Дипразеодиминдий

Запрашивайте по e-mail.

Дипразеодиминдий (Pr₂In) — бинарный интерметаллид празеодима и индия с мольным соотношением компонентов 2:1. Относится к классу индидов редкоземельных металлов — соединений с упорядоченной кристаллической структурой и преимущественно металлическим характером связи, заметно отличающихся по свойствам от составляющих элементов. В природе не встречается; получается исключительно синтетически.

Номенклатура и молярная масса

Химическая формула: Pr₂In. Молярная масса: 2 × 140,908 + 114,818 = 396,63 г/моль. Массовый состав: празеодим — 71,1%, индий — 28,9%.

Встречающийся в ряде источников термин «дипразеодиминдиевая соль» является терминологической ошибкой. Pr₂In — интерметаллическое соединение, а не соль. Соли — ионные соединения, образующиеся при реакциях кислот с основаниями. Pr₂In формируется при прямом взаимодействии двух металлов и обладает металлической электропроводностью, металлическим блеском и характерной для интерметаллидов упорядоченной структурой.

Кристаллическая структура

Pr₂In кристаллизуется в гексагональной структуре типа Ni₂In (пространственная группа P6₃/mmc, № 194). Этот структурный тип характерен для большинства соединений R₂In, где R — лантаниды от La до Lu. Кристаллы имеют металлический блеск серебристого цвета с характерным для плотноупакованных интерметаллидов переливом при освещении.

Структура стабильна вплоть до низких температур без каких-либо симметрийных фазовых переходов — в отличие, например, от Y₂In, который претерпевает гексагонально-ромбическое превращение при ~250 К.

Стойкость к окислению и условия хранения

Pr₂In активно окисляется на воздухе. По данным экспериментальных работ, даже образцы, измельчённые в перчаточном боксе и защищённые силиконовой смазкой, демонстрируют значительную деградацию при рентгеноструктурном анализе из-за быстрого окисления поверхности. Надёжные измерения порошковых образцов Pr₂In возможны только при полном исключении контакта с воздухом — с последующей герметизацией в капсулу из плёнки Kapton или аналогичного инертного материала.

Атмосферостойкость Pr₂In ниже, чем у соседнего Nd₂In. Легирование небольшим количеством Nd повышает стабильность сплава на воздухе.

Условия хранения и работы: хранение в инертной атмосфере (Ar, N₂) или под минеральным маслом; измельчение и дозирование — в перчаточном боксе. Воздействие пыли на органы дыхания и кожу — ограничивать, как для прочих редкоземельных интерметаллидов.

Магнитные свойства и магнетокалорический эффект

При комнатной температуре Pr₂In — парамагнетик. При охлаждении до криогенных температур в соединении происходит магнитный фазовый переход первого рода, сопровождаемый λ-образным пиком теплоёмкости. Характерная особенность перехода — практически полное отсутствие термомагнитного гистерезиса и незначительное изменение объёма элементарной ячейки: сочетание, нетипичное для фазовых переходов первого рода.

Pr₂In обладает гигантским магнетокалорическим эффектом (МКЭ) в криогенном диапазоне температур. Экспериментально подтверждённые значения при изменении поля 7 Тл:

• изменение магнитной энтропии ΔS ≈ 19,5 Дж·кг⁻¹·К⁻¹;
• адиабатическое изменение температуры ΔT_ad ≈ 7,4 К.

Природа перехода дискутируется в литературе: ряд авторов связывает его с делокализацией 5d-электронов (электронный механизм), а не со структурной перестройкой решётки.

Синтез

Pr₂In не встречается в земной коре и получается только синтетически. Стандартный лабораторный метод — дуговая плавка стехиометрических количеств чистых металлического празеодима и металлического индия в атмосфере аргона. Слиток переплавляют несколько раз для обеспечения химической однородности. Фазовый состав продукта контролируют рентгеновской порошковой дифракцией.

Применение

Основная область применения Pr₂In — исследования магнетокалорических материалов для криогенного охлаждения. Соединение рассматривается как рабочее тело магнетокалорических рефрижераторов в температурном диапазоне, актуальном для сжижения водорода и ожижения гелия. Сочетание гигантского МКЭ с минимальным гистерезисом делает Pr₂In объектом активных прикладных исследований в этой области.

В системе Pr–In существует ряд родственных интерметаллидов с иным стехиометрическим соотношением — в частности, празеодиминдий (PrIn) и трипразеодиминдий (Pr₃In), каждый из которых обладает собственными кристаллической структурой и магнитными характеристиками.

Форма поставки

Поставляется в виде кускового сплава или порошка в упаковке, исключающей контакт с атмосферой. Чистота, форма и количество — по согласованию.