Синтез и исследование свойств соединения YbMn2Sb2 Текст научной статьи по специальности «Химические науки»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН _2015, том 58, №10_

ФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

УДК 546.861.7

М.Н.Абдусалямова, М.А.Бадалова, Х.Б.Кабгов, Ф.А.Махмудов

СИНТЕЗ И ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ СОЕДИНЕНИЯ YbMn2Sb2

Институт химии им. В.И.Никитина АН Республики Таджикистан

(Представлено академиком АН Республики Таджикистан Д.Н.Пачаджановым 04.05.22015 г.)

Приведены данные по синтезу и физико-химическим свойствам нового неорганического соединения YbMn2Sb2. Определена кристаллическая структура, найдены параметры решётки. Исследованы термические и термодинамические свойства.

Ключевые слова: редкоземельные элементы - сурьма - марганец - структура - термоэлектрические материалы.

В последние годы повышенный интерес к природе двойных и тройных соединений редкоземельных элементов с сурьмой и марганцем обусловлен проявлением ими интересных термоэлектрических свойств, открывающих перспективу быть использованными в качестве высокотемпературных термоэлектриков [1,2]. Фазовые диаграммы выражают в наиболее концентрированном виде взаимодействие между компонентами [3]. Они указывают на полную или неполную растворимость в жидком состоянии, наличие или отсутствие твёрдых растворов, на образование соединений [4,5].

При построении системы Yb-Mn-Sb было обнаружено новое соединение YbMn2Sb2 [6].

Целью данной работы явилось получение и исследование свойств YbMn2Sb2.

Синтез YbMn2Sb2

Соединение YbMn2Sb2 получали из чистых металлов. Смесь компонентов рассчитывалась в стехиометрических количествах. Брали навески в стеклографитовый тигель, помещали в кварцевую ампулу, откачивали и запаивали. Запаянную ампулу устанавливали в печь и нагревали со скоростью 200°С/час до 500°С и выдерживали при этой температуре 6 часов затем опять нагревали с такой же скоростью до 1000°С и выдерживали при этой температуре 6 часов Затем ампулу охлаждали со скоростью 2°С/час до комнатной температуры.

Рентгеноструктурный анализ

Дифрактограммы записывались с растёртых в порошок 20-30 мг образцов на дифрактометре Philips PW1830 с монохроматическим излучением CuKa в области углов 20° <29 < 70°.

Адрес для корреспонденции: Абдусалямова Махсуда Негматуллаевна. 734063, Республика Таджикистан, г.Душанбе, ул. Айни 299/2, Институт химии АНРТ. E-mail: amaksuda@list.ru

Рис.1. Дифрактограмма УЬМп^Ь2.

Соединение УЬМп^Ь2 кристаллизуется в тетрагональной структуре, параметры решётки: а= 4.530(4) А, с=7.439(4)А.

Термические свойства

Поскольку для таких соединений термическая стабильность является одним из основных функциональных свойств, то были определены температуры плавления, исследовано термическое расширение и найдены коэффициенты термического расширения и температуры Дебая.

Термический анализ выполняли с образцами в 2-3 мг, эксперимент повторяли для надёжности 3-5 раз с каждым образцом в установке с давлением инертного газа 7 атм. Соединение УЬMn2SЬ2 плавится конгруэнтно при температуре 1540±20°С.

Термическое расширение исследовалось в интервале 20-750°С. Коэффициент термического расширения был рассчитан по тангенсу угла наклона соответствующей прямой (рис.2).

Рис.2. Зависимость AL/L0 УЬМп^Ь2 от температуры.

Значения коэффициента термического расширения использовали для расчёта характеристической температуры Дебая по формуле:

0 = 0 Б

19.37

где:

А - среднеквадратичный атомный вес; V - молекулярный объём; а - коэффициент термического расширения;

Определён коэффициент термического расширения а = 20Л0"бград._1 Рассчитана характеристическая температура Дебая 0О =156 К.

Термодинамические характеристики Исследование кинетики окисления УЬМп28Ь2

Исследование проведено методом термогравиметрии, основанной на непрерывном взвешивания массы образца при постоянной температуре. Исследование проведено в атмосфере воздуха при температурах 773, 873 и 973К (рис. 3).

О 10 20 30 40 Х.ччм

Рис.3. Кинетические кривые окисления соединения УЬМп ^Ь2.

