Gali(III) oxide

Gali(III) oxide
Cấu trúc tinh thể β-Ga2O3
Mẫu tinh thể β-Ga2O3
Tên khác	Gali triOxide Gali sesquiOxide
Nhận dạng
Số CAS	12024-21-4
PubChem	5139834
Số RTECS	LW9650000
Ảnh Jmol-3D	ảnh
SMILES	đầy đủ O=[Ga]O[Ga]=O
InChI	đầy đủ 1/2Ga.3O/rGa2O3/c3-1-5-2-4
ChemSpider	139522
Thuộc tính
Công thức phân tử	Ga2O3
Khối lượng mol	187,4442 g/mol[1]
Bề ngoài	Bột tinh thể trắng
Khối lượng riêng	6,44 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 nước	không tan
Độ hòa tan	tan trong nhiều axit
Cấu trúc
Cấu trúc tinh thể	α: Ba phương, hR30, nhóm không gian = R3c, No. 167[3] β: Đơn nghiêng, mS20, nhóm không gian = C2/m, No. 12[4]
Hằng số mạng	a = 0,49835 / 1,22247 nm, b = 0,49835 / 0,30403 nm, c = 0,53286 / 0,58088 nm
Nhiệt hóa học
Enthalpy hình thành ΔfH^o298	-1089,1 kJ/mol[5]
Entropy mol tiêu chuẩn S^o298	85 J/mol·K[5]
Nhiệt dung	92,1 J/mol·K[5]
Các nguy hiểm
Phân loại của EU	không 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). N kiểm chứng (cái gì ^YN ?) Tham khảo hộp thông tin

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. ^ 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. ^ 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. ^ 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.