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-sulfide-A-polymorph-unit-cell-3D-bs-17.png/500px-Cerium(III)-sulfide-A-polymorph-unit-cell-3D-bs-17.png)
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| 名前 | |
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| IUPAC名
硫化セリウム(III)
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その他の名前
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| 識別子 | |
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3Dモデル（JSmol）
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| ケムスパイダー |
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| ECHA 情報カード | 100.031.445 |
| EC番号 |
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パブケム CID
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CompTox ダッシュボード ( EPA )
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| プロパティ | |
| セリウム2S3 | |
| モル質量 | 375.73グラム/モル |
| 外観 | 赤/バーガンディ/黒の結晶（多形により異なる） |
| 密度 | 5.18グラム/ cm3 |
| 融点 | 1,840～1,940 °C (3,340～3,520 °F; 2,110～2,210 K) |
| 沸点 | 分解する（2300℃） |
| 不溶性の | |
| 溶解度 | 温かいギ酸または酢酸に溶け、冷たい希塩酸、硝酸または硫酸に溶ける |
| バンドギャップ | 2.06 eV (γ-Ce 2 S 3 ) |
屈折率( n D )
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2.77 (589 nm) |
| 構造 | |
| 斜方晶系 (α-Ce 2 S 3 ) 正方晶系 (β-Ce 2 S 3 ) 立方晶系 (γ-Ce 2 S 3 ) | |
| 熱化学 | |
熱容量 ( C )
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126.2 J·モル−1 ·K −1 |
標準生成エンタルピー (Δ f H ⦵ 298 ) |
-1260 kJ·モル−1 |
ギブスの自由エネルギー (Δ f G ⦵ )
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-1230 kJ·モル−1 |
| 危険 | |
| GHSラベル: | |
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| 警告 | |
| H315、H319、H335 | |
| P261、P280、P305+P351+P338、 ... | |
| 関連化合物 | |
その他の陰イオン
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酸化セリウム(III)、セレン化セリウム(III)、酸セレン化セリウム(III) |
その他の陽イオン
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硫化サマリウム(III)、硫化プラセオジム(III) |
関連化合物
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硫化セリウム(II)、Ce 3 S 4、二硫化セリウム、Ce2O2S |
特に記載がない限り、データは標準状態（25 °C [77 °F]、100 kPa）の材料に関するものです。
インフォボックス参照
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セリウム(III)硫化物（セリウムセスキ硫化物とも呼ばれる）は、化学式Ce 2 S 3で表される無機化合物である。セリウム(III)の硫化物塩であり、異なる結晶構造を持つ3つの多形として存在する。[1] [2] [3]
高い融点（シリカやアルミナに匹敵）と化学的に不活性な性質から、るつぼ用の耐火材料としての可能性が検討されることもあったが、この用途に広く採用されたことはなかった。[2]
2つの多形（α-およびβ-Ce 2 S 3）の特徴的な赤色と、前述の高温までの化学的安定性により、赤色顔料（硫化セリウムレッドとして知られる）として限定的に商業利用されている。[3]
合成
硫化セリウム(III)の最も古い合成法は、典型的な希土類元素の三硫化物形成経路に従っており、対応する三酸化セリウムを硫化水素雰囲気中で900～1100℃に加熱するものである：[1] [4]
- Ce 2 O 3 + 3 H 2 S → Ce 2 S 3 + 3 H 2 O
新しい合成法では、二酸化セリウムを原料として、800～1000℃の温度で二硫化炭素ガスによって還元される、毒性の低い二硫化炭素ガスを硫化に利用している。 [2]
- 6 CeO 2 + 5 CS 2 → 3 Ce 2 S 3 + 5 CO 2 + SO 2
多形体
