Bariu și oxid de cupru de itriu
| Bariu și oxid de cupru de itriu | |
|---|---|
 | |
| Numele IUPAC | |
| cuprat de itriu de bariu | |
| Denumiri alternative | |
| YBCO, Y123 (învechit) | |
| Caracteristici generale | |
| Formula moleculară sau brută | YBa 2 Cu 3 O 7 |
| Greutatea formulei ( u ) | 666.19 |
| Aspect | negru solid |
| numar CAS | |
| Numărul EINECS | 619-720-7 |
| PubChem | 21871996 |
| Proprietăți fizico-chimice | |
| Densitate (g / cm 3 , în cs ) | 6.4 |
| Solubilitate în apă | insolubil |
| Temperatură de topire | > 1000 ° C |
| Informații de siguranță | |
| Simboluri de pericol chimic | |
 | |
| Expresii R. | 20/22 |
| Fraze S. | 28 |
Yttrium și bariu cuprat este compusul chimic cu formula yBa 2 Cu 3 O 7. Este o sare cristalină . Denumirea este prescurtată în mod obișnuit în Statele Unite ale Americii ca YBCO (inițiale ale elementelor constitutive) sau, de asemenea, Y123 (pentru stoichiometria itriului, bariului și metalelor cuprului conținute). În condiții normale, este un solid negru insolubil în apă. Acest material este renumit pentru că este primul care prezintă proprietăți supraconductoare la o temperatură peste punctul de fierbere al azotului lichid .
fundal
De la descoperirea superconductivității de către Kamerlingh Onnes în 1911 , timp de șaptezeci și cinci de ani au fost cunoscuți doar supraconductorii la temperaturi foarte scăzute, accesibile numai prin utilizarea heliului lichid. Dintre acestea, cei mai importanți supraconductori sunt cei pe bază de niobiu : reprezentantul acestei clase este Nb 3 Ge, urmat de niobiu-titan.
În jurul anului 1986 , cercetătorii Bednorz și Müller studiau noi tipuri de semiconductori la centrul de cercetare IBM din Zurich . În acel an au descoperit un cuprat semiconductor special care a devenit un superconductor la o temperatură mult mai mare decât superconductorii care erau cunoscuți până acum. În special, cupratul lor avea o structură cristalină de tip perovskit , dar în comparație cu acesta lipsea oxigenul. Anul următor cei doi cercetători au primit Premiul Nobel pentru fizică , datorită acestei descoperiri.
În 1987, Maw-Kuen Wu, de la Universitatea din Alabama la Huntsville , și Paul Chu, de la Universitatea din Houston , au descoperit că un cuprat special, un amestec de bariu și itriu (cu acronimul YBCO) avea o temperatură critică de aproximativ -180 ° C: Din nou, temperatura necesară pentru activarea supraconducției a fost mult mai mare decât de obicei. Primele probe ale acestei cuprat a avut o formulă brută : Y 1,2 Ba 0,8 CuO 4.
Cupratul mixt de itriu și bariu a fost primul material descoperit care are nevoie doar de răcire cu azot lichid pentru a activa supraconducția.
De fapt, materialele anterioare necesitau răcirea pe bază de heliu lichid, care era mult mai dificil de realizat și de întreținut.
Sinteza și proprietățile
Cupratul mixt de itriu și bariu relativ pur a fost preparat mai întâi prin încălzirea unui anumit amestec de carbonați metalici, la temperaturi cuprinse între 870 și 1100 ° C: [1] [2]
- 4BaCO 3 + Y 2 (CO 3 ) 3 + 6 CuCO 3 + (1 / 2− x ) O 2 → 2YBa 2 Cu 3 O 7− x + 13CO 2
Sintezele ulterioare au folosit oxizii sau nitrații corespunzători. [1] Un articol foarte interesant atât din punct de vedere istoric, cât și pentru studiul sintezei cupratului mixt de itriu și bariu, a fost publicat câteva luni mai târziu, în iulie 1987. Articolul, de Paul Grant, care a lucrat la centrul de cercetare IBM din Valea Almaden (lângă San Jose , California ), a fost publicat în New Scientist . [3] Acest articol conținea o rețetă pentru fabricarea acestui compus în caseta „Se agită și se coace” și reactivii în caseta „Unde se găsește”: se referă la Marea Britanie .