Таблица 1

Кинетические и энергетические параметры процесса окисления соединения УЬМп^Ь2

Состав сплава Температура окисления, К Скорость окисления, К*10-4 кг/м2*сек Кажущаяся энергия активации, кДж/моль

773 1.94

УЬМп^Ь2 873 2.19 113.11

973 2.63

Калориметрическое исследование УЬМп28Ь2

Проведены калориметрические исследования по подбору оптимальных условий эксперимента и определению теплоты растворения соединения УЬМп^Ь2.

В условиях наших экспериментов навеска исследуемых сплавов составляла в интервалах 0.040.3 г.

Оптимальным растворителем оказался раствор, полученный при объёмном соотношении 3:1 концентрированных растворов соляной (С=35.4% масс) и азотной кислот (С=67% масс). Общий объём растворителя составил 100 см3.

Полное растворение сплавов с необходимой скоростью в течение 5-7 мин достигается при температуре 313 К.

Условия и результаты определения энтальпии растворения соединения УЬМп28Ь2 приведены в

табл. 2.

Таблица 2

Условия и энтальпия растворения сплава тройной системы УЬМп28Ь2

Состав сплава Масса образца, г Молярная масса, г/моль Теплота растворения образца, Дж Энтальпия растворения (AH Sol), кДж/моль Среднее значение, кДж/моль

0.100 0.195 0.205

YbMn2Sb2 0.2008 105.28 0.423 0.222 0.210

0.3011 0.579 0.204

Работа проведена при финансовой поддержке Международного научно-технического центра (МНТЦ), проект Т-2067.

Поступило 04.05.2015 г.

ЛИТЕРАТУРА

1. Yu C., Zhu J., Yang S.H., Shen J.J.and Zhao X.B. Preparation and thermoelectric properties of polycrys-talline nonstoichiometric Ybi4 MnSbn - Phys. Status Solid RRL, 2010, v.4, p.212.

2. Tanghong Y, Klavins Peter, Abdusalyamova M.N., Makhmudov F., Kauzlarich S.M. Magnetic and transport properties of Te doped Yb14MnSb11. - Journal of Materials Chemistry, 2012, v.22, pp.1437814384.

3. Brown S.R., Kauzlarich S.M., Gascoin F., Shyder G.J. "Yb14MnSb11" - new high efficiency thermoelectric materials for power generation. - Chem.Mater., 2006, v.16, p.1873.

4. Джуринский Б.Ф., Бандуркин Г.А. Периодичность свойств лантаноидов и неорганические материалы. - Изв. АН СССР. Неорган. мат-лы, 1979, т.15, №6, с.1024-1027.

5. Бандуркин Г.А., Джуринский Б.Ф., О закономерностях в структурых свойствах соединений редкоземельных элементов в связи со строением их атомов. - ДАН СССР, 1966, т.168, №6, с.1315-1318.

6. Abdusalyamova M.N., Vasilyeva I.G., Kauzlarich S.M. Phase relations in Yb-Mn-Sb and vEu-Mn-Sb systems. - J.Physica Chemistry, v.2, №1, pp.1-9.

М.Н.Абдусаломова, М.А.Бадалова, ^.Б.Кабгов, Ф.А.Махмудов ^ОСИЛ КАРДАН ВА ОМУЗИШИ ХОСИЯТ^ОИ ПАЙВАСТАГИИ УЬМт8Ь2

Институти химияи ба номи В.И.Никитина Академияи илмх;ои Цум^урии Тоцикистон

Дар макола натичах,ои х,осил кардан ва, хосиятх,ои физико-химиявии пайвастагии нави гайри органикй УЪМп28Ъ2 оварда шудааст. Сохти кристалй, пахдух,ои панчара муайян карда шудааст. Хосиятх,ои хдроратй ва термодинамики омухта шудааст.

Калима^ои калиди: элементной нодир - сурма - марганец - сохт - маводуои термоэлектрики.

M.N.Abdusalyamova, M.A.Badalova, H.B.Kabgov, F.A.Makhmudov SYNTHESIS AND INVESTIGATIONS OF PROPERTIES OF COMPOUNDS

YbMn2Sb2

V.I.Nikitin Institute of Chemistry, Academy of Science of the Republic of Tajikistan In article the data on the synthesis, physical and chemical properties of a new inorganic compound YbMn2Sb2 are presents. The crystal structure, lattice parameters is determined. The thermal and thermodynamic properties investigated.

Key words: rare earth elements - antimony - maganese - structure - thermoelectric materials.