Bariumtitanat

Kristallstruktur
__ Ba2+ __ Ti4+ __ O2−
Allgemeines
Name	Bariumtitanat
Verhältnisformel	BaTiO3
CAS-Nummer	12047-27-7
Kurzbeschreibung	weißes bis graues, geruchloses Pulver[1]
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
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [2] Achtung H- und P-Sätze H: 302-332 P: keine P-Sätze [3] EU-Gefahrstoffkennzeichnung [4] aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [2] Gesundheits- schädlich (Xn) R- und S-Sätze R: 20/22 S: (2)-28
MAK	0,5 mg·m−3 Barium[1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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

Gewinnung und Darstellung

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

$ \mathrm {BaCO_{3}\ +\ TiO_{2}\longrightarrow 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 1000 °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 2000. Bariumtitanat kristallisiert in zwei polymorphen Gittertypen, dem hexagonalen Gittertyp und der Perowskit-Struktur. Bei Temperaturen unter 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 Elementarzelle 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 Elementarzelle 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 werden Bariumtitanat sowie verwandte Perowskite wie Pb(Zr,Ti)O₃ vielseitig in der Elektronik und Sensorik verwendet. Als Beispiel seien hierzu Kaltleiter, sowie die Verwendung als Dielektrikum in Kondensatoren, insbesondere in Keramikkondensatoren erwähnt.

Einzelnachweise

Literatur

• Arthur R. von Hippel: Ferroelectricity, Domain Structure, and Phase Transitions of Barium Titanate. In: Rev. Mod. Phys. 1950, 22, S. 221–237, doi:10.1103/RevModPhys.22.221.