Титана́т ба́рия — соединение оксидов бария и титана BaTiO ₃ . Бариевая соль несуществующей в свободном виде метатитановой кислоты — H ₂ TiO ₃ . Кристаллическая модификация титаната бария со структурой перовскита является сегнетоэлектриком , обладающим и пьезоэлектрическим эффектом . 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 T _c = 120 °C диэлектрическая проницаемость следует закону Кюри-Вейсса: ${\displaystyle \varepsilon ={\frac {C}{T-T_{c}}},}$ где

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

C — постоянная Кюри , зависящая от вещества, (2900 для BaTiO ₃ ).

T — абсолютная температура в кельвинах ,

T _c — температура Кюри , К.

Титанат бария характеризуется высокими значениями диэлектрической проницаемости (до 10 ⁴ ; 1400±250 при н.у.); на его основе разработано несколько типов сегнетоэлектрической керамики, используемых для создания конденсаторов , , позисторов .

Кроме кубической модификации со структурой перовскита, известна гексагональная модификация титаната бария (пр. гр. P6 ₃ /mmc), устойчивая при температуре выше 1430 °C.

Получение

Титанат бария получают спеканием BaCO ₃ с TiO ₂ при 1100 °C:

${\displaystyle {\mathsf {BaCO_{3}+TiO_{2}\ \xrightarrow {} \ BaTiO_{3}+\ CO_{2}\uparrow {}}}}$

Для выращивания монокристаллов используется раствор BaCO ₃ и TiO ₂ в расплавах KF или BaCl ₂ .

Существует и пероксидный метод:

${\displaystyle {\mathsf {TiCl_{4}+BaCl_{2}+2H_{2}O_{2}+6NH_{4}OH\ \xrightarrow {} \ BaO_{2}O_{2}TiO\cdot 2H_{2}O\downarrow {}+6NH_{4}Cl+3H_{2}O}}}$

${\displaystyle {\mathsf {BaO_{2}O_{2}TiO\cdot 2H_{2}O\ {\xrightarrow[{}]{700^{o}C}}{}\ BaTiO_{3}+O_{2}\uparrow {}}}}$

Титанат бария также можно получить разложением барий-титанил оксалата Ba(TiO)(C ₂ O ₄ ) ₂ .

Применение

Титанат бария используется в качестве 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).
• 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

• С. А. Кутолин,А. И. Вулих, А. Е. Шаммасова. 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.)

