Cerium(III)sulfid
-sulfide-A-polymorph-unit-cell-3D-bs-17.png)
|
|
| Namn | |
|---|---|
|
IUPAC namn
Cerium(III)sulfid
|
|
Andra namn
|
|
| Identifierare | |
|
3D-modell ( JSmol )
|
|
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard | 100.031.445 |
| EG-nummer |
|
|
PubChem CID
|
|
|
CompTox Dashboard ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Egenskaper | |
| Ce 2 S 3 | |
| Molar massa | 375,73 g/mol |
| Utseende | Röda/vinröda/svarta kristaller (beroende på polymorf) |
| Densitet | 5,18 g/cm 3 |
| Smältpunkt | 1 840 till 1 940 °C (3 340 till 3 520 °F; 2 110 till 2 210 K) |
| Kokpunkt | sönderdelas (vid 2300 °C) |
| olöslig | |
| Löslighet |
löslig i varm myr eller ättiksyra löslig i kall dil. HCl , HNO3 _ eller H2SO4 _ _ _ |
| Bandgap | 2,06 eV (γ - Ce2S3 ) |
|
Brytningsindex ( n D )
|
2,77 (589 nm) |
| Strukturera | |
|
ortorombisk (α-Ce 2 S 3 ) tetragonal (β-Ce 2 S 3 ) kubisk (γ-Ce 2 S 3 ) |
|
| Termokemi | |
|
Värmekapacitet ( C )
|
126,2 J.mol -1 -K -1 |
|
Std formationsentalpi ( Δ f H ⦵ 298 ) |
-1260 kJ·mol -1 |
|
Gibbs fri energi (Δ f G ⦵ )
|
-1230 kJ·mol -1 |
| Faror | |
| GHS- märkning : | |
|
|
| Varning | |
| H315 , H319 , H335 | |
| P261 , P280 , P305+P351+P338 | |
| Besläktade föreningar | |
|
Andra anjoner
|
Cerium(III)oxid , Cerium(III)selenid, Cerium(III)oxiselenid |
|
Andra katjoner
|
Samarium(III)sulfid , Praseodymium(III)sulfid |
|
Besläktade föreningar
|
Cerium(II)sulfid, Ce3S4 , Ceriumdisulfid , Ce2O2S |
|
Om inte annat anges ges data för material i standardtillstånd (vid 25 °C [77 °F], 100 kPa).
|
|
Cerium(III)sulfid , även känd som ceriumseskvisulfid , är en oorganisk förening med formeln Ce2S3 . Det är sulfidsaltet av cerium(III) och existerar som tre polymorfer med olika kristallstrukturer.
Dess höga smältpunkt (jämförbar med kiseldioxid eller aluminiumoxid ) och kemiskt inerta natur har lett till enstaka undersökningar av potentiell användning som ett eldfast material för deglar , men det har aldrig blivit allmänt använt för denna applikation.
Den distinkta röda färgen hos två av polymorferna (α- och β-Ce 2 S 3 ) och den tidigare nämnda kemiska stabiliteten upp till höga temperaturer har lett till en viss begränsad kommersiell användning som ett rött pigment (känd som ceriumsulfidrött).
Syntes
De äldsta synteserna som rapporterats för cerium(III)sulfid följer en typisk sällsynt jordartsmetallseskvisulfidbildningsväg , som innebär att motsvarande ceriumsesquioxid värms upp till 900–1100 °C i en atmosfär av svavelväte :
- Ce2O3 + 3 H2S → Ce2S3 + 3 H2O _ _ _ _
Nyare syntetiska förfaranden använder mindre giftig koldisulfidgas för sulfurisering, utgående från ceriumdioxid som reduceras av CS 2 -gasen vid temperaturer på 800–1000 °C:
- 6 CeO 2 + 5 CS 2 → 3 Ce 2 S 3 + 5 CO 2 + SO 2
Polymorfer
| Polymorf | T av bildning | Färg | Kristallsystem | Rymdgrupp | Gitterkonstanter |
|---|---|---|---|---|---|
| a - Ce2S3 _ | <900 °C | vinröd | Otorhombisk | Pnma (nr 62) | a = 7,63 Å, b = 4,12 Å, c = 15,71 Å |
| β - Ce2S3 _ | 900–1200 °C | röd | Tetragonal | I4 1 /acd (nr 142) | a = 15,37 Å, c = 20,35 Å |
| y - Ce2S3 _ | >1200°C | svart | Kubisk | I 4 3d (nr 220) | a = 8,63 Å |
Ce 2 S 3 finns i tre polymorfa former: α-Ce 2 S 3 ( ortorombisk , vinröd färg), β-Ce 2 S 3 ( tetragonal , röd färg), γ-Ce 2 S 3 ( kubisk , svart färg). De trimorfa Pr2S3 för är Nd2S3 . de analoga med kristallstrukturerna likaledes och
Att följa de syntetiska förfarandena som ges ovan kommer att ge mestadels α- och β- polymorferna, med andelen α-Ce 2 S 3 som ökar vid lägre temperaturer (~700–900 ° C) och med längre reaktionstider. α-formen kan irreversibelt omvandlas till β-Ce 2 S 3 genom vakuumuppvärmning vid 1200 °C i 7 timmar. Därefter erhålls γ- Ce2S3 från sintring av β- Ce2S3 - pulver via varmpressning vid en ännu högre temperatur (1700 °C) .
