Boran baru

Boran baru
Ogólne informacje
Wzór sumaryczny

Ba(BO
2)
2

Masa molowa

222,95 g/mol

Wygląd

biały proszek lub bezbarwne kryształy

Identyfikacja
Numer CAS

13701-59-2

PubChem

6101043

Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
stanu standardowego (25 °C, 1000 hPa)

Boran baru, Ba(BO
2)
2 – nieorganiczny związek chemiczny, sól barowa kwasu metaborowego. Występuje w postaci hydratów lub odwodnionej, jako biały proszek lub bezbarwne kryształy. Jest bezzapachowy i niepalny. Kryształy bezwodne występują w wysokotemperaturowej fazie α i w fazie niskotemperaturowej β; obie fazy są dwójłomne. Jest materiałem nieliniowym optycznie.

Właściwości

Struktura krystaliczna boranu boru widziana prawie prostopadle do osi c. Kolory: zielony – Ba, różowy – B, czerwony – O
Boran baru widziany wzdłuż osi c

Boran baru występuje w dwóch głównych postaciach krystalicznych α i β. Niskotemperaturowa faza βprzekształca się w fazę alfa po ogrzaniu do 925 °C. Twardość Mohsa obu faz wynosi 4,5. β-Boran baru różni się od formy α pozycjami jonów baru w krysztale. Obie fazy są dwójłomne, jednak faza α ma symetrię środkową, a zatem nie ma takich samych nieliniowych właściwości jak faza β[5].

α-Boran baru jest materiałem optycznym o bardzo szerokim oknie transmisji optycznej od około 190 do 3500 nanometrów. Ma dobre właściwości mechaniczne i znajduje zastosowanie w ultrafioletowej optyce polaryzacyjnej wysokiej mocy[6]; α-boran baru może zastąpić kalcyt, dwutlenek tytanu lub niobian litu m.in. w pryzmacie Glana-Taylora, pryzmacie Glana-Thompsona, dzielniku wiązki, komórce Pockelsa i innych komponentach optycznych. α-Boran baru ma niską higroskopijność. Jego próg (gęstości mocy) uszkodzenia wynosi 1 GW/cm² przy 1064 nm i 500 MW/cm² przy 355 nm[1].

β-Boran baru, β-BaB
2O
4, jest nieliniowym materiałem optycznym przezroczystym w zakresie ~ 190–3300 nm. Może być użyty w procesie fluorescencji parametrycznej.

Boran baru ma silnie ujemną dwójłomność jednoosiową i może być dopasowany fazowo dla generacji drugiej harmonicznej w zakresie od 409,6 do 3500 nm. Zależność temperaturowa współczynników załamania światła w boranie baru jest niska, co pozwala na niezwykle dużą (55 °C) temperaturę pasma ww. dopasowania fazy[2].

Otrzymywanie

Boran baru można otrzymać w reakcji (w ciele stałym) kwasu borowego z azotanem baru Ba(NO
3)
2 lub węglanem baru BaCO
3, lub w reakcji chlorku baru BaCl
2 z kwasem borowym lub boraksem, a także w wyniku równoczesnej hydrolizy alkoholanów boru i baru. Kolejną metodą jest piroliza krystalicznych związków organicznych zawierających kwas borowy i jony baru związane koordynacyjnie z dihydroksylowymi pochodnymi fenolowymi. We wszystkich tych podejściach w uzyskanym produkcie trudno zachować właściwy stosunek B:Ba = 2:1[7].

Produkt o właściwej stechiometrii można uzyskać w reakcji roztworu wodnego kwasu borowego z wodorotlenkiem baru. Otrzymany γ-boran baru zawiera woda krystalizacyjną, którą można usunąć przez ogrzewanie do 300–400 °C. Kalcynacja w około 600–800 °C powoduje całkowitą konwersję do postaci β. Boran baru przygotowany tą metodą nie zawiera śladowych ilości BaB2O2[7].

