Вольфрамат кадмия

Вольфрамат кадмия
Общие
Систематическое наименование	вольфрамат кадмия​(II)​
Сокращения	CWO
Традиционные названия	вольфрамовокислый кадмий
Хим. формула	CdWO4
Физические свойства
Состояние	бесцветные или желтоватые кристаллы
Молярная масса	360,25 г/моль
Плотность	7,9 г/см^3 (тв.)
Твёрдость	4—4,5
Термические свойства
Температура
• плавления	1325 °C
Химические свойства
Растворимость
• в воде	0,04642 г/100 мл (20 °C)
Оптические свойства
Показатель преломления	2,2—2,3
Классификация
Рег. номер CAS	7790-85-4
PubChem	4985693
Рег. номер EINECS	232-226-2
SMILES	[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Cd+2].[W+6]
InChI	InChI=1S/Cd.4O.W/q+2;4*-2;+6 ATCVLOXPNPKDKK-UHFFFAOYSA-N
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Вольфрама́т ка́дмия, вольфра̀мовоки́слый ка́дмий — кадмиевая соль вольфрамовой кислоты с химической формулой CdWO₄ (обозначается также CWO). Тяжёлый, нерастворимый в воде и неорганических кислотах, химически инертный кристаллический порошок.

Получение

Синтезируется из смеси оксида вольфрама(VI) WO₃ и оксида кадмия CdO при сильном нагреве:

${\displaystyle {\mathsf {WO_{3}+CdO{\xrightarrow {\sim 1000^{o}C}}CdWO_{4}}}}$

Ввиду летучести оксида кадмия, этот компонент берётся в количестве выше стехиометрического.

Может быть получен также как осадок из водных растворов солей кадмия(II) и растворимых вольфраматов^[1][2]:

${\displaystyle {\mathsf {Cd(NO_{3})_{2}+Na_{2}WO_{4}\ \longrightarrow {}\ CdWO_{4}\downarrow +\ 2\ NaNO_{3}}}}$

Физические свойства

Технический вольфрамат кадмия имеет жёлтый или жёлто-зелёный цвет, однако чрезвычайно чистые монокристаллы CdWO₄ прозрачны и бесцветны. Плотность 7,9—8,0 г/см³, температура плавления 1325 °C, коэффициент преломления 2,2—2,3 (проявляет двулучепреломление). Твёрдость по Моосу 4—4,5, гигроскопичность отсутствует. Объёмный модуль упругости при н.у. равен 123 ГПа^[3].

Кристаллы при нормальных условиях имеют структуру вольфрамита^[4]. Кристаллы моноклинной сингонии, пространственная группа P2/c, параметры ячейки a = 0,50289 нм, b = 0,58596 нм, c = 0,50715 нм, β = 91,519°, Z = 2, d = 8,0087 г/см³, объём ячейки 0,14939 нм^3[4]. В различных опубликованных измерениях были определены и несколько отличающиеся параметры решётки, дающие объём элементарной ячейки от 0,14884 до 0,14969 нм³ и соответственно кристаллографическую плотность в диапазоне 7,9926…8,038 г/см^3[4].

При повышении давления до 19,5 ГПа испытывает фазовый переход к структуре поствольфрамита P2₁/c с удвоением объёма элементарной ячейки^[3].

Разработаны методы выращивания больших (до 12 кг, ИНХ СОРАН) монокристаллов CWO. В НГУ были получены кристаллы массой до 20 кг^[5].

Использование

Вольфрамат кадмия люминесцирует под воздействием ионизирующего излучения; это свойство было обнаружено ещё в 1940-х годах^[6] и вскоре стало использоваться для создания детекторов излучения. Монокристаллы вольфрамата кадмия используются в качестве сцинтилляторов для детектирования ионизирующего излучения в ядерной физике, физике элементарных частиц, ядерной медицине (в частности, в позитронно-эмиссионной томографии). Спектр люминесценции CWO лежит в диапазоне 380—600 нм (при облучении гамма-квантами) и 380—680 нм (при облучении альфа-частицами)^[7], с максимумом на 480 нм. Благодаря большой плотности и высокому эффективному заряду ядра (Z=64)^[8] CdWO₄ хорошо поглощает гамма-кванты и рентген. Поэтому большие объёмы вольфрамата кадмия потребляются производителями рентгеновских систем безопасности и таможенного досмотра для просвета крупногабаритных грузов (контейнеры, автомобили, корабли, самолёты).

