氧化鎵
| 氧化鎵 | |
|---|---|
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| 別名 | 氧化鎵(III) 三氧化二鎵 |
| 識別 | |
| CAS號 | 12024-21-4 
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| PubChem | 5139834 |
| ChemSpider | 4313617 |
| SMILES |
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| InChI |
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| InChIKey | QZQVBEXLDFYHSR-OGCFUIRMAC |
| RTECS | LW9650000 |
| 性質 | |
| 化學式 | Ga2O3 |
| 摩爾質量 | 187.444 g·mol⁻¹ |
| 外觀 | 白色晶體粉末 |
| 密度 | 6.44 g/cm3（α） 5.88 g/cm3（β） |
| 熔點 | 1900 °C（2173 K） |
| 溶解性（水） | 難溶 |
| 溶解性 | 可溶於酸和鹼金屬氫氧化物溶液 |
| 結構[1][2] | |
| 晶體結構 | 單斜晶系，mS20 |
| 空間群 | C2/m（No. 12） |
| 晶格常數 | a = 1.2232 nm, b = 0.3041 nm, c = 0.5801 nm |
| 晶格常數 | α = 90°, β = 103.73°, γ = 90° |
| 熱力學[3] | |
| ΔfHm⦵298K | −1089.1 kJ/mol |
| S⦵298K | 85.0 J/(mol·K) |
| 熱容 | 92.1 J/(mol·K) |
| ΔfH⦵fus | 100 kJ/mol |
| 危險性 | |
| 歐盟分類 | 未列出 |
| 相關物質 | |
| 其他陰離子 | 硫化鎵 硒化鎵 碲化鎵 |
| 其他陽離子 | 氧化硼 氧化鋁 氧化銦 氧化鉈 |
| 相關化學品 | 氧化亞鎵 氫氧化鎵 |
| 若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。 | |
氧化鎵是鎵最穩定的氧化物，化學式為Ga2O3，是一種無機化合物，白色的晶體粉末，具有兩性。它是作為製造寬帶隙半導體的一部分。
製備
[編輯]氧化鎵可以通過在空氣中加熱金屬鎵或在200~250℃熱分解硝酸鎵得到。氧化鎵有五種形態——α, β, γ, δ和ε，其中β-Ga2O3是最穩定的形態。[4]
- 2 C + Ga2O3 → Ga2O + 2 CO
- Ga2O3 + 3 C → 2 Ga + 3 CO
- 2 Ga2O + 2 O2 → 2 Ga2O3
- 4 Ga + 3 O2 → 2 Ga2O3
- α-Ga2O3可以通過在65 kbar與1100℃加熱β-Ga2O3得到。其水合物可以通過在500℃分解沉澱並老化的氫氧化鎵得到。
- γ-Ga2O3通過在400~500℃迅速加熱氫氧化鎵凝膠得到。多晶體可以通過直接的溶劑熱反應製備。[6]
- δ-Ga2O3由Ga(NO3)3在250˚C熱分解得到。
- ε-Ga2O3可以通過550℃短暫加熱δ-Ga2O3 30分鐘得到。[4]
化學性質
[編輯]氧化鎵可以和鹼金屬氧化物在高溫反應，產生偏鎵酸鹽，如NaGaO2；和Mg、Zn、Co、Ni、Cu的氧化物加熱形成尖晶石型晶體，如MgGa2O4。[7]
它溶於鹼金屬氫氧化物溶液，形成Ga(OH)−
4羥基配離子。
它和氯化氫氣體在氬氣氣氛中反應，生成無水三氯化鎵GaCl3：[8]
- Ga2O3 + 6 HCl → 2 GaCl3 + 3 H2O
和氟氣反應，產生無水氟化鎵；溶於50%氫氟酸，生成氟化鎵的三水合物：[9]
- Ga2O3 + 6 HF → 2 GaF3·3H2O
它可以被氫氣還原為氧化亞鎵（一氧化鎵）Ga2O，[10]也可以被單質鎵還原：[11]
- Ga2O3 + 2 H2 → Ga2O + 2 H2O
- Ga2O3 + 4 Ga → 3 Ga2O
應用
[編輯]氧化鎵是一種重要的功能性材料。人們正在研究將它們用於雷射、螢光粉和發光材料，並且已證明它們具有催化特性，可作為半導體結中的絕緣屏障。[12]。
穩定的氧化物單斜晶系β-氧化鎵（III）用於氣體傳感器、螢光粉、發光材料和太陽能電池的電介質塗層。透明導體在深紫外線領域的應用潛力也已被證實。[13]
參看
[編輯]參考文獻
[編輯]- ^ Dohy, D.; Gavarri, J. R. Oxyde β-Ga2O3: Champ de force, dilatation thermique, et rigidité anisotropes. Journal of Solid State Chemistry. 1983, 49 (1): 107–117. Bibcode:1983JSSCh..49..107D. doi:10.1016/0022-4596(83)90222-0 （法語）.
- ^ Geller, S. Crystal Structure of β-Ga2O3. The Journal of Chemical Physics. 1 September 1960, 33 (3): 676–684. Bibcode:1960JChPh..33..676G. doi:10.1063/1.1731237.
- ^ Haynes, William M. CRC handbook of chemistry and physics: a ready-reference book of chemical and physical data 92nd. Boca Raton, FL.: CRC Press. 2011: 5.20, 6.157. ISBN 978-1-4398-5511-9. OCLC 730008390 （英語）.
- ^ 4.0 4.1 Bailar, J; Emeléus, H; Nyholm, R; Trotman-Dickenson, A. Comprehensive Inorganic Chemistry. 1973, 1, 1091
- ^ 郭彥, 吳強, 王喜章. 氧化鎵納米帶的合成和發光性質研究. 無機化學學報, 2005. 21(5)
- ^ Playford, H. Y; Hannon, A. C; Barney, E. R; Walton, R. I. Chem. Eur. J. 2013, 19, 2803
- ^ The Chemistry of Aluminium, Gallium, Indium and Thallium, Anthony John Downs, 1993, ISBN 075140103X , ISBN 978-0751401035
- ^ Inorganic Reactions and Methods, the Formation of Bonds to Halogens (Part 2), J J Zuckerman, Ed: A P Hagen, eBook, 17 September 2009, Wiley-VCH Verlag GmbH, ISBN 9780470145395
- ^ 無機化學叢書 第二卷 鈹 鹼土金屬 鋁 鎵分族. 科學出版社. pp 556. 2.12 氧化物、氫氧化物
- ^ Determination of Gallium in a Cerium Surrogate and in Drops from a Copper Collector by ICP as Model Studies for the Removal of Gallium from Plutonium, HF Koch, LA Girard, DM Roundhill - ATOMIC SPECTROSCOPY, 1999, vol 20, 1, 30
- ^ ADVANCES IN INORGANIC CHEMISTRY AND RADIOCHEMISTRY, Volume 5, The chemistry of Gallium, N.N. Greenwood, ED H. J. Emeleus, A. G. Sharpe 1963, Elsevier, Academic Press
- ^ Dai, Z; Pan, Z; Wang, Z. J. Phys. Chem. B. 2002, 106, 902.
- ^ Reiben, M; Henrion, W; Hong, M; Mannaerts, J; Fleischer, M. Applied Physics Letters. 2002, 81, 251.