Kryształy boranu baru dla optyki nieliniowej można wyhodować ze stopionego stopu boranu baru, tlenku sodu i chlorku sodu[8].

Cienką warstwę z boranu baru można wytwarzać metodą epitaksji z fazy gazowej z użyciem związków metaloorganicznych przy zastosowaniu Ba[BH(pz)
3]
2 na bazie pirazolu. Różne fazy można uzyskać w zależności od temperatury osadzania[9]. Cienkie warstwy β-boranu baru można wytwarzać za pomocą zolu-żelu[10]. Monohydrat boranu baru wytwarza się z roztworu siarczku baru i tetraboranu sodu; jest to biały proszek, stosowany jako dodatek do farb jako opóźniacz palenia, środek antygrzybiczy i przeciwkorozyjny. Jest również używany jako biały pigment.

Dihydrat boranu baru otrzymuje się z roztworu tetraboranu sodu i chlorku baru w temperaturze 90–95 °C. Po ochłodzeniu do temperatury pokojowej wytrąca się biały proszek. Traci on wodę krystalizacyjną w temperaturze powyżej 140 °C. Jest stosowany jako opóźniacz palenia w farbach, tekstyliach i papierze[11].

Zastosowanie

Boran baru jest popularnym nieliniowym kryształem optycznym. Z β-boranu baru można wytwarzać fotony splątane kwantowo.

Boran baru stosuje się jako topnik w ilości około 2% w niektórych recepturach ceramik stosowanych w kondensatorach ceramicznych (dielektryki klasy 2 EIA), jak tytanian baru i cyrkonian ołowiu. Stosunek B:Ba ma kluczowy wpływ na działanie topnika; zawartość BaB
2O
2 (zanieczyszczenie obecne w produktach uzyskanych przez pirolizę związków organicznych) wpływa niekorzystnie na wydajność topnika[7][12].

Szkło z boranu baru i popiołu lotnego może być użyte jako ekran dla promieniowania jonizującego. Takie szkła mają lepsze właściwości niż beton (i inne ekrany z boranu baru)[13].

Boran baru jest odporny na promieniowanie ultrafioletowe. W PCV może działać jako stabilizator chroniący tworzywo sztuczne przed degradacją w ultrafiolecie[14].

Boran baru jest bakteriobójczy i grzybobójczy[15]. Dodawany jest do farb, powłok, klejów, tworzyw sztucznych i produktów papierniczych. Rozpuszczalność boranu baru stanowi wadę, gdy stosuje się go jako pigment. Właściwości alkaliczne i właściwości anodowej pasywacji jonu kwasu borowego wzmacniają działanie antykorozyjne. Boran baru wykazuje działanie synergiczne z boranem cynku[16].

Hurtowo dostępny pigment metaboranu baru występuje w trzech klasach: stopień I to sam metaboran baru, stopień II jest zmieszany z 27% tlenku cynku, a stopień III jest zmieszany z 18% tlenku cynku i 29% siarczanu wapnia.

