Kaliumniobat

Kristallstruktur
Struktur von Kaliumniobat
Vorlage:Farbe K+ 0 Vorlage:Farbe Nb5+ 0 Vorlage:Farbe O2−
Allgemeines
Name	Kaliumniobat
Andere Namen	Kaliummetaniobat
Verhältnisformel	KNbO3
Kurzbeschreibung	orthorhombische Kristalle<ref name="photox" />
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer Vorlage:CASRN EG-Nummer 234-744-4 ECHA-InfoCard 100.031.573 PubChem 160967 ChemSpider 10605809 DrugBank Wikidata [[:d:|]]
Eigenschaften
Molare Masse	180,01 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	4,62 g·cm−3<ref name="photox">Potassium Niobate Crystal. KNbO3. (Memento vom 29. Juli 2013 im Webarchiv archive.today) Datenblatt bei Photox Optical Systems.</ref>
Schmelzpunkt	≈ 1100 °C<ref name="CRC90_10_246">David R. Lide (Hrsg.): CRC Handbook of Chemistry and Physics. 90. Auflage. (Internet-Version: 2010), CRC Press / Taylor and Francis, Boca Raton FL, Physical Constants of Inorganic Compounds, S. 4-83.</ref>
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung<ref name="alfa">Datenblatt Kaliumniobat bei Alfa AesarVorlage:Abrufdatum (Seite nicht mehr abrufbar).</ref> keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H: keine H-Sätze P: keine P-Sätze
Toxikologische Daten	3000 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)<ref>Sicherheitsdatenblatt Potassium Niobate (Memento vom 29. September 2007 im Internet Archive) bei Sigma-Aldrich, vom 18. März 2004.</ref>
Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Kaliumniobat ist eine chemische Verbindung aus Kalium, Niob und Sauerstoff die als Einkristall in der Lasertechnik und für nichtlineare optische Systeme verwendet wird.

Vorkommen

KNbO₃ wurde in der Natur bislang nur als Einschluss in Diamanten gefunden. Das Hochdruckmineral Goldschmidtit hat kubische Symmetrie, die wahrscheinlich durch den Einbau von seltenen Erden (Ce, Nd) und Chrom stabilisiert wird.<ref name="Meyer et al. 2019"></ref><ref name="Celestian et al. 2021"></ref>

Gewinnung und Darstellung

Kaliumniobat-Einkristalle können in Kristallzuchtanlagen aus Schmelzen von Kaliumniobat, die analysentechnisch aus Niob(V)-oxid und Kaliumoxid im leichten Überschuss bestehen, gezüchtet werden. Zuvor wird Kaliumniobat durch zusammenschmelzen von Kaliumcarbonat und Niob(V)-oxid hergestellt.<ref>Patent DE69418119T2: Verfahren zur Herstellung eines Kaliumniobat-Einkristalls. Angemeldet am 8. September 1994, veröffentlicht am 23. September 1999, Anmelder: Mitsui Chemicals Inc, Erfinder: Kazuhiro Yamada et al.‌</ref> Bei Abkühlung der Einkristalle unter etwa 435 °C findet der Übergang von der kubischen in die ferroelektrische, tetragonale Modifikation statt. Unterhalb von etwa 220 °C liegt stabil die rhombische Struktur mit vielen (12 möglich) unterschiedlichen kristallographischen Orientierungen (Domänen) vor.<ref>Universität Osnabrück: Züchtung von KNbO3- und KTa_1-xNb_xO₃-Kristallen (Memento vom 8. September 2006 im Internet Archive) (PDF; 597 kB)</ref>

<math>\mathrm{K_2CO_3 + Nb_2O_5 \longrightarrow 2 \ KNbO_3 + CO_2 \uparrow}</math>

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Kaliumniobat-Kristalle besitzen eine ins orthorhombische verzerrte Perowskit-Struktur mit den Gitterparametern a = 569,7 pm, b = 397,1 pm und c = 572,2 pm. Sie haben ferroelektrische Eigenschaften und eine Mohshärte von 5.<ref name="photox" /><ref>optical-components.com: KNbO3 Crystal (Memento vom 18. August 2007 im Internet Archive)</ref> Kaliumniobat hat den größten nichtlinearen optischen Koeffizienten aller kommerziell verfügbaren anorganischen Kristalle und besitzt eine Doppelbrechung.<ref>ii-vi.de: KNbO₃ (Memento vom 14. Januar 2011 im Internet Archive)</ref> Aus diesem Grund wird die Verbindung bei Lasern für die Frequenzverdopplung und andere optische Prozesse benutzt. Er ist im Wellenlängenbereich von 400 bis 4500 nm transparent. Sein Brechungsindex ist abhängig von der Wellenlänge<ref>A. Radoua, D. Khatib: Theoretical study of photorefractive effect in reduced potassium niobate crystals. (Memento vom 1. November 2013 im Internet Archive) (PDF; 146 kB) Laboratoire de Physique du Solide Théorique, Département de Physique, Faculté des Sciences, BP : 28/S, Université Ibn Zohr, 80000 Agadir, Maroc</ref> und der Lichteinfallsrichtung in den Kristall und beträgt ≈2,2 (2,12 bei 1064 nm in x-Richtung und 2,38 bei 532 nm in z-Richtung). Da er seine Kristallstruktur bei −50 °C, 200 °C und 430 °C ändert, muss der Kristall für optische Einsatzzwecke im Temperaturbereich zwischen −40 und +200 °C gehalten werden. Zusätzlich tritt bei dem Kristall ein piezoelektrischer Effekt<ref>Preparation of Potassium Niobate Single-Domain Crystals and Their Piezoelectric Properties. In: Ferroelectrics. Volume 292, Issue 1.</ref><ref>Electroceramics in Japan VIII. Abgerufen am 5. Mai 2019 (). </ref><ref>S. Wada, K. Muraoka, H. Kakemoto, T. Tsurumi: Piezoelectric Properties of Potassium Niobate Single Crystals by Domain Engineering. In: Journal of the Korean Physical Society. Vol. 46, No. 1, Januar 2005, S. 73–76.</ref> auf, wodurch er als Ultraschallquelle genutzt werden kann.

Verwendung

Einkristalline Nanodrähte aus Kaliumniobat werden in der Nahfeldmikroskopie als Beleuchtungsquelle<ref>pro-physik.de: Nano-Lampe für Nahfeldmikroskope (Memento vom 28. September 2007 im Internet Archive)</ref> (erzeugt durch Frequenzverdopplung aus infrarotem in grünes Licht) verwendet. In der Lasertechnik und nichtlinearen Optik wird Kaliumniobat zum Beispiel zur Frequenzverdopplung, als Medium für optisch-parametrische Oszillatoren und anderes verwendet. In der Akustik wird es als Ultraschallquelle verwendet.

Siehe auch

• Lithiumniobat
• Natriumniobat

Einzelnachweise

<references />

Weblinks

• Theoretische Grundlagen (PDF-Datei; 238 kB)