Gali(III) oxide

Gali(III) oxide
Cấu trúc tinh thể β-Ga2O3
Mẫu tinh thể β-Ga2O3
Tên khácGali triOxide
Gali sesquiOxide
Nhận dạng
Số CAS12024-21-4
PubChem5139834
Số RTECSLW9650000
Ảnh Jmol-3Dảnh
SMILES
đầy đủ

  • O=[Ga]O[Ga]=O

InChI
đầy đủ
  • 1/2Ga.3O/rGa2O3/c3-1-5-2-4
ChemSpider139522
Thuộc tính
Công thức phân tửGa2O3
Khối lượng mol187,4442 g/mol[1]
Bề ngoàiBột tinh thể trắng
Khối lượng riêng6,44 g/cm³, alpha
5,88 g/cm³, beta
Điểm nóng chảy 1.900 °C (2.170 K; 3.450 °F) (alpha)
1.725 °C (3.137 °F; 1.998 K) (beta)[2]
Điểm sôi
Độ hòa tan trong nướckhông tan
Độ hòa tantan trong nhiều axit
Cấu trúc
Cấu trúc tinh thểα: Ba phương, hR30, nhóm không gian = R3c, No. 167[3]
β: Đơn nghiêng, mS20, nhóm không gian = C2/m, No. 12[4]
Hằng số mạnga = 0,49835 / 1,22247 nm, b = 0,49835 / 0,30403 nm, c = 0,53286 / 0,58088 nm
Nhiệt hóa học
Enthalpy
hình thành ΔfHo298		-1089,1 kJ/mol[5]
Entropy mol tiêu chuẩn So29885 J/mol·K[5]
Nhiệt dung92,1 J/mol·K[5]
Các nguy hiểm
Phân loại của EUkhông có danh sách
Trừ khi có ghi chú khác, dữ liệu được cung cấp cho các vật liệu trong trạng thái tiêu chuẩn của chúng (ở 25 °C [77 °F], 100 kPa).
KhôngN kiểm chứng (cái gì ☑YKhôngN ?)

Gali(III) Oxide là một hợp chất vô cơ với công thức hóa học Ga2O3. Nó tồn tại dưới nhiều dạng, tất cả chúng đều có màu trắng, các chất rắn không tan trong nước. Các vật liệu này được sử dụng trong các thiết bị bán dẫn[6] và vật liệu xốp[7].

Điều chế

Gali(III) Oxide được kết tủa dưới dạng hydrat hóa khi trung hoà dung dịch axit hoặc base của muối gali. Ngoài ra, nó được hình thành khi nung gali trong không khí hoặc bằng cách phân hủy nhiệt gali(III) nitrat ở nhiệt độ 200–250 ℃. Nó có thể xuất hiện ở năm dạng khác nhau, α, β, γ, δ, và ε. Trong những dạng này, β-Ga2O3 là dạng ổn định nhất[8].

  • β-Ga2O3 được điều chế bằng cách nung nitrat, acetat, oxalat hoặc các chất dẫn xuất hữu cơ khác ở nhiệt độ trên 1000 ℃.
  • α-Ga2O3 có thể thu được bằng cách nung nóng β-Ga2O3 ở áp suất 65 kbar và nhiệt độ 1100 ℃. Hình thức hydrat có thể được điều chế bằng cách phân huỷ kết tủa và gali(III) hydroxide ("già") ở nhiệt độ 500 ℃.
  • γ-Ga2O3 được điều chế bằng cách làm nóng nhanh hydroxide ở nhiệt độ 400–500 ℃. Một dạng tinh thể khác của đa hình này có thể được điều chế trực tiếp từ kim loại gali bằng tổng hợp solverothermal[9]
  • δ-Ga2O3 thu được bằng cách nung Ga(NO3)3 ở nhiệt độ 250 ℃.
  • ε-Ga2O3 được điều chế bằng cách nung nóng δ-Ga2O3 ở nhiệt độ 550 ℃.[8]

Phản ứng

Gali(III) Oxide là amphoteric[10]. Nó phản ứng với các Oxide kim loại kiềm ở nhiệt độ cao ví dụ như NaGaO2, và MgO, ZnO, CoO, NiO, CuO tạo thành các spinel, ví dụ: MgGa2O4[11]. Nó hòa tan trong kiềm mạnh để tạo thành một dung dịch của ion galat, Ga(OH)−
4.

Nó tác dụng với HCl rạo ra gali(III) chloride – GaCl3.[12]

Ga2O3 + 6 HCl → 2 GaCl3 + 3 H2O

Nó bị khử bởi hydro.[13] hoặc chính kim loại gali[14]

Ga2O3 + 2H2 → Ga2O + 2H2O
Ga2O3 + 4Ga → 3Ga2O

Cấu trúc

β-Ga2O3nóng chảy ở nhiệt độ 1900 ℃, là tinh thể ổn định nhất. Các ion Oxide trong một khối khép kín, và các ion gali(III) chiếm ở vị trí tứ diện và bát diện, với các khoảng cách liên kết Ga–O lần lượt là 1,83 và 2,00 Å.[15] α-Ga2O3 có cùng cấu trúc (corundum) như α-Al2O3.

γ-Ga2O3 có cấu trúc spinel biến dạng tương tự như γ-Al2O3[16].

