนี้ถูกนำมาใช้สำหรับโมนาร์เซไนด์SmAsแต่มีอุณหภูมิการสังเคราะห์สูงกว่าที่ 1800 °C [ 22 ]
สารประกอบไบนารีผลึกจำนวนมากเป็นที่รู้จักสำหรับซาแมเรียมและธาตุ X ในกลุ่ม 14, 15 หรือ 16 โดยที่ X คือ Si, Ge, Sn, Pb, Sb หรือ Te และโลหะผสมของซาแมเรียมก็ก่อให้เกิดกลุ่มใหญ่อีกกลุ่มหนึ่ง สารประกอบเหล่านี้ทั้งหมดเตรียมได้โดยการอบผงผสมของธาตุที่เกี่ยวข้อง สารประกอบที่ได้จำนวนมากไม่เป็นไปตามสัดส่วนทางเคมีและมีองค์ประกอบตามชื่อ Sm X โดยที่อัตราส่วน b/a แตกต่างกันไประหว่าง 0.5 ถึง 3 [ 38 ] [ 39 ] [ 40 ]
สารประกอบออร์กาโนซาแมเรียม
ซาแมเรียมก่อตัวเป็น ไซโค ลเพนตาไดอีนไนด์ Sm(C₅H₅)₃ และอนุพันธ์คลอโรของมัน Sm(C₅H₅)₂Cl และ Sm(C₅H₅ Cl₂ ซึ่งเตรียมได้การปฏิกิริยาระหว่างไตรไรด์กับในตระโดรฟิวแรนลเพนตาไดอีนไนด์ของแลนทานอยด์อื่นๆ ส่วนใหญ่ ในSm(C₅H₅)₃ วงแหวน C₅H₅ วงจะต่อโดยการจุดยอดวงแหวน η₁ หรือขอบ η₂ ไปยังซาแมเรียมข้างเคียง ทำให้เกิดสายโซ่พอลิเมอร์[ 41 ]คลอโรดีริเฟอรีSm(C H ) Clมีโครงสร้างไดเมอร์ ซึ่งแสดงได้อย่างแม่นยำยิ่งขึ้นเป็น(η( )−C H ) Sm(−Cl) (η( )−C H ) โดยที่สะพานคลอรีนสามารถถูกแทนที่ได้ เช่น ด้วยอะตอมไอโอดีน ไฮโดรเจน หรือไนโตรเจน หรือด้วยกลุ่ม CN [ 42 ]
ไอออน ( C5H5 ) − ในซาแมเรียมไซโค ลเพสามารถถูกแทนที่ด้วยอินดีไนด์ ( ) −หรือวงแหวนไซโคลออกตาเตตราอีนิด( C8H8 2− ส่งผลให้เกิดSm( ) หรือKSm(η( )−C8H8 2 หลังนี้มีโครงสร้างคล้ายกับยูราโนซีนยังมีไซโคลเพนตาไดอีนิดของซาแมเรียมสองวาเลนต์Sm C5H5 2− เป็นของแข็ง ที่ระเหิดที่ ประมาณ 85 C ตรงกันข้ามกับเฟอร์โรซีน C5H5 ใน Sm ( C5H5 ) ขนานกัน แต่เอียง 40° [ 42 ] []
ปฏิกิริยาเมตาธีซิสในเตตระไฮโดรฟิวแรนหรืออีเทอร์จะให้แอลคิลและอะริลของซามาเรียม: [ 42 ]
- SmCl + 3LiR → SmR + 3LiCl
- Sm(OR) + 3LiCH(SiMe ) → Sm{CH(SiMe ) } + 3LiOR
ใน ที่นี้ R คือหมู่ไฮโดรคาร์บอน และ Me คือหมู่เมทิล
ภาพถ่ายของสารประกอบซาแมเรียม
ซามาเรียม(II) คลอไรด์ ( )- ซามาเรียม(III) คลอไรด์ เฮกซาไฮเดรต (SmCl ·6H O)
ซามาเรียม(III) ไนเตรต (Sm(NO ) )- ซามาเรียม(III) อะซิเตต (Sm(CH COO) )
ซามาเรียม(III) ไฮดรอกไซด์ (Sm(OH) )- ซา มา เรียม( III ) ออกไซด์ (
ซามาเรียม(III) ซัลเฟต (Sm (SO ) )
ดูเพิ่มเติม
- หมวดหมู่: สารประกอบซาแมเรียม
- หมวดหมู่: สารประกอบเคมีจำแนกตามธาตุ
- สารประกอบพราซีโอดีเมียม
- สารประกอบนีโอไดเมียม
- สารประกอบยูโรเปียม