อิตเทรียมโบริด

ตัวระบุ
หมายเลข CAS	YB 6 : 12008-32-1 วาย
โมเดล 3 มิติ ( JSmol )	YB 2 : ภาพแบบอินเทอร์แอ็กทีฟ YB 6 : ภาพแบบอินเทอร์แอ็กทีฟ
เคมสไปเดอร์	YB 6 : 62852861
PubChem CID	YB 2 : 58262254 YB 6 : 25022291
อินชิ YB 2 : InChI=1S/B2.Y/c1-2; คีย์: YOSZWMPJVDQOCZ-UHFFFAOYSA-N YB 6 : InChI=1S/6B.Y คีย์: LBQSRCUUAYSSDR-UHFFFAOYSA-N
รอยยิ้ม YB 2 : [B][B].[Y] YB 6 : [B].[B].[B].[B].[B].[B].[Y]
คุณสมบัติ
สูตรเคมี	YB 66 /YB 50 /YB 25 /YB 12 /YB 6 /YB 4
มวลโมลาร์	153.77
รูปร่าง	ผงสีเทา-ดำ โลหะ
ความหนาแน่น	2.52 กรัม/ซม³ --- YB 66 2.72 กรัม/ซม³ --- YB 50 3.02 กรัม/ซม³ --- YB 25 3.44 กรัม/ซม³ --- YB 12 3.67 กรัม/ซม³ --- YB 6 4.32 กรัม/ซม³ --- YB 4
จุดหลอมเหลว	2,750–2,000 [ 1 ]  °C (4,980–3,630 °F; 3,020–2,270 K)
ความสามารถในการละลายในน้ำ	ไม่ละลาย
โครงสร้าง
โครงสร้างผลึก	ลูกบาศก์, cP7
กลุ่มอวกาศ	Pm 3 m, หมายเลข 221 [ 2 ]
ค่าคงที่แลตติส	a  = 0.41132 นาโนเมตร[ 2 ]
อันตราย
NFPA 704 (สัญลักษณ์รูปเพชรกันไฟ)	0 0 0
จุดวาบไฟ	ไม่ติดไฟ
เอกสารข้อมูลความปลอดภัย (SDS)	เอกสารข้อมูลความปลอดภัยของวัสดุภายนอก (MSDS)
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 °C [77 °F] ความดัน 100 kPa) วาย ตรวจสอบ  (คืออะไร   ?) วายเอ็น ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล

อิตเทรียมโบไรด์หมายถึงวัสดุผลึกที่ประกอบด้วยอิตเทรียมและโบรอน ในสัดส่วนที่แตกต่างกัน เช่น YB₂ _, YB₄ _, YB₆ _, YB₁₂ _, YB₂₅ _, YB₅₀ _และ YB₆₆ _{วัสดุเหล่า}นี้ล้วนเป็นของแข็งสีเทาที่มีจุดหลอมเหลวสูง รูปแบบที่พบได้บ่อยที่สุดคืออิตเทรียมเฮกซาโบไรด์ YB₆ ซึ่งแสดงคุณสมบัติการนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิค่อนข้างสูงถึง 8.4 K และเช่นเดียวกับ LaB₆ _มันเป็นแคโทดอิเล็กตรอนอิตเทรียมโบไรด์อีกชนิดหนึ่งที่น่าสนใจคือ YB₆₆ _มันมีค่าคงที่ของแลตติซขนาดใหญ่ (2.344 นาโนเมตร) มีเสถียรภาพทางความร้อนและเชิงกลสูง ดังนั้นจึงถูกใช้เป็นตะแกรงเลี้ยวเบน สำหรับรังสี ซินโครตรอนพลังงานต่ำ(1–2 keV)

อิตเทรียมไดโบไรด์มีโครงสร้างผลึกหกเหลี่ยมแบบเดียวกับอะลูมิเนียมไดโบไรด์และแมกนีเซียมไดโบไรด์ซึ่งเป็นวัสดุตัวนำยิ่งยวดที่สำคัญสัญลักษณ์เพียร์สันคือhP3 กลุ่มอวกาศ P6 /mmm ( ^{หมายเลข} 191) a = 0.33041 nm, c = 0.38465 nm และความหนาแน่นที่คำนวณได้คือ 5.05 g/cm³ ^{[ 3 ]}ในโครงสร้างนี้ อะตอมของโบรอนจะก่อตัวเป็นแผ่นคล้ายกราไฟต์โดยมีอะตอมของอิตเทรียมอยู่ระหว่างกัน ผลึก YB₂ _ไม่เสถียรต่อความร้อนปานกลางในอากาศ โดยจะเริ่มเกิดออกซิเดชันที่ 400 °C และเกิดออกซิเดชันอย่างสมบูรณ์ที่ 800 °C ^{[ 4 ]} YB₂ _{หลอมเหลว}ที่ประมาณ 2100 °C ^{[ 5 ]}