Ce 2 S 3には3つの多形が存在する：α-Ce 2 S 3（斜方晶系、赤紫色）、β-Ce 2 S 3（正方晶系、赤色）、γ-Ce 2 S 3（立方晶系、黒色）。[1] [2] [3]これらは、同様に三形であるPr 2 S 3およびNd 2 S 3の結晶構造に類似している。[2]
上記の合成手順に従うと、主にα-およびβ-多形体が生成され、低温（約700〜900℃）および長い反応時間でα-Ce 2 S 3の割合が増加します。 [2] [3] α-形態は、1200℃で7時間真空加熱することにより、 β-Ce 2 S 3に不可逆的に変換できます。次に、 β-Ce 2 S 3粉末をさらに高温（1700℃）でホットプレスして焼結することにより、 γ-Ce 2 S 3が得られます。 [2]
α多形
硫化セリウム(III)のα多形はα- Gd 2 S 3と同じ構造を持つ。7配位と8配位のセリウムイオンCe 3+を含み、それぞれ単冠と双冠の三方柱状配位構造をとる。硫化物イオンS 2−は5配位である。[5]それらの3分の2は四角錐形状を採用し、3分の1は三方両錐形状を採用している。[6]
γ多形
硫化セリウム(III)のγ多形は、Th 3 P 4構造の陽イオン欠損型を採用している。Th 3 P 4構造の9つの金属位置のうち8つはγ- Ce 2 S 3のセリウムによって占められており、残りは空孔となっている。この組成は、式Ce 2.667 □ 0.333 S 4で表される。セリウムイオンは8配位であるのに対し、硫化物イオンは6配位（歪んだ八面体）である。 [5] [6]
反応
硫化セリウム(III)とビスマス化合物の反応として、M(O,F)BiS 2ファミリー（M=Ce）の超伝導結晶材料を形成する反応が報告されている。 [7]
密閉管内で950℃でCe 2 S 3とBi 2 S 3およびBi 2 O 3を反応させると、親化合物CeOBiS 2が得られる。
- 3 Ce 2 S 3 + Bi 2 S 3 + 2 Bi 2 O 3 → 6 CeOBiS 2
この材料はそれ自体が超伝導性であるが、反応混合物にBiF 3を添加することでフッ化物をドープすると特性が向上する。 [7]
アプリケーション
耐火物
セリウム(III)とセリウム(IV)の硫化物は、1940年代にマンハッタン計画の一環として初めて研究され、高度な耐火材料として検討されましたが、最終的には採用されませんでした。[2]提案された用途は、ウランとプルトニウム金属の鋳造用のるつぼの材料でした。 [2] [4]
硫化物の特性（高融点、大きな負のΔ f G°、化学的不活性）は適切であり、セリウムは比較的一般的な元素（66 ppm、銅とほぼ同じ）であるにもかかわらず、従来のH 2 Sを含む製造経路の危険性と、結果として得られるCe 2 S 3 /CeS固体混合物の形成を制御することが難しいため、この化合物は最終的にそのような用途向けにさらに開発されることはありませんでした。[2]
顔料およびその他の用途
研究以外では、硫化セリウム(III)の主な用途は、特殊無機顔料です。[3] α-およびβ-Ce 2 S 3の強い赤色、セリウムの法外なコストのなさ、高温まで化学的に不活性な挙動は、この化合物を顔料として望ましいものにする要因です。
その他の用途としては、γ-Ce 2 S 3多形はバンドギャップが2.06 eVでゼーベック係数が高いため、熱電発電機用の高温半導体として提案されている。[2]これまでのところ、その実用的な実装は実証されていない。
参考文献
- ^ abc Banks, E.; Stripp, KF; Newkirk, HW; Ward, R. (1952). 「硫化セリウム(III)およびセレン化セリウムとそれらの固溶体1」. Journal of the American Chemical Society . 74 (10): 2450–2453. doi :10.1021/ja01130a002. ISSN 0002-7863.
- ^ abcdefghijk 平井伸二;島影和義；斉藤康史西村敏之植村洋一郎；三友、衛。ブリュワー、レオ (1998)。 「硫化セリウム(III)粉末の合成と焼結」。アメリカセラミック協会のジャーナル。81 (1): 145–151。土井：10.1111/j.1151-2916.1998.tb02306.x。ISSN 1551-2916。
- ^ abcde Kariper, IA (2014). 「硫化セリウム薄膜の合成と特性評価」。Progress in Natural Science: Materials International。24 ( 6 ). Elsevier: 663–670. doi : 10.1016/j.pnsc.2014.10.005 . ISSN 1002-0071.
- ^ ab Hadden, Gavin 編 (1946)。「第 11 章 - エイムズ計画」。マンハッタン地区の歴史。第 4 巻 - 補助活動。ワシントン DC: 米国陸軍工兵隊。
- ^ abc シュライド、トーマス;ラウクスマン、ペトラ (1999)。 「Röntgenstrukturanalysen an Einkristallen von Ce 2 S 3 im A- und C-Typ」。Z. Anorg.すべて。化学。 625 (7): 1053–1055。ドイ:10.1002/(SICI)1521-3749(199907)625:7<1053::AID-ZAAC1053>3.0.CO;2-Z。
- ^ ab Wells, AF (1984).構造無機化学（第5版）. Oxford University Press. pp. 766–767. ISBN 978-0-19-965763-6。
- ^ ab 田中正志;長尾正則；松本 涼;片岡典之植田 育夫田中 裕美;綿内 聡；田中功；高野 良彦 (2017-10-25) 「CeOBiS2の「Fフリー」単結晶における超伝導性と高圧下でのその強化」。合金と化合物のジャーナル。722 : 467–473。arXiv : 1706.03590。土井：10.1016/j.jallcom.2017.06.125。ISSN 0925-8388。S2CID 119537216。