Tiềm năng ứng dụng

Gali(III) Oxide đã được nghiên cứu trong việc sử dụng laser, phosphor và vật liệu phát quang[8]. Nó cũng đã được sử dụng như là một rào cản cách điện trong các nút giao thông[17]. β-Ga2O3 đơn thể được sử dụng trong các bộ cảm biến khí và phosphor phát quang và có thể được áp dụng cho lớp phủ điện môi cho pin mặt trời. Oxide ổn định này cũng cho thấy tiềm năng cho Oxide dẫn điện cực tím cực tím[18], và các ứng dụng bóng bán dẫn[19]

Màng mỏng Ga2O3 có tính thương mại là vật liệu nhạy cảm với khí ga và Ga2O3. Chiếu hình là một thủ tục có thể được sử dụng để xác định các chức năng quang học của β-Ga2O3[18].

β-Gali(III) Oxide được sử dụng trong sản xuất chất xúc tác Ga2O3–Al2O3[20].

Tham khảo

  1. ^ Haynes, William M. biên tập (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ấn bản thứ 92). Boca Raton, FL: CRC Press. tr. 4.64. ISBN 1439855110.
  2. ^ Patnaik, Pradyot (2002) Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill. ISBN 0-07-049439-8.
  3. ^ Eckert, L. J.; Bradt, R. C. (1973). “Thermal Expansion of Alpha Ga2O3”. Journal of the American Ceramic Society. 56 (4): 229. doi:10.1111/j.1151-2916.1973.tb12471.x.
  4. ^ Dohy, D.; Gavarri, J.R. (1983). “Oxyde β-Ga2O3: Champ de force, dilatation thermique, et rigidité anisotropes”. Journal of Solid State Chemistry. 49: 107. doi:10.1016/0022-4596(83)90222-0.
  5. ^ a b c Haynes, William M. biên tập (2011). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ấn bản thứ 92). Boca Raton, FL: CRC Press. tr. 5.12. ISBN 1439855110.
  6. ^ Dai, Zu Rong; Pan, Zheng Wei; Wang, Zhong L. (2003). “Novel nanostructures of functional oxides synthesized by thermal evaporation”. Advanced Functional Materials. 13: 9–24. doi:10.1002/adfm.200390013.
  7. ^ Dumbaugh, William H.; Lapp, Josef C. (1992). “Heavy-metal oxide glasses”. Journal of the American Ceramic Society. 75 (9): 2315–26. doi:10.1111/j.1151-2916.1992.tb05581.x.
  8. ^ a b c Bailar, J; Emeléus, H; Nyholm, R; Trotman-Dickenson, A. F. (1973). Comprehensive Inorganic Chemistry. Vol. 1, tr. 1091.
  9. ^ Playford, Helen Y.; Hannon, Alex C.; Barney, Emma R.; Walton, Richard I. (2013). “Structures of Uncharacterised Polymorphs of Gallium Oxide from Total Neutron Diffraction”. Chemistry – A European Journal. 19 (8): 2803. doi:10.1002/chem.201203359.
  10. ^ Ebbing, Darrell D.; Gammon, Steven D. (2010) General Chemistry, 9th ed., Thomson Brooks/Cole. ISBN 0538497521.
  11. ^ Downs, Anthony John (ed.) (1993) The Chemistry of Aluminium, Gallium, Indium and Thallium. Springer. ISBN 075140103X
  12. ^ Inorganic Reactions and Methods, the Formation of Bonds to Halogens (Part 2), J J Zuckerman (Ed.): A P Hagen, eBook, ngày 17 tháng 9 năm 2009, Wiley-VCH Verlag GmbH, ISBN 9780470145395.
  13. ^ Determination of Gallium in a Cerium Surrogate and in Drops from a Copper Collector by ICP as Model Studies for the Removal of Gallium from Plutonium, H. F. Koch, L. A. Girard, D. M. Roundhill – Atomic Spectroscopy, 1999, vol 20, 1, 30
  14. ^ Advances in Inorganic Chemistry and Radiochemistry, Volume 5, The chemistry of Gallium, N.N. Greenwood, ED H. J. Emeleus, A. G. Sharpe 1963, Elsevier, Academic Press.
  15. ^ King, R. B. (1994) Encyclopedia of Inorganic Chemistry. Vol. 3. p. 1256. ISBN 978-0-470-86078-6.
  16. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997), Chemistry of the Elements (ấn bản thứ 2), Oxford: Butterworth-Heinemann, tr. 247, ISBN 0-7506-3365-4
  17. ^ Dai, Z. R.; Pan, Z. W.; Wang, Z. L. (2002). “Gallium Oxide Nanoribbons and Nanosheets”. The Journal of Physical Chemistry B. 106 (5): 902. doi:10.1021/jp013228x.
  18. ^ a b Rebien, M; Henrion, W; Hong, M; Mannaerts, J; Fleischer, M (2002). “Optical properties of gallium oxide thin films”. Applied Physics Letters. 81 (2): 250. doi:10.1063/1.1491613.
  19. ^ Thomas, Stuart R.; Adamopoulos, George; Lin, Yen-Hung; Faber, Hendrik; Sygellou, Labrini; Stratakis, Emmanuel; Pliatsikas, Nikos; Patsalas, Panos A.; Anthopoulos, Thomas D (2014). “High electron mobility thin-film transistors based on Ga2O3 grown by atmospheric ultrasonic spray pyrolysis at low temperatures”. Applied Physics Letters. 105 (9): 092105. doi:10.1063/1.4894643.
  20. ^ Shimizu, Ken-Ichi; Takamatsu, Mikio; Nishi, Koji; Yoshida, Hisao; Satsuma, Atsushi; Tanaka, Tsunehiro; Yoshida, Satohiro; Hattori, Tadashi (1999). “Alumina-Supported Gallium Oxide Catalysts for NO Selective Reduction: Influence of the Local Structure of Surface Gallium Oxide Species on the Catalytic Activity”. The Journal of Physical Chemistry B. 103 (9): 1542. doi:10.1021/jp983790w.