Przypisy

  1. ↑ a b Barium Borate a-BBO Crystal, casix.com [zarchiwizowane z adresu 2008-05-17] (ang.).
  2. ↑ a b BBO Crystals – Beta Barium Borate and Lithium Borate. clevelandcrystals.com. [zarchiwizowane z tego adresu (2008-07-04)]..
  3. ↑ Dai Guiqin i inni, Thermal Expansion of the Low-Temperature Form of BaB2O4, „Journal of the American Ceramic Society”, 73 (8), 1990, s. 2526–2527, DOI: 10.1111/j.1151-2916.1990.tb07626.x.
  4. ↑ Barium metaborate monohydrate (nr 433454) – karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich (Merck KGaA) na obszar Polski. [dostęp 2019-03-12]. (przeczytaj, jeśli nie wyświetla się prawidłowa wersja karty charakterystyki)
  5. ↑ D.N. Nikogosyan, Beta barium borate (BBO), „Applied Physics A”, 52 (6), 1991, s. 359–368, DOI: 10.1007/BF00323647, Bibcode: 1991ApPhA..52..359N (ang.).
  6. ↑ Alpha Barium Borate (α-BaB2O4), α-BBO, www.roditi.com [dostęp 2019-03-12] (ang.).
  7. ↑ a b c Sidney D.Ross: Barium borate preparation. Patent US 4897249. patents.google.com, 1990-01-30. [dostęp 2019-03-12]. (ang.).
  8. ↑ Devlin M. Gualtieri, Bruce H.T. Chai: High temperature solution growth of barium borate (β-BaB2O4). Patent US 4931133. patents.google.com, 1990-06-05. [dostęp 2019-03-12]. (ang.).
  9. ↑ G. Malandrino, R. Lo Nigro, I.L. Fragalà, An MOCVD Route to Barium Borate Thin Films from a Barium Hydro-tri(1-pyrazolyl)borate Single-Source Precursor, „Chemical Vapor Deposition”, 13 (11), 2007, s. 651–655, DOI: 10.1002/cvde.200706611 (ang.).
  10. ↑ C. Lu, S.S. Dimov, R.H. Lipson, Poly(vinyl pyrrolidone)-Assisted Sol–Gel Deposition of Quality β-Barium Borate Thin Films for Photonics Applications, „Chem. Mater.”, 19 (20), 2007, s. 5018–5022, DOI: 10.1021/cm071037m (ang.).
  11. ↑ Dale L. Perry, Sidney L. Phillips, Handbook of inorganic compounds, „Nature”, 177 (4510), CRC Press, 1995, s. 3, DOI: 10.1038/177639a0, ISBN 978-0-8493-8671-8, Bibcode: 1956Natur.177..639. (ang.).
  12. ↑ K. Singh, Aruna Indurkar, Dielectrics of lead zirconate bonded with barium borate glass, „Bulletin of Materials Science”, 11 (1), 1988, s. 55–61, DOI: 10.1007/BF02744501 (ang.).
  13. ↑ Sukhpal Singh i inni, Barium-borate-flyash glasses: As radiation shielding materials, „Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section B”, 266 (1), 2008, s. 140–146, DOI: 10.1016/j.nimb.2007.10.018, Bibcode: 2008NIMPB.266..140S.
  14. ↑ Mark S. Koskiniemi: Calcium pyroborate as a microbicide for plastics. Patent US 5482989. patents.google.com, 1996-01-09. [dostęp 2019-03-12]. (ang.).
  15. ↑ Henry Warson, C.A. Finch: Applications of Synthetic Resin Latices: Latices in surface castings: emulsion paints. John Wiley and Sons, 2001, s. 885. ISBN 978-0-471-95461-3. [dostęp 2012-01-15].
  16. ↑ J.V. Koleske: Paint and coating testing manual: fourteenth edition of the Gardner-Sward handbook. T. 17. ASTM International, 1995. ISBN 978-0-8031-2060-0.

Media użyte na tej stronie

BBOstructure2.png
Autor: Materialscientist, Licencja: CC BY-SA 3.0
Crystal structure of β-BaB2O4 (BBO) viewed along the the c-axis. Colors: green - Ba, pink - B, red - O. (1990). "Thermal Expansion of the Low-Temperature Form of BaB2O4". Journal of the American Ceramic Society 73 (8): 2526–2527. DOI:10.1111/j.1151-2916.1990.tb07626.x.
BBOstructure1.png
Autor: Materialscientist, Licencja: CC BY-SA 3.0
Crystal structure of β-BaB2O4 (BBO) viewed nearly perpendicular to the c-axis. Colors: green - Ba, pink - B, red - O. "Thermal Expansion of the Low-Temperature Form of BaB2O4". Journal of the American Ceramic Society 73 (8): 2526–2527year= 1990. DOI:10.1111/j.1151-2916.1990.tb07626.x.