YB ₄มีโครงสร้างผลึกแบบเตตระโกนัล ที่มี กลุ่มพื้นที่P4/mbm (หมายเลข 127) สัญลักษณ์เพียร์สันtP20 , a = 0.711 nm, c = 0.4019 nm ความหนาแน่นที่คำนวณได้ 4.32 g/cm³ ^{[ 6 ] สามารถ}ปลูกผลึก YB ₄คุณภาพสูง ที่มีขนาดไม่กี่เซนติเมตร ได้ โดยใช้ เทคนิคโซนลอยตัว แบบหลายรอบ ^{[ 7 ]}

YB ₆เป็นผงสีดำไม่มีกลิ่น มีความหนาแน่น 3.67 กรัม/ซม^³มีโครงสร้างผลึกทรงลูกบาศก์เช่นเดียวกับเฮกซาโบไรด์อื่นๆ ( CaB ₆ , LaB ₆เป็นต้น ดูในกล่องข้อมูล) ^{[ 2 ]}สามารถปลูกผลึก YB ₆คุณภาพสูง ขนาดไม่กี่เซนติเมตรได้โดยใช้ เทคนิคโซนลอยตัว แบบหลายรอบ ^{[ 7 ] [ 8 ]} YB ₆เป็นตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิการเปลี่ยนสถานะ (จุดเริ่มต้น) ค่อนข้างสูงที่ 8.4 K ^{[ 8 ] [ 9 ]}

ผลึก YB ₁₂มีโครงสร้างลูกบาศก์ที่มีความหนาแน่น 3.44 g/cm³ สัญลักษณ์^เพียร์สัน cF52 กลุ่มอวกาศFm 3 m (หมายเลข 225) a = 0.7468 nm ^{[ 10 ]}หน่วยโครงสร้างคือลูกบาศก์แปดเหลี่ยม₁₂ ลูก อุณหภูมิเดบายของ YB ₁₂คือ ~1040 K และไม่เป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิสูงกว่า 2.5 K ^{[ 11 ]}

โครงสร้างของอิตเทรียมโบริดที่มีอัตราส่วน B/Y ตั้งแต่ 25 ขึ้นไป ประกอบด้วยโครงข่ายของไอโคซาฮีดรอน B ₁₂ โครงสร้างโบรอนของ YB ₂₅เป็นหนึ่งในโครงสร้างที่ง่ายที่สุดในบรรดาโบริดที่มีไอโคซาฮีดรอนเป็นองค์ประกอบหลัก โดยประกอบด้วยไอโคซาฮีดรอนเพียงชนิดเดียวและตำแหน่งโบรอนเชื่อมต่อหนึ่งตำแหน่ง ตำแหน่งโบรอนเชื่อมต่อนี้ถูกล้อมรอบด้วยอะตอมโบรอนสี่อะตอมในรูปทรงสี่เหลี่ยมด้านเท่า อะตอมเหล่านั้นคืออะตอมโบรอนอีกอะตอมหนึ่งในตำแหน่งเชื่อมต่อตรงข้าม และอะตอมโบรอนสามอะตอมในแนวเส้นศูนย์สูตรของไอโคซาฮีดรอน B ₁₂ หนึ่งในสาม อัน ตำแหน่งของอิตเทรียมมีการครอบครองบางส่วนประมาณ 60–70% และสูตร YB ₂₅สะท้อนถึงอัตราส่วนอะตอมเฉลี่ย [B]/[Y] = 25 ทั้งอะตอม Y และไอโคซาฮีดรอน B ₁₂ก่อตัวเป็นรูปซิกแซกตามแกนxอะตอมโบรอนที่เชื่อมต่อจะเชื่อมต่ออะตอมโบรอนเส้นศูนย์สูตรสามอะตอมของไอโคซาเฮดราสามอัน และไอโคซาเฮดราเหล่านั้นจะสร้างเครือข่ายขนานกับระนาบผลึก (101) ( ระนาบ x - zในรูป) ระยะห่างระหว่างอะตอมโบรอนที่เชื่อมต่อและอะตอมโบรอนเส้นศูนย์สูตรคือ 0.1755 นาโนเมตร ซึ่งเป็นค่าทั่วไปสำหรับพันธะโควาเลนต์ BB ที่แข็งแรง (ความยาวพันธะ 0.17–0.18 นาโนเมตร) ดังนั้น อะตอมโบรอนที่เชื่อมต่อจึงเสริมความแข็งแรงให้กับระนาบเครือข่ายแต่ละระนาบในทางกลับกัน ระยะห่างที่มากระหว่างอะตอมโบรอนภายในสะพาน (0.2041 นาโนเมตร) แสดงให้เห็นถึงปฏิสัมพันธ์ที่อ่อนแอกว่า ดังนั้น ตำแหน่งที่เชื่อมต่อจึงมีส่วนน้อยต่อพันธะระหว่างระนาบเครือข่าย^{[ 12 ] [ 13 ]}