a polymorf
α-polymorfen av cerium(III)sulfid har samma struktur som α - Gd2S3 . Den innehåller både 7-koordinat och 8-koordinat ceriumjoner, Ce 3+ , med monocapped respektive bicapped trigonal prismatisk koordinationsgeometri . Sulfidjonerna, S 2− , är 5-koordinater. Två tredjedelar av dem antar en kvadratisk pyramidal geometri och en tredjedel antar en trigonal bipyramidal geometri .
| Cerium Ce1-koordination | Cerium Ce2-koordination | Svavel S1-koordination | Svavel S2-koordination | Svavel S3-koordination |
|---|---|---|---|---|
-sulfide-A-polymorph-Ce1-coord-3D-bs-17.png)
|
-sulfide-A-polymorph-Ce2-coord-3D-bs-17.png)
|
-sulfide-A-polymorph-S1-coord-3D-bs-17.png)
|
-sulfide-A-polymorph-S2-coord-3D-bs-17.png)
|
-sulfide-A-polymorph-S3-coord-3D-bs-17.png)
|
y polymorf
Th3P4 - strukturen polymorfen av cerium(III)sulfid antar en katjondefekt form av . 8 , . av de 9 metallpositionerna i med lediga Th3P4 - strukturen upptas av cerium i γ- Ce2S3 resten som platser Denna sammansättning kan representeras av formeln Ce 2,667 □ 0,333 S 4 . Ceriumjonerna är 8-koordinater medan sulfidjonerna är 6-koordinater (förvrängd oktaedrisk) .
Reaktioner
Vissa rapporterade reaktioner av cerium(III)sulfid är med vismutföreningar för att bilda supraledande kristallina material av M(O,F)BiS2- familjen (för M=Ce).
Reaktionen av Ce 2 S 3 med Bi 2 S 3 och Bi 2 O 3 i ett förseglat rör vid 950 ° C ger moderföreningen CeOBiS 2 :
- 3 Ce 2 S 3 + Bi 2 S 3 + 2 Bi 2 O 3 → 6 CeOBiS 2
Detta material är supraledande i sig, men egenskaperna kan förbättras om det doppas med fluor genom att inkludera BiF 3 i reaktionsblandningen.
Ansökningar
Eldfast material
Cerium(III)- och cerium(IV)sulfider undersöktes först på 1940-talet som en del av Manhattan-projektet , där de ansågs -men så småningom inte antogs - som avancerade eldfasta material. De föreslog användning som material i deglar för gjutning av uran och plutoniummetall .
Även om sulfidens egenskaper (hög smältpunkt och stor, stor negativ Δ f G° och kemisk tröghet) är lämpliga och cerium är ett relativt vanligt grundämne (66 ppm, ungefär lika mycket som koppar), är faran med den traditionella H 2 S- innefattande produktionsväg och svårigheten att kontrollera bildningen av den resulterande Ce2S3 / CeS fasta blandningen innebar att föreningen slutligen inte utvecklades vidare för sådana tillämpningar .
Pigment och andra användningsområden
Den huvudsakliga icke-forskningsanvändningen av cerium(III)sulfid är som ett oorganiskt specialpigment . De starka röda nyanserna av α- och β-Ce2S3, icke -prohibitiva kostnader för cerium och kemiskt inert beteende upp till hög temperatur är de faktorer som gör föreningen önskvärd som pigment .
har γ-Ce2S3 - polymorfen ett bandgap på 2,06 eV och hög Seebeck-koefficient , så det har föreslagits som en högtemperaturhalvledare för termoelektriska generatorer . En praktisk implementering av detta har hittills inte visats.