Титанат бария - NiNa.Az

Титана́т ба́рия — соединение оксидов бария и титана ${\displaystyle {\ce {BaTiO3}}}$. Бариевая соль несуществующей в свободном виде метатитановой кислоты — ${\displaystyle {\ce {H2TiO3}}}$. Кристаллическая модификация титаната бария со структурой перовскита является сегнетоэлектриком, обладающим и пьезоэлектрическим эффектом.

Титанат бария
Общие
Систематическое наименование	Титанат бария
Хим. формула	${\displaystyle {\ce {BaTiO3}}}$
Физические свойства
Молярная масса	233,192 г/моль
Плотность	6,02 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	1616 °C
Классификация
Рег. номер CAS	12047-27-7
PubChem	6101006 и 4437004
Рег. номер EINECS	234-975-0
SMILES	[Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-]
InChI	InChI=1S/Ba.3O.Ti/q+2;;2*-1; WNKMTAQXMLAYHX-UHFFFAOYSA-N
RTECS	XR1437333
ChemSpider	3636665
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

После открытия Б. М. Вулом в 1944 году сегнетоэлектрических свойств у титаната бария начался принципиально новый этап в исследовании сегнетоэлектриков.

Физические свойства

Титанат бария представляет собой бесцветные кристаллы. Нерастворим в воде.

При понижении температуры в кристаллах титаната бария происходит ряд последовательных сегнетоэлектрических фазовых переходов: при 120 °C они переходят из кубической (параэлектрической) фазы с пространственной группой Pm3m в тетрагональную полярную (сегнетоэлектрическую) фазу с пространственной группой P4mm, затем при 5 °C следует переход в орторомбическую полярную фазу с пространственной группой Amm2 и, наконец, при −90 °C — в ромбоэдрическую полярную фазу с пространственной группой R3m. Все три перехода — переходы первого рода, так что при изменении температуры диэлектрическая проницаемость меняется скачками. Выше температуры точки Кюри ${\displaystyle T_{c}}$ равной 120 °C диэлектрическая проницаемость следует закону Кюри — Вейсса:

${\displaystyle \varepsilon ={\frac {C}{T-T_{c}}},}$

где ${\displaystyle \varepsilon }$ — диэлектрическая проницаемость,

${\displaystyle C}$ — постоянная Кюри, зависящая от вещества, (для титаната бария равна 2900 K),

${\displaystyle T}$ — абсолютная температура в кельвинах.

Титанат бария характеризуется высокими значениями диэлектрической проницаемости (до 10⁴; 1400±250 при н.у.); на его основе разработано несколько типов сегнетоэлектрической керамики, используемых для создания конденсаторов, пьезоэлектрических датчиков, позисторов.

Кроме кубической модификации со структурой перовскита, известна гексагональная модификация титаната бария (пространственная группа P6₃/mmc), устойчивая при температуре выше 1430 °C.

Получение

Титанат бария получают спеканием карбоната бария (${\displaystyle {\ce {BaCO3}}}$) с диоксидом титана (${\displaystyle {\ce {TiO2}}}$) при 1100 °C:

${\displaystyle {\ce {BaCO3 + TiO2 -> BaTiO3 + CO2 ^}}}$.

Для выращивания монокристаллов используется раствор ${\displaystyle {\ce {BaCO3}}}$ и ${\displaystyle {\ce {TiO2}}}$ в расплавах фторида калия (${\displaystyle {\ce {KF}}}$) или хлорида бария (${\displaystyle {\ce {BaCl2}}}$).

Существует и пероксидный метод:

${\displaystyle {\ce {TiCl4 + BaCl2 + 2 H2O2 + 6 NH4OH -> BaO2O2TiO.2H2O v + 6 NH4Cl + 3 H2O,}}}$

${\displaystyle {\ce {BaO2O2TiO.2H2O->[700~{\ce {^{o}C}}]BaTiO3{}+O2{}+2H2O}}}$.

Титанат бария также можно получить разложением оксалата барий-титанила ${\displaystyle {\ce {Ba(TiO)(C2O4)2}}}$.

Применение

Титанат бария используется в качестве основы для диэлектрика при изготовлении керамических конденсаторов, а также в качестве материала для пьезоэлектрических микрофонов и пьезокерамических излучателей.

Литература

• Вул Б. М. ДАН СССР, т. 43, с. 308 (1944).
• Б. М. Вул. Вещества с высокой и сверхвысокой диэлектрической проницаемостью (рус.) // УФН. — 1967. — Ноябрь (т. 93, № 11). — С. 541—552. — ISSN 0042-1294. — doi:10.3367/UFNr.0093.196711n.0541. [исправить]
• Фесенко Е. Г. Семейство перовскита и сегнетоэлектричество. М.: Атомиздат, 1972.
• Веневцев Ю. Н., Политова Е. Д., Иванов С. А. Сегнето- и антисегнетоэлектрики семейства титаната бария. М.: Химия, 1985.
• Лайнс М., Гласс А. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы. М.: Мир, 1981.

Ссылки

• Кутолин С. А., Вулих А. И., Шаммасова А. Е. Способ синтеза титанатов щелочноземельных металлов.
• Method of Producing Salts of Alkaline Earth Metalls. — Английский патент 1.171.875 от 30.04.1968.- Chem. Abstr., v.72, 33824m,1970.

 (англ.)