ผลึก YB ₂₅สามารถปลูกได้โดยการให้ความร้อนเม็ดอัดของอิตเทรีย (Y ₂ O ₃ ) และผงโบรอนจนถึงประมาณ 1700 °C เฟส YB ₂₅มีเสถียรภาพจนถึง 1850 °C เหนืออุณหภูมินี้จะสลายตัวเป็น YB ₁₂และ YB ₆₆โดยไม่หลอมเหลว ทำให้การปลูกผลึกเดี่ยวของ YB ₂₅ด้วยวิธีการเติบโตจากสารหลอมเหลว เป็นเรื่องยาก ^{[ 12 ]}

ผลึก YB ₅₀มี โครงสร้าง ออร์โธรอมบิกที่มีกลุ่มอวกาศP2 ₁ 2 ₁ 2 (หมายเลข 18) a = 1.66251 nm, b = 1.76198 nm, c = 0.94797 nm สามารถปลูกได้โดยการให้ความร้อนเม็ดอัดของอิตเทรีย (Y ₂ O ₃ ) และผงโบรอนจนถึงประมาณ 1700 ⁰ C เหนืออุณหภูมินี้ YB ₅₀จะสลายตัวเป็น YB ₁₂และ YB ₆₆โดยไม่หลอมเหลว ทำให้ยากที่จะปลูกผลึกเดี่ยวของ YB ₅₀ด้วยวิธีการเติบโตจากสารหลอมเหลว ธาตุหายากตั้งแต่ Tb ถึง Lu ก็สามารถตกผลึกในรูปแบบ M _{50 ได้เช่นกัน} ^{[ 14 ]}

(a) หน่วยไอโคซาเฮดรอนสิบสาม (B ₁₂ ) ₁₂ B ₁₂ (ซูเปอร์ไอโคซาเฮดรอน) และ (b) หน่วยคลัสเตอร์ B ₈₀ของโครงสร้าง YB ₆₆พันธะที่มากเกินไปในแผง (b) เป็นเพราะสมมติว่าไซต์ทั้งหมดถูกครอบครอง ในขณะที่จำนวนอะตอมของโบรอนทั้งหมดมีเพียง 42 อะตอม^{[ 15 ]}

ซ้าย: โครงร่างโบรอนที่วาดขึ้นอย่างคร่าวๆ ของ YB ₆₆ทรงกลมสีเขียวอ่อนแสดงถึงซูเปอร์ไอโคซาเฮดรอนของโบรอน และทิศทางสัมพัทธ์ของพวกมันถูกระบุด้วยลูกศร ทรงกลมสีเขียวเข้มสอดคล้องกับคลัสเตอร์ B ₈₀ขวา: คู่ของไซต์ Y (ทรงกลมสีชมพู) ใน YB ₆₆ทรงกลมสีเขียวอ่อนแสดงถึงซูเปอร์ไอโคซาเฮดรอนของโบรอน และทรงกลมสีเขียวเข้มสอดคล้องกับคลัสเตอร์ B ₈₀ ^{[ 15 ]}

YB ₆₆ถูกค้นพบในปี พ.ศ. 2503 ^{[ 17 ]}และโครงสร้างของมันได้รับการแก้ไขในปี พ.ศ. 2512 ^{[ 16 ]}โครงสร้างเป็นแบบลูกบาศก์ศูนย์กลางหน้าโดยมีกลุ่มพื้นที่Fm 3 c (หมายเลข 226) สัญลักษณ์เพียร์สัน cF1936 และค่าคงที่แลตติสa = 2.3440(6) nm มีตำแหน่งโบรอน 13 ตำแหน่ง B1–B13 และตำแหน่งอิตเทรียม 1 ตำแหน่ง ตำแหน่ง B1 ก่อตัวเป็นไอโคซาเฮดร อน B ₁₂ หนึ่งอัน และตำแหน่ง B2–B9 ประกอบเป็นไอโคซาเฮดรอนอีกอัน ไอโคซาเฮดรอนเหล่านี้เรียงตัวกันเป็นหน่วยไอโคซาเฮดรอนสิบสามอัน (B ₁₂ ) ₁₂ B ₁₂ซึ่งเรียกว่าซูเปอร์ไอโคซาเฮดรอน ไอโคซาเฮดรอนที่เกิดจากอะตอมของตำแหน่ง B1 ตั้งอยู่ที่ศูนย์กลางของซูเปอร์ไอโคซาเฮดรอน ซูเปอร์ไอโคซาเฮดรอนเป็นหนึ่งในหน่วยพื้นฐานของโครงสร้างโบรอนของ YB ₆₆มีซูเปอร์ไอโคซาเฮดรอนสองประเภท: ประเภทหนึ่งครอบครองศูนย์กลางของหน้าลูกบาศก์ และอีกประเภทหนึ่งซึ่งหมุนไป 90° จะอยู่ที่ศูนย์กลางของเซลล์และที่ขอบของเซลล์ ดังนั้นจึงมีซูเปอร์ไอโคซาเฮดรอนแปดอัน (อะตอมโบรอน 1248 อะตอม) ในเซลล์หน่วย^{[ 15 ]}