п • • р Оксиды
H 2 O
Li 2 O LiCoO 2 Li 3 PaO 4 Li 5 PuO 6 Ba 2 LiNpO 6 LiAlO 2 Li 3 NpO 4 Li 2 NpO 4 Li 5 NpO 6 LiNbO 3	BeO											B 2 O 3	С 3 О 2 C 12 O 9 CO C 12 O 12 C 4 O 6 CO 2	N 2 O NO N 2 O 3 N 4 O 6 NO 2 N 2 O 4 N 2 O 5	O	F
Na 2 O NaPaO 3 NaAlO 2 Na 2 PtO 3	MgO											AlO Al 2 O 3 NaAlO 2 LiAlO 2 AlO(OH)	SiO SiO 2	P 4 O P 4 O 2 P 2 O 3 P 4 O 8 P 2 O 5	S 2 O SO SO 2 SO 3	Cl 2 O ClO 2 Cl 2 O 6 Cl 2 O 7
K 2 O K 2 PtO 3 KPaO 3	CaO Ca 3 OSiO 4 CaTiO 3	Sc 2 O 3	TiO Ti 2 O 3 TiO 2 TiOSO 4 CaTiO 3	VO V 2 O 3 V 3 O 5 VO 2 V 2 O 5	FeCr 2 O 4 CrO Cr 2 O 3 CrO 2 CrO 3 MgCr 2 O 4	MnO Mn 3 O 4 Mn 2 O 3 MnO(OH) Mn 5 O 8 MnO 2 MnO 3 Mn 2 O 7	FeCr 2 O 4 FeO Fe 3 O 4 Fe 2 O 3	CoFe 2 O 4 CoO Co 3 O 4 CoO(OH) Co 2 O 3 CoO 2	NiO NiFe 2 O 4 Ni 3 O 4 NiO(OH) Ni 2 O 3	Cu 2 O CuO CuFe 2 O 4 Cu 2 O 3 CuO 2	ZnO	Ga 2 O Ga 2 O 3	GeO GeO 2	As 2 O 3 As 2 O 4 As 2 O 5	SeOCl 2 SeOBr 2 SeO 2 Se 2 O 5 SeO 3	Br 2 O Br 2 O 3 BrO 2
Rb 2 O RbPaO 3 Rb 4 O 6	SrO	Y 2 O 3 YOF YOCl	ZrO(OH) 2 ZrO 2 ZrOS Zr 2 О 3 Сl 2	NbO Nb 2 O 3 NbO 2 Nb 2 O 5 Nb 2 O 3 (SO 4 ) 2 LiNbO 3	Mo 2 O 3 Mo 4 O 11 MoO 2 Mo 2 O 5 MoO 3	TcO 2 Tc 2 O 7	Ru 2 O 3 RuO 2 Ru 2 O 5 RuO 4	RhO Rh 2 O 3 RhO 2	PdO Pd 2 O 3 PdO 2	Ag 2 O Ag 2 O 2	Cd 2 O CdO	In 2 O InO In 2 O 3	SnO SnO 2	Sb 2 O 3 Sb 2 O 4 Hg 2 Sb 2 O 7 Sb 2 O 5	TeO 2 TeO 3	I 2 O 4 I 4 O 9 I 2 O 5
Cs 2 O Cs 2 ReCl 5 O	BaO BaPaO 3 BaPtO 3		HfO(OH) 2 HfO 2	Ta 2 O TaO TaO 2 Ta 2 O 5	WO 2 Br 2 WO 2 WO 2 Cl 2 WOBr 4 WOF 4 WOCl 4 WO 3	Re 2 O ReO Re 2 O 3 ReO 2 Re 2 O 5 ReO 3 Re 2 O 7	OsO Os 2 O 3 OsO 2 OsO 4	Ir 2 O 3 IrO 2	PtO Pt 3 O 4 Pt 2 O 3 PtO 2 K 2 PtO 3 Na 2 PtO 3 PtO 3	Au 2 O AuO Au 2 O 3	Hg 2 O HgO (Hg 3 O 2 )SO 4 Hg 2 O(CN) 2 Hg 2 Sb 2 O 7 Hg 3 O 2 Cl 2 Hg 5 O 4 Cl 2	Tl 2 O Tl 2 O 3	Pb 2 O PbO Pb 3 O 4 Pb 2 O 3 PbO 2	BiO Bi 2 O 3 Bi 2 O 4 Bi 2 O 5	PoO PoO 2 PoO 3	At
Fr	Ra		Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts
		↓
		La 2 O 2 S La 2 O 3	Ce 2 O 3 CeO 2	PrO Pr 2 O 2 S Pr 2 O 3 Pr 6 O 11 PrO 2	NdO Nd 2 O 2 S Nd 2 O 3 NdHO	Pm 2 O 3	SmO Sm 2 O 3	EuO Eu 3 O 4 Eu 2 O 3 EuO(OH) Eu 2 O 2 S	Gd 2 O 3	Tb	Dy 2 O 3	Ho 2 O 3 Ho 2 O 2 S	Er 2 O 3	Tm 2 O 3	YbO Yb 2 O 3	Lu 2 O 2 S Lu 2 O 3 LuO(OH)
		Ac 2 O 3	UO 2 UO 3 U 3 O 8	PaO PaO 2 Pa 2 O 5 PaOS	ThO 2	NpO NpO 2 Np 2 O 5 Np 3 O 8 NpO 3	PuO Pu 2 O 3 PuO 2 PuO 3 PuO 2 F 2	AmO 2	Cm 2 O 3 CmO 2	Bk 2 O 3	Cf 2 O 3	Es	Fm	Md	No	Lr