Вольфрамат кадмия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
Вольфрамат кадмия
Общие
Систематическое наименование
вольфрамат кадмия (II)
Сокращения CWO
Традиционные названия вольфрамовокислый кадмий
Хим. формула CdWO₄
Физические свойства
Состояние бесцветные или желтоватые кристаллы
Молярная масса 360,25 г/моль
Плотность 7,9 г/см3 (тв.)
Твёрдость 4—4,5
Термические свойства
Т. плав. 1325 °C
Химические свойства
Растворимость в воде 0,04642 г/100 мл (20 °C)
Оптические свойства
Показатель преломления 2,2—2,3
Классификация
Номер CAS 7790-85-4
PubChem 4985693
Номер EINECS 232-226-2
[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Cd+2].[W+6]
1S/Cd.4O.W/q+2;4*-2;+6
Приводятся данные для стандартных условий (25 ℃, 100 кПа), если не указано иное.

Вольфрама́т ка́дмия, вольфра̀мовоки́слый ка́дмий — кадмиевая соль вольфрамовой кислоты с химической формулой CdWO4 (обозначается также CWO). Тяжёлый, нерастворимый в воде и неорганических кислотах, химически инертный кристаллический порошок.

Получение[править | править вики-текст]

Синтезируется из смеси оксида вольфрама(VI) WO3 и оксида кадмия CdO при сильном нагреве:

Ввиду летучести оксида кадмия, этот компонент берётся в количестве выше стехиометрического.

Может быть получен также как осадок из водных растворов солей кадмия(II) и растворимых вольфраматов[1][2]:

Физические свойства[править | править вики-текст]

Технический вольфрамат кадмия имеет жёлтый или жёлто-зелёный цвет, однако чрезвычайно чистые монокристаллы CdWO4 прозрачны и бесцветны. Плотность 7,9—8,0 г/см³, температура плавления 1325 °C, коэффициент преломления 2,2—2,3 (проявляет двулучепреломление). Твёрдость по Моосу 4—4,5, гигроскопичность отсутствует. Объёмный модуль упругости при н.у. равен 123 ГПа[3].

Кристаллы при нормальных условиях имеют структуру вольфрамита[4]. Кристаллы моноклинной сингонии,  пространственная группа P2/c, параметры ячейки a = 0,50289 нм, b = 0,58596 нм, c = 0,50715 нм, β = 91,519°, Z = 2, d = 8,0087 г/см3, объём ячейки 0,14939 нм3[4]. В различных опубликованных измерениях были определены и несколько отличающиеся параметры решётки, дающие объём элементарной ячейки от 0,14884 до 0,14969 нм3 и соответственно кристаллографическую плотность в диапазоне 7,9926…8,038 г/см3[4].

При повышении давления до 19,5 ГПа испытывает фазовый переход к структуре поствольфрамита P21/c с удвоением объёма элементарной ячейки[3].

Разработаны методы выращивания больших (до 12 кг, ИНХ СОРАН) монокристаллов CWO. В НГУ были получены кристаллы массой до 20 кг[5].

Использование[править | править вики-текст]

Вольфрамат кадмия люминесцирует под воздействием ионизирующего излучения; это свойство было обнаружено ещё в 1940-х годах[6] и вскоре стало использоваться для создания детекторов излучения. Монокристаллы вольфрамата кадмия используются в качестве сцинтилляторов для детектирования ионизирующего излучения в ядерной физике, физике элементарных частиц, ядерной медицине (в частности, в позитронно-эмиссионной томографии). Спектр люминесценции CWO лежит в диапазоне 380—600 нм (при облучении гамма-квантами) и 380—680 нм (при облучении альфа-частицами)[7], с максимумом на 480 нм. Благодаря большой плотности и высокому эффективному заряду ядра (Z=64)[8] CdWO4 хорошо поглощает гамма-кванты и рентген. Поэтому большие объёмы вольфрамата кадмия потребляются производителями рентгеновских систем безопасности и таможенного досмотра для просвета крупногабаритных грузов (контейнеры, автомобили, корабли, самолёты).

