BaTiO3

Kristallstruktur
Ionengitter von Bariumtitanat (Kubische Phase)
Allgemeines
Name	Bariumtitanat
Verhältnisformel	BaTiO3
CAS-Nummer	12047-27-7
Kurzbeschreibung	weißes Pulver
Eigenschaften
Molare Masse	233,19 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	5,85 g·cm−3[1]
Schmelzpunkt	1620 °C[1]
Löslichkeit	unlöslich in Wasser[1]
Sicherheitshinweise
Gefahrstoffkennzeichnung aus RL 67/548/EWG, Anh. I [2] Gesundheits- schädlich (Xn) R- und S-Sätze R: 20/22 S: (2)-28
MAK	0,5 mg/m3 Barium[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Bariumtitanat ist ein Mischoxid von Barium und Titan und kristallisiert in der Perowskit-Struktur.

Gewinnung/Darstellung

BaTiO₃ kann nach der klassischen Mischoxid-Methode aus BaCO₃ und TiO₂ in einer Festkörperreaktion, dem sogenannten Kalzinieren, bei einer Temperatur von 1200 °C hergestellt werden.

$\mathrm{BaCO_3+TiO_2\rightarrow BaTiO_3 + CO_2}$

Moderatere Bedingungen bietet die Kristallisation aus schmelzflüssiger Lösung. Stöchiometrische Mengen Bariumcarbonat und Titandioxid (Anatas) werden mit einem großen Überschuss Natriumchlorid vermengt. Im Ofen kristallisiert bei 1.000 °C das Bariumtitanat aus. Nach Auswaschen der Salzreste erhält man es in sehr reiner Form, in feinen Kristallen.

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Bariumtitanat gehört zur Gruppe der Elektrokeramiken. Bariumtitanat ist ein Ferroelektrikum und besitzt eine ausgeprägte Hystereseschleife. Wie alle Ferroelektrika besitzt es eine hohe Dielektrizitätskonstante von über 2.000. Bariumtitanat kristallisiert in zwei polymorphen Gitter-Typen, dem hexagonalen Gitter-Typ und der Perowskit-Struktur. Bei Temperaturen < 120 °C liegt es als tetragonal verzerrte Modifikation der Perowskit-Struktur vor, bei der das Titanion gegenüber den Sauerstoffionen in z-Richtung verschoben ist. Daraus resultieren ein Dipolmoment der Einheitszelle und die Polarisation. Bei 120 °C erfolgt die Phasenumwandlung zur kubischen Perowskit-Struktur, bei der sich das Titanion genau im Zentrum des Oktaeders aus Sauerstoffionen befindet. Damit hat die Einheitszelle des Kristalls kein Dipolmoment mehr und der Kristall ist nicht mehr ferroelektrisch. Bei hohen Temperaturen erfolgt die Phasenumwandlung in die hexagonale Phase. Diese Phasenumwandlung erfordert eine umfangreichere Umordnung der Ionen als der Übergang bei 120 °C. Bei größeren Kristallen kommt es deshalb häufig vor, dass sie bei dieser Umwandlung zerbrechen.

Verwendung

Aufgrund der ferroelektrischen, dielektrischen und pyroelektrischen Eigenschaften findet Bariumtitanat sowie verwandte Perowskite wie Pb(Zr,Ti)O₃ vielseitige Anwendung in der Elektronik und Sensorik. Als Beispiel seien hierzu Kaltleiter, sowie die Verwendung als Dielektrikum in Kondensatoren, insbesondere in Keramikkondensatoren erwähnt.

Literatur

• Hippel, A. von: Ferroelectricity, Domain Structure, and Phase Transitions of Barium Titanate. Rev. Mod. Phys. 22, 221–237 (1950)

Quellen

1. ↑ ^{a b c d} Sicherheitsdatenblatt (alfa-aesar)
2. ↑ Nicht explizit in RL 67/548/EWG, Anh. I gelistet, fällt aber dort mit der angegebenen Kennzeichnung unter den Sammelbegriff „Bariumsalze“; Eintrag in der GESTIS-Stoffdatenbank des BGIA, abgerufen am 31. März 2009 (JavaScript erforderlich)