Натриевая вольфрамовая бронза - Sodium tungsten bronze

Фотография трех кристаллов натриевой вольфрамовой бронзы
Три кристалла натриевой вольфрамовой бронзы, проявляющие блеск и цвет.

Натриево-вольфрамовая бронза - это форма вставляемого соединения с формулой Na x WO 3 , где x равно или меньше 1. Названный так из-за металлического блеска, его электрические свойства варьируются от полупроводниковых до металлических, в зависимости от концентрации ионов натрия. подарок; он также может проявлять сверхпроводимость .

История

Натриевая вольфрамовая бронза, изготовленная в 1823 году химиком Фридрихом Велером , была первой обнаруженной бронзой из щелочных металлов. Вольфрамовые бронзы обязаны некоторыми своими свойствами относительной стабильности образующегося катиона вольфрама (V) . Подобное семейство молибденовых бронз могло быть открыто в 1885 году Альфредом Ставенхагеном и Э. Энгельсом, но они образуются в очень узком диапазоне температур, и о них больше не сообщалось до 1960-х годов.

Свойства

Натриевая вольфрамовая бронза, как и другие вольфрамовые бронзы, устойчива к химическим реакциям как в кислых, так и в основных условиях. Цвет зависит от доли натрия в соединении, от золотистого при x ≈ 0,9, через красный, оранжевый и темно-фиолетовый до сине-черного при x ≈ 0,3.

Удельное электрическое сопротивление бронзы зависит от доли натрия в соединении, при этом для некоторых образцов измеряется удельное сопротивление 1,66 мОм. Было высказано предположение, что электроны, высвобождаемые при ионизации атомов натрия, легко проходят через π-орбитали вольфрама t 2g и кислорода. Это можно наблюдать в XPS и UPS спектров: пик , представляющий вольфрама 5 d полоса становится более интенсивным , как х возрастает.

Для значений x ниже 0,3 бронза является полупроводниковой, а не металлической. При достаточном охлаждении натриево-вольфрамовая бронза становится сверхпроводником , причем критическая температура ( T c ) для Na 0,23 WO 3 составляет примерно 2,2  кельвина . Первая запись сверхпроводимости в вольфрамовой бронзе была в 1964 году, с Т с 0,57 К.

Структура

Чертеж кристаллической структуры перовскита
Структура кристаллической структуры перовскита по формуле ABX 3 .

Когда x = 1, натриево-вольфрамовая бронза принимает кубическую фазу: кристаллическую структуру перовскита . В этой форме структура состоит из общих углов октаэдров WO 6 с ионами натрия в межузельных зазорах. Для значений x от 0,9 до 0,3 структура остается аналогичной, но с возрастающим дефицитом ионов натрия и меньшим параметром решетки.

Также можно использовать ряд других типов структур с различными электрическими свойствами: кубическая, тетрагональная I и гексагональная фазы являются металлическими, тогда как орторомбические и тетрагональные II структуры являются полупроводниковыми.

Синтез

1823 синтез Wohler заключается снижение вольфрамата натрия и триоксида вольфрама с газообразным водородом при красном огне. Более современный подход уменьшает плавление реагентов с помощью электричества, а не водорода. Возможен также микроволновый синтез с использованием вольфрамового порошка в качестве восстановителя. Также возможны гидротермальные (как периодические, так и поточные) синтезы.

Родственные соединения

Натрий в этом соединении может быть заменен другими щелочными металлами с образованием вольфрамовой бронзы, а также другими металлами, такими как олово и свинец. Молибденовые бронзы также существуют, но они менее стабильны, чем их вольфрамовые аналоги.

Рекомендации