Высокое сечение радиоактивного захвата тепловых нейтронов одним из природных изотопов кадмия, 113Cd, позволяет использовать CdWO4 в качестве детектора этих частиц (гамма-кванты, излучаемые кадмием-113 при захвате нейтрона, создают в кристалле CWO сцинтилляционную вспышку, которая детектируется соответствующим фотоприёмником). Световыход сцинтиллятора составляет около 40 % от световыхода NaI(Tl) и почти не зависит от температуры в диапазоне от 0 до 100 °C, что способствует использованию CdWO4 для гамма-каротажа в скважинах при высоких температурах окружающей среды.

Высокая радиационная чистота вольфрамата кадмия позволяет использовать его для сверхнизкофоновых ядерных детекторов, применяемых для детектирования гипотетических частиц тёмной материи, редких ядерных распадов и т. д. (так, чрезвычайно редкая природная альфа-радиоактивность вольфрама (альфа-распад 180W) была обнаружена[9] в 2003 году с использованием такого детектора). Применение вольфрамата кадмия как сцинтиллятора осложняется относительно большим временем высвечивания (12−15 мкс)[10], что не позволяет использовать его в детекторах с высокой скоростью счёта. Проявляемая вольфраматом кадмия различная зависимость высвечивания от времени для альфа- и бета-частиц позволяет эффективно разделять частицы по типу[11].

См. также[править | править вики-текст]


Примечания[править | править вики-текст]

  1. S. Mostafa Hosseinpour-Mashkani, Ali Sobhani-Nasab: A simple sonochemical synthesis and characterization of CdWO4 nanoparticles and its photocatalytic application. In: Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 27, 2016, P. 3240, DOI:10.1007/s10854-015-4150-5.
  2. Yonggang WANG, Linlin YANG, Yujiang WANG, Xin XU, Xiaofeng WANG: Controllable synthesis of CdWO4 nanorods and nanowires via a surfactant-free hydrothermal method. In: Journal of the Ceramic Society of Japan. 120, 2012, P. 259, DOI:10.2109/jcersj2.120.259.
  3. 1 2 Ruiz-Fuertes J., Friedrich A., Errandonea D., Segura A., Morgenroth W., Rodríguez-Hernández P., Muñoz A., Meng Y. Optical and structural study of the pressure-induced phase transition of CdWO4 // Physical Review B. — 2017. — Vol. 95. — ISSN 2469-9950. — DOI:10.1103/PhysRevB.95.174105. исправить
  4. 1 2 3 Abraham Y., Holzwarth N. A. W., Williams R. T. Electronic structure and optical properties of CdMoO4 and CdWO4 // Physical Review B. — 2000. — Vol. 62. — P. 1733—1741. — ISSN 0163-1829. — DOI:10.1103/PhysRevB.62.1733. исправить
  5. Galashov et al., 2014.
  6. Kroeger F. A. Some Aspects of the Luminescence of Solids. — Elsevier, 1948.
  7. Bardelli et al., 2006, p. 747.
  8. Burachas et al., 1996, p. 164.
  9. Danevich F. A. et al. (2003). «α activity of natural tungsten isotopes». Phys. Rev. C 67: 014310. DOI:10.1103/PhysRevC.67.014310.
  10. Burachas et al., 1996, p. 165.
  11. Fazzini T. et al. (1998). «Pulse-shape discrimination with CdWO4 crystal scintillators». Nucl. Instrum. and Methods in Phys. Research A 410: 213—219.

Литература[править | править вики-текст]

  • Galashov E. N. et al.  Growth of CdWO4 crystals by the low thermal gradient Czochralski technique and the properties of a (0 1 0) cleaved surface // Journal of Crystal Growth. — 2014. — Vol. 401. — P. 156—159. — DOI:10.1016/j.jcrysgro.2014.01.029.
  • Bardelli L. et al.  Further study of CdWO4 crystal scintillators as detectors for high sensitivity 2β experiments: Scintillation properties and pulse-shape discrimination // Nucl. Instrum. and Methods in Phys. Research A. — 2006. — Vol. 569. — P. 743—753. — DOI:10.1016/j.nima.2006.09.094.
  • Burachas S. F. et al.  Large volume CdWO4 crystal scintillators // Nucl. Instrum. and Methods in Phys. Research A. — 1996. — Vol. 369. — P. 164—168.