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二硼化铼
二硼化铼（ReB2）是一种合成超硬材料。它首次于1962年合成，[2]因有望达到与金刚石相若的硬度而再次受到重视。[3]报告所声称的超高硬度受到怀疑，[4]尽管这是一个定义问题，因为在最初的测试中二硼化铼能够刻劃金刚石。[3]
| 二硼化铼 | |
|---|---|
| IUPAC名 Rhenium diboride | |
| 识别 | |
| CAS号 | 12355-99-6 |
| PubChem | 57418167 |
| SMILES |
|
| InChI |
|
| InChIKey | OLXPHXSOQYDZNT-UHFFFAOYSA-N |
| 性质 | |
| 化学式 | ReB2 |
| 摩尔质量 | 207.83 g/mol g·mol⁻¹ |
| 外观 | 黑色粉末 |
| 密度 | 12.7 g/cm3 |
| 熔点 | 2400 °C（2673 K） |
| 溶解性（水） | none |
| 结构 | |
| 晶体结构 | 六方, 空间群P63/mmc. |
| 危险性 | |
| GHS危险性符号 [1] | |
| GHS提示词 | Warning[1] |
| H-术语 | H315, H319, H335[1] |
| P-术语 | P261, P280, P305+351+338, P304+340, P405, P501[1] |
| 若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。 | |
该化合物由耐高压的铼和硼的混合物形成，其中硼与铼形成短而坚固的共价键。
二硼化铼的生产方式与其他合成超硬材料（如立方氮化硼）不同，不涉及高压处理，因此生产成本比较低。然而，铼本身是一种稀缺且昂贵的金属。
合成 编辑
在标准大气压下，ReB2可以通过至少三种不同的方法合成：固态复分解、电弧熔化和直接加热元素。[3]
使用复分解反应时，三氯化铼和二硼化镁在惰性环境中混合加热，然后洗去副产物氯化镁。防止其他相合成（如Re7B3和Re3B）需要过量的硼。
使用电弧熔化法时，铼和硼粉在惰性环境中混合，并将强电流通过混合物。
使用直接反应法时，铼硼混合物在真空中密封，在高温下放置较长的时间（1000 °C，连续五天）。
根据X射线晶体学，最后两种方法可以直接生产ReB2，不会合成其他相。
性质 编辑
ReB2的硬度具有相当大的各向异性，因为它有六边形层状结构（见结构模型），其中c轴的各向异性最大。与莫氏硬度不同，ReB2的压入硬度（(HV ~ 22 GPa）[4]远低于金刚石，与碳化钨、碳化硅、二硼化钛或二硼化锆相若。[4]
ReB2非常坚硬有两个原因：高密度的价电子和大量的短共价键。[3][5]铼是价电子密度最高的过渡金属之一（476电子/nm3，锇为572电子/nm3，而金刚石为705电子/nm3）。[6]添加硼只需要让铼晶格扩大5%，因为较小的硼原子会填满铼原子之间的空间。此外，铼和硼的电负性很接近（鲍林标度：1.9和2.04），所以它们形成共价键，其中电子几乎平均共享。
参见 编辑
参考文献 编辑
- ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 . American Elements. [2018-08-02]. （原始内容存档于2022-01-01）.
- ^ La Placa, S. J.; Post, B. The crystal structure of rhenium diboride. Acta Crystallographica. 1962, 15 (2): 97. doi:10.1107/S0365110X62000298.
- ^ 3.0 3.1 3.2 3.3 Chung, Hsiu-Ying; et al. . Science. April 20, 2007, 316 (5823): 436–9 [2022-01-01]. Bibcode:2007Sci...316..436C. PMID 17446399. doi:10.1126/science.1139322. （原始内容存档于2007-10-01）.
- ^ 4.0 4.1 4.2 Qin, Jiaqian; He, Duanwei; Wang, Jianghua; Fang, Leiming; Lei, Li; Li, Yongjun; Hu, Juan; Kou, Zili; Bi, Yan. Is Rhenium Diboride a Superhard Material?. Advanced Materials. 2008, 20 (24): 4780. doi:10.1002/adma.200801471.
- ^ W. Zhou; H. Wu; T. Yildirim. Electronic, dynamical, and thermal properties of ultra-incompressible superhard rhenium diboride: A combined first-principles and neutron scattering study. Phys. Rev. B. 2007, 76 (18): 184113–184119. Bibcode:2007PhRvB..76r4113Z. arXiv:0708.3694 . doi:10.1103/PhysRevB.76.184113.
- ^ Cumberland, Robert W.; et al. . Journal of the American Chemical Society. April 27, 2005, 127 (20): 7264–5 [2022-01-01]. PMID 15898746. doi:10.1021/ja043806y. （原始内容存档于2008-09-07）.