Титанат бария

Титана́т ба́рия — соединение оксидов бария и титана BaTiO₃. Бариевая соль несуществующей в свободном виде метатитановой кислоты — H₂TiO₃. Кристаллическая модификация титаната бария со структурой перовскита является сегнетоэлектриком, обладающим фоторефрактивным и пьезоэлектрическим эффектом. После открытия Б. М. Вулом в 1944 году сегнетоэлектрических свойств у титаната бария начался принципиально новый этап в исследовании сегнетоэлектриков.

Титанат бария
Общие
Систематическое наименование	Титанат бария
Хим. формула	BaTiO3
Физические свойства
Молярная масса	233.192 г/моль
Плотность	6.02 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	1616 °C
Классификация
Рег. номер CAS	12047-27-7
PubChem	6101006 и 4437004
Рег. номер EINECS	234-975-0
SMILES	[Ba+2].[Ba+2].[O-][Ti]([O-])([O-])[O-]
InChI	InChI=1S/Ba.3O.Ti/q+2;;2*-1; WNKMTAQXMLAYHX-UHFFFAOYSA-N
RTECS	XR1437333
ChemSpider	3636665
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

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 BaTiO₃).

T — абсолютная температура в кельвинах,

T_c — температура Кюри, К.

Титанат бария характеризуется высокими значениями диэлектрической проницаемости (до 10⁴; 1400±250 при н.у.); на его основе разработано несколько типов сегнетоэлектрической керамики, используемых для создания конденсаторов, пьезоэлектрических датчиков, позисторов.

Кроме кубической модификации со структурой перовскита, известна гексагональная модификация титаната бария (пр. гр. P6₃/mmc), устойчивая при температуре выше 1430 °C.

Получение

Титанат бария получают спеканием BaCO₃ с TiO₂ при 1100 °C:

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

Для выращивания монокристаллов используется раствор BaCO₃ и TiO₂ в расплавах KF или BaCl₂.

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)(C₂O₄)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.)