Esaboruro di lantanio
L’esaboruro di lantanio è un eccellente materiale ceramico che presenta un elevato punto di fusione, elevata durezza, eccellente stabilità termica, bassa pressione di vapore, elevata conduttività elettrica, conduttività termica e basso coefficiente di dilatazione termica.
L’esaboruro di lantanio è un boruro inorganico con formula LaB6 costituito dal boro, non metallo del blocco p appartenente al Gruppo 13 e al 2° Periodo avente configurazione elettronica 1s2,2s2,2p1 e da lantanio, metallo capostipite della serie dei lantanidi o delle terre rare che ha configurazione elettronica [Xe] 5d1 6s2 scoperto dal chimico svedese Carl Gustaf Mosander nel 1839.
Tra gli esaboruri delle terre rare, l’esaboruro di lantanio possiede la pressione di vapore più bassa e presenta una struttura reticolare cubica di tipo CsCl in cui l’atomo di lantanio si trova al centro e otto atomi di boro si trovano simmetricamente nell’angolo del cubo
Sintesi dell’esaboruro di lantanio
L’esaboruro di lantanio viene solitamente prodotto mescolando La e B con alluminio in un forno a 1500 K da cui si ottengono cristalli di grandi dimensioni. Boro e lantanio ad elevata purezza vengono miscelati insieme e riscaldati in un crogiolo in atmosfera inerte per diverse ore, per garantire una miscelazione omogenea. Questo metodo, tuttavia, non è adatto alla produzione di nanocristalli.
Metodi sintetici alternativi prevedono la reazione dell’idruro di lantanio (II) LaH2 con il boro o tramite reazione del cloruro di lantanio (III) LaCl3 in presenza di sodio alluminio idruro e magnesio. Un altro metodo prevede l’elettrolisi di un sale fuso utilizzando un sale contenente ossido di lantanio (III) La2O3, anidride borica B2O3, fluoruro di litio LiF e ossido di litio Li2O.
L’esaboruro di lantanio può essere ottenuto anche facendo reagire cloruro di lantanio (III), LaCl3 con cloruro di boro BCl3 e idrogeno gassoso. Altri metodi prevedono la riduzione borotermica dell’ossido di lantanio in presenza di boro, la riduzione carbotermica dell’ossido di lantanio con boro e carbonio.
Riduzione borotermica dell’ossido di lantanio
Tali tecniche, che richiedono temperature tra 1400 e 1800 °C, sono comunemente utilizzate nell’industria, poiché sono semplici e danno reazioni chimiche dirette in fase solida tra i reagenti facilmente disponibili. Un altro metodo prevede la reazione tra ossido di lantanio e carburo di boro secondo la reazione:
La2O3 + 3 B4C → 2 LaB6 + 3 CO
Un metodo per ottenere esaboruro di lantanio nanostrutturato prevede la reazione in fase solida a bassa temperatura di un composto di lantanio come ossido, idrossido, ossalato o nitrato di lantanio, un agente riducente metallico come polvere di magnesio, di alluminio, di zinco o di ferro, un agente alogenante come bromuro di boro, pentacloruro di fosforo, cloruro di ammonio, cloruro di magnesio o cloruro di calcio e un composto di boro come ossido, borace, acido metaborico e sodio boroidruro.
Proprietà
L’esaboruro di lantanio si presenta sotto forma di polvere di colore viola quando si trova in quantità stechiometrica mentre se è ricco di boro, al di sopra di 6.07 appare blu. Se subisce un bombardamento ionico assume una colorazione blu.
Ha una durezza, nella scala di Mohs di 9.5. A causa della sua struttura in cui gli atomi di boro sono legati in modo covalente ha un elevato punto di fusione pari a 2210 °C per la forza di tali legami.
È stabile e dotato di una buona resistenza chimica pertanto non reagisce con l’acqua, l’ossigeno e con l’acido cloridrico ma, a temperatura ambiente, reagisce con acido nitrico e acqua regia. Ha un basso valore (circa 2.6 eV ) della funzione lavoro detta anche lavoro di estrazione che è l’energia minima che occorre fornire per estrarre un elettrone e pertanto trova utilizzo come emettitore termoionico di elettroni.
Usi
L’esaboruro di lantanio è utilizzato catodo negli emettitori termoionici per realizzare cannoni elettronici, che sono una parte indispensabile dei microscopi usati nella microscopia elettronica a scansione, dei microscopi elettronici a trasmissione e dei sistemi di litografia elettronica.
Inoltre è un promettente superconduttore e assorbitore solare ed è utilizzato come additivo per migliorare la resistenza all’ossidazione dei materiali a temperature estreme. Si è inoltre sviluppata una tecnica di montaggio per catodi di esaboruro di lantanio policristallini e monocristallini per i gruppi di filamenti standard di varie sorgenti ioniche.
Tra i vantaggi sembrano figurare una temperatura inferiore della sorgente ionica, un aumento dell’efficienza della ionizzazione e una durata prolungata che potrebbe portare all’analisi di composti termicamente instabili.
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il 6 Gennaio 2024