二硼化錸
化合物
二硼化錸（ReB2）是一種合成超硬材料。它首次於1962年合成，[2]因有望達到與金剛石相若的硬度而再次受到重視。[3]報告所聲稱的超高硬度受到懷疑，[4]儘管這是一個定義問題，因為在最初的測試中二硼化錸能夠刻劃金剛石。[3]
| 二硼化錸 | |
|---|---|
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| IUPAC名 Rhenium diboride | |
| 識別 | |
| CAS號 | 12355-99-6 
|
| PubChem | 57418167 |
| SMILES |
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| InChI |
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| InChIKey | OLXPHXSOQYDZNT-UHFFFAOYSA-N |
| 性質 | |
| 化學式 | ReB2 |
| 摩爾質量 | 207.83 g/mol g·mol⁻¹ |
| 外觀 | 黑色粉末 |
| 密度 | 12.7 g/cm3 |
| 熔點 | 2400 °C（2673 K） |
| 溶解性（水） | none |
| 結構 | |
| 晶體結構 | 六方, 空間群P63/mmc. |
| 危險性 | |
GHS危險性符號 [1]
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| GHS提示詞 | Warning[1] |
| H-術語 | H315, H319, H335[1] |
| P-術語 | P261, P280, P305+351+338, P304+340, P405, P501[1] |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
該化合物由耐高壓的錸和硼的混合物形成，其中硼與錸形成短而堅固的共價鍵。
二硼化錸的生產方式與其他合成超硬材料（如立方氮化硼）不同，不涉及高壓處理，因此生產成本比較低。然而，錸本身是一種稀缺且昂貴的金屬。
合成
在標準大氣壓下，ReB2可以通過至少三種不同的方法合成：固態複分解、電弧熔化和直接加熱元素。[3]
使用複分解反應時，三氯化錸和二硼化鎂在惰性環境中混合加熱，然後洗去副產物氯化鎂。防止其他相合成（如Re7B3和Re3B）需要過量的硼。
使用電弧熔化法時，錸和硼粉在惰性環境中混合，並將強電流通過混合物。
使用直接反應法時，錸硼混合物在真空中密封，在高溫下放置較長的時間（1000 °C，連續五天）。
根據X射線晶體學，最後兩種方法可以直接生產ReB2，不會合成其他相。
性質
ReB2的硬度具有相當大的各向異性，因為它有六邊形層狀結構（見結構模型），其中c軸的各向異性最大。與莫氏硬度不同，ReB2的壓入硬度（(HV ~ 22 GPa）[4]遠低於金剛石，與碳化鎢、碳化硅、二硼化鈦或二硼化鋯相若。[4]
ReB2非常堅硬有兩個原因：高密度的價電子和大量的短共價鍵。[3][5]錸是價電子密度最高的過渡金屬之一（476電子/nm3，鋨為572電子/nm3，而金剛石為705電子/nm3）。[6]添加硼只需要讓錸晶格擴大5%，因為較小的硼原子會填滿錸原子之間的空間。此外，錸和硼的電負性很接近（鮑林標度：1.9和2.04），所以它們形成共價鍵，其中電子幾乎平均共享。
參見
參考文獻
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 Rhenium Diboride. American Elements. [2018-08-02]. （原始內容存檔於2022-01-01）.
- ^ La Placa, S. J.; Post, B. The crystal structure of rhenium diboride. Acta Crystallographica. 1962, 15 (2): 97. doi:10.1107/S0365110X62000298.
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Chung, Hsiu-Ying; et al. Synthesis of Ultra-Incompressible Superhard Rhenium Diboride at Ambient Pressure. Science. April 20, 2007, 316 (5823): 436–9 [2022-01-01]. Bibcode:2007Sci...316..436C. PMID 17446399. doi:10.1126/science.1139322. （原始內容存檔於2007-10-01）.
- ^ 4.0 4.1 4.2 Qin, Jiaqian; He, Duanwei; Wang, Jianghua; Fang, Leiming; Lei, Li; Li, Yongjun; Hu, Juan; Kou, Zili; Bi, Yan. Is Rhenium Diboride a Superhard Material?. Advanced Materials. 2008, 20 (24): 4780. doi:10.1002/adma.200801471.
- ^ W. Zhou; H. Wu; T. Yildirim. Electronic, dynamical, and thermal properties of ultra-incompressible superhard rhenium diboride: A combined first-principles and neutron scattering study. Phys. Rev. B. 2007, 76 (18): 184113–184119. Bibcode:2007PhRvB..76r4113Z. arXiv:0708.3694
. doi:10.1103/PhysRevB.76.184113.
- ^ Cumberland, Robert W.; et al. Osmium Diboride, An Ultra-Incompressible, Hard Material. Journal of the American Chemical Society. April 27, 2005, 127 (20): 7264–5 [2022-01-01]. PMID 15898746. doi:10.1021/ja043806y. （原始內容存檔於2008-09-07）.