Proprietatea supraconductoare pentru cupratele de forma YBa 2 Cu 3 O 7− x este foarte sensibilă la cantitatea de oxigen conținută (notată cu x ). Conținutul de oxigen trebuie să fie mai mic de x ≤ 0,65. Când x ~ 0,07, materialul supraconduce la cea mai înaltă temperatură (-180 ° C). Câmpul magnetic care poate fi produs în acest mod devine, de asemenea, maxim. Câmpul magnetic în direcția paralelă cu planurile cuprate (de oxid de cupru : CuO 2 [4] este mai mare decât cel din direcția normală a planurilor.
Pe lângă faptul că sunt foarte sensibile la cantitatea de oxigen conținută, proprietățile acestor cuprate depind foarte mult de metoda de sinteză. Metoda standard este o sinterizare . Pentru a obține un material cristalin cu proprietăți adecvate, marginile boabelor trebuie aliniate între ele. Acest lucru este posibil numai cu un control atent al vitezei de recoacere și întărire a materialului.
De asemenea, au fost dezvoltate metode alternative, de exemplu bazate pe depunerea chimică a vaporilor [1] [2] și sol-gel [5]
Acidul trifluoroacetic este un agent de fluorurare, capabil să prevină formarea carbonatului de bariu nedorit. Folosind cea mai comună soluție de depunere chimică , au fost preparate pelicule subțiri de înaltă calitate. [6]
Structura
YBa 2 Cu 3 O 7 cristalizează într-o structură similară perovskitei , dar lipsită de oxigen. Structura perovskitei ar avea de fapt formula: YBa 2 Cu 3 O 9 .
Structura, la fel ca toate cupratele, este stratificată. Există două tipuri de coordonare pentru atomii de cupru, în funcție de coordonarea de către oxigen.
Prima coordonare a cuprului este o piramidă pătrată; atomul nu este situat exact la baza piramidei. Acest lucru determină formarea de planuri cuprate ușor ondulate (în figură, indicate ca „plane de cupru”). [1]
A doua coordonare, de tip plan pătrat, determină formarea de panglici, dispuse perpendicular pe planurile anterioare (în figură, indicate ca „panglici de cupru”).
Atomii de itriu se găsesc între planurile (de cupru), iar atomii de bariu se găsesc între panglici și planuri.
Aplicații
Cuprii sunt studiați pe scară largă, dar nu au găsit încă aplicații comerciale. Problemele majore privesc dificultatea sintetizării materialului cu o precizie care permite trecerea curenților de interes practic. [2]
Siguranță
Cupratul de bariu-itriu este un compus stabil.
Este dăunător prin inhalare și ingestie și irită pielea și membranele mucoase. Nu există date suficiente pentru a stabili proprietăți cancerigene. [7]
Notă
- ^ a b c d NN Greenwood, A. Earnshaw, Chimia elementelor , ediția a II-a, Oxford, Butterworth-Heinemann, 1997, ISBN 0-7506-3365-4 .
- ^ a b c Housecroft, Sharpe, Chimie anorganică , ediția a 3-a, Harlow, Pearson, 2008, ISBN 978-0-13-175553-6 .
- ^ Paul Grant, supraconductori Do-it-yourself , 30 iulie 1987
- ^ ) Câmp critic superior pentru YBa2Cu3O7 - dopat optim - δ , DOI : 10.1016 / j.physb.2004.01.098 .
- ^ Y.-K. Soare, I.-H. Oh, prepararea pulberilor supraconductoare YBa 2 Cu 3 O 7− x ultrafine prin metoda sol - gel asistată de poli (alcool vinilic). , în Ind. Ing. Chem. Rez. , Vol. 35, nr. 11, 1996, pp. 4296–4300, DOI : 10.1021 / ie950527y . Adus la 11 mai 2011 .
- ^ Castaño și colab., Filme subțiri de cuprat de ittrium de înaltă calitate , în Superconductor Science and Technology , vol. 16, 2003, pp. 45-53, DOI : 10.1088 / 0953-2048 / 16/1/309 . Adus în 2011 .
- ^ Alfa Aesar, Fișa tehnică de securitate YBCO ( PDF ), la alfa.com :. Adus la 11 mai 2011 .
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre bariul de itriu și oxidul de cupru
linkuri externe
- ( EN ) Bariu și oxid de itriu de cupru , pe Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