หน่วยโครงสร้างอีกหน่วยหนึ่งของ YB ₆₆คือคลัสเตอร์ B ₈₀ซึ่งประกอบด้วยไซต์โบรอน 80 ไซต์ที่เกิดจากไซต์ B10 ถึง B13 ^{[ 15 ]}ไซต์ทั้ง 80 ไซต์นี้ถูกครอบครองบางส่วนและมีอะตอมโบรอนรวมกันเพียงประมาณ 42 อะตอม คลัสเตอร์ B ₈₀ตั้งอยู่ที่จุดศูนย์กลางของอ็อกแทนต์ของเซลล์หน่วย กล่าวคือที่ตำแหน่ง 8a ( 1/4, 1/4, 1/4) ดังนั้นจึงมีคลัสเตอร์ดังกล่าวแปดคลัสเตอร์ (อะตอมโบรอน 336 อะตอม) ต่อเซลล์หน่วย การวิเคราะห์โครงสร้างอิสระสองครั้ง^{[ 15 ] [ 16 ]}ได้ข้อสรุปเดียวกันว่าจำนวนอะตอมโบรอนทั้งหมดในเซลล์หน่วยคือ 1584 โครงสร้างเฟรมเวิร์กโบรอนของ YB ₆₆แสดงอยู่ในรูปทางด้านขวา ภาพวาดแผนผังด้านล่างแสดงทิศทางสัมพัทธ์ของซูเปอร์ไอโคซาเฮดรา และคลัสเตอร์ B ₈₀แสดงด้วยทรงกลมสีเขียวอ่อนและสีเขียวเข้มตามลำดับ ที่พื้นผิวด้านบนของเซลล์หน่วย ทิศทางการวางตัวสัมพัทธ์ของซูเปอร์ไอโคซาเฮดราจะถูกระบุด้วยลูกศร มีไซต์อิตเทรียม 48 ไซต์ ((0.0563, 1/4, 1/4) สำหรับ YB ₆₂ ^{[ 15 ]} ) ในเซลล์หน่วย การกำหนดค่าการครอบครองของไซต์ Y เป็น 0.5 ส่งผลให้มีอะตอม Y 24 อะตอมในเซลล์หน่วยและองค์ประกอบทางเคมีของ YB ₆₆ค่าการครอบครอง 0.5 นี้หมายความว่าคู่ของอิตเทรียมจะมีอะตอม Y หนึ่งอะตอมที่มีไซต์ว่างหนึ่งไซต์เสมอ^{[ 16 ]}

YB ₆₆มีความหนาแน่น 2.52 กรัม/ซม^³มีค่าการนำความร้อนต่ำ 0.02 วัตต์/(ซม.·เคลวิน) ค่าคงที่ความยืดหยุ่น c ₁₁ = 3.8 พันล้าน และ c ₄₄ = 1.6 พันล้านนิวตัน/ม^²และอุณหภูมิเดบาย 1300 เคลวิน^{[ 18 ]}เช่นเดียวกับโบริดของอิตเทรียมทั้งหมด YB ₆₆เป็นวัสดุแข็งและมีความแข็งแบบ Knoop 26 GPa ^{[ 19 ]} _{ผลึก YB 66} คุณภาพสูงขนาดไม่กี่เซนติเมตรสามารถปลูกได้โดยใช้ เทคนิค โซนลอยตัว แบบหลายรอบ และใช้เป็นโมโนโครมาเตอร์รังสีเอกซ์^{[ 20 ]}

เซลล์หน่วยขนาดใหญ่ของ YB ₆₆ส่งผลให้ค่าคงที่แลตติซมีขนาดใหญ่ถึง 2.344 นาโนเมตร^{[ 18 ]}คุณสมบัตินี้ ร่วมกับความเสถียรทางความร้อนและเชิงกลสูง ส่งผลให้มีการนำ YB ₆₆ ไปใช้ เป็นองค์ประกอบกระจายแสงของโมโนโครมาเตอร์รังสีเอกซ์สำหรับรังสีพลังงานต่ำ (1–2 keV) ^{[ 21 ] [ 22 ]}

• โครงสร้างผลึกของโลหะโบริดที่มีโบรอนเป็นองค์ประกอบหลัก