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
IUPAC名
Rhenium diboride
識別
CAS號 12355-99-6  checkY
PubChem 57418167
SMILES
 
  • B#[Re]#B
InChI
 
  • InChI=1S/2B.Re
InChIKey OLXPHXSOQYDZNT-UHFFFAOYSA-N
性質
化學式 ReB2
莫耳質量 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 none
結構
晶體結構 六方, 空間群P63/mmc.
危險性
GHS危險性符號
《全球化學品統一分類和標籤制度》(簡稱「GHS」)中有害物質的標籤圖案[1]
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

 
二硼化錸,ReB2

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壓入硬度((HV ~ 22 GPa)[4]遠低於金剛石,與碳化鎢碳化矽二硼化鈦二硼化鋯相若。[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. ^ 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). 
  2. ^ La Placa, S. J.; Post, B. The crystal structure of rhenium diboride. Acta Crystallographica. 1962, 15 (2): 97. doi:10.1107/S0365110X62000298. 
  3. ^ 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. ^ 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. 
  5. ^ 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. 
  6. ^ 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).