Высокое сечение радиоактивного захвата тепловых нейтронов одним из природных изотопов кадмия, ¹¹³Cd, позволяет использовать CdWO₄ в качестве детектора этих частиц (гамма-кванты, излучаемые кадмием-113 при захвате нейтрона, создают в кристалле CWO сцинтилляционную вспышку, которая детектируется соответствующим фотоприёмником). Световыход сцинтиллятора составляет около 40 % от световыхода NaI(Tl) и почти не зависит от температуры в диапазоне от 0 до 100 °C, что способствует использованию CdWO₄ для гамма-каротажа в скважинах при высоких температурах окружающей среды.

Высокая радиационная чистота вольфрамата кадмия позволяет использовать его для сверхнизкофоновых ядерных детекторов, применяемых для детектирования гипотетических частиц тёмной материи, редких ядерных распадов и т. д. (так, чрезвычайно редкая природная альфа-радиоактивность вольфрама (альфа-распад ¹⁸⁰W) была обнаружена^[9] в 2003 году с использованием такого детектора). Применение вольфрамата кадмия как сцинтиллятора осложняется относительно большим временем высвечивания (12−15 мкс)^[10], что не позволяет использовать его в детекторах с высокой скоростью счёта. Проявляемая вольфраматом кадмия различная зависимость высвечивания от времени для альфа- и бета-частиц позволяет эффективно разделять частицы по типу^[11].

См. также

Соединения вольфрама

Соединения вольфрама по алфавиту

Бориды вольфрама

Вольфраматы

Интерметаллиды вольфрама

Карбиды вольфрама

Карбонильные комплексы вольфрама

Минералы вольфрама

Нитриды вольфрама

Оксиды вольфрама

Силициды вольфрама

Соли вольфрама

Фосфиды вольфрама

Арсенид вольфрама

Ферровольфрам

Примечания

1. S. Mostafa Hosseinpour-Mashkani, Ali Sobhani-Nasab: A simple sonochemical synthesis and characterization of CdWO₄ nanoparticles and its photocatalytic application. In: Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 27, 2016, P. 3240, doi:10.1007/s10854-015-4150-5.
2. Yonggang WANG, Linlin YANG, Yujiang WANG, Xin XU, Xiaofeng WANG: Controllable synthesis of CdWO₄ nanorods and nanowires via a surfactant-free hydrothermal method. In: Journal of the Ceramic Society of Japan. 120, 2012, P. 259, doi:10.2109/jcersj2.120.259.
3. Ruiz-Fuertes J., Friedrich A., Errandonea D., Segura A., Morgenroth W., Rodríguez-Hernández P., Muñoz A., Meng Y. Optical and structural study of the pressure-induced phase transition of CdWO₄ // Physical Review B. — 2017. — Vol. 95. — ISSN 2469-9950. — doi:10.1103/PhysRevB.95.174105. [исправить]
4. Abraham Y., Holzwarth N. A. W., Williams R. T. Electronic structure and optical properties of CdMoO₄ and CdWO₄ // Physical Review B. — 2000. — Vol. 62. — P. 1733—1741. — ISSN 0163-1829. — doi:10.1103/PhysRevB.62.1733. [исправить]
5. Galashov et al., 2014.
6. Kroeger, F. A. Some Aspects of the Luminescence of Solids (англ.). — Elsevier, 1948.
7. Bardelli et al., 2006, p. 747.
8. Burachas et al., 1996, p. 164.
9. Danevich F. A. et al. α activity of natural tungsten isotopes (англ.) // Phys. Rev. C : journal. — 2003. — Vol. 67. — P. 014310. — doi:10.1103/PhysRevC.67.014310.
10. Burachas et al., 1996, p. 165.
11. Fazzini T. et al. Pulse-shape discrimination with CdWO₄ crystal scintillators (англ.) // Nucl. Instrum. and Methods in Phys. Research A^[англ.] : journal. — 1998. — Vol. 410. — P. 213—219.

Литература

• Galashov E. N. et al.  Growth of CdWO₄ crystals by the low thermal gradient Czochralski technique and the properties of a (0 1 0) cleaved surface // Journal of Crystal Growth. — 2014. — Vol. 401. — P. 156—159. — doi:10.1016/j.jcrysgro.2014.01.029.
• Bardelli L. et al.  Further study of CdWO₄ crystal scintillators as detectors for high sensitivity 2β experiments: Scintillation properties and pulse-shape discrimination // Nucl. Instrum. and Methods in Phys. Research A. — 2006. — Vol. 569. — P. 743—753. — doi:10.1016/j.nima.2006.09.094.
• Burachas S. F. et al.  Large volume CdWO₄ crystal scintillators // Nucl. Instrum. and Methods in Phys. Research A. — 1996. — Vol. 369. — P. 164—168.