Bariumtitanat

Kristallstruktur
	Struktur von Bariumtitanat
	Vorlage:Farbe Ba2+ 0 Vorlage:Farbe Ti4+ 0 Vorlage:Farbe O2−
Allgemeines
Name	Bariumtitanat
Andere Namen	Bariumtitanat(IV)
Verhältnisformel	BaTiO3
Kurzbeschreibung	weißes bis graues, geruchloses Pulver<ref name="alfa-SDB"/>
Externe Identifikatoren/Datenbanken
EG-Nummer	234-975-0
ECHA-InfoCard	100.031.783
PubChem	6101006
ChemSpider	3636665
DrugBank	Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1686: attempt to index field 'wikibase' (a nil value) Lua-Fehler in Modul:Wikidata, Zeile 1686: attempt to index field 'wikibase' (a nil value)
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Eigenschaften
Molare Masse	233,19 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	5,85 g·cm−3<ref name="alfa-SDB">Datenblatt Vorlage:Linktext-Check bei Alfa AesarVorlage:Abrufdatum (Seite nicht mehr abrufbar).</ref>
Schmelzpunkt	1620 °C<ref name="alfa-SDB"/>
Löslichkeit	nahezu unlöslich in Wasser<ref name="alfa-SDB"/>
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP),<ref name="CLP_100.240.782">Nicht explizit in Verordnung (EG) Nr. 1272/2008 (CLP) gelistet, fällt aber mit der angegebenen Kennzeichnung unter den Gruppeneintrag Vorlage:Linktext-Check in der Datenbank ECHA CHEM der Europäischen Chemikalienagentur (ECHA)Vorlage:Abrufdatum Hersteller bzw. Inverkehrbringer können die harmonisierte Einstufung und Kennzeichnung erweitern.</ref> ggf. erweitert<ref name="GESTIS">Eintrag zu Vorlage:Linktext-Check in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFAVorlage:Abrufdatum (JavaScript erforderlich)</ref> Achtung	Gefahrensymbol
	Gefahrensymbol
H- und P-Sätze	H: 302‐332
	P: 261‐264‐301+330+331‐304+340‐312<ref name="GESTIS" />
MAK	0,5 mg·m−3 Barium<ref name="alfa-SDB"/>
	Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

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

In der Natur kommt BaTiO₃ selten als Mineral Barioperowskit vor.<ref name="Ma & Rossman 2008"> Chi Ma and George R. Rossman: Barioperovskite, BaTiO3, a new mineral from the Benitoite Mine, California. In: The American Mineralogist. Band 93, 2008, S. 154–157 (rruff.net [PDF; 1,4 MB; abgerufen am 6. Dezember 2025]). </ref>

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.

<math>\mathrm{BaCO_3 \ + \ TiO_2 \longrightarrow BaTiO_3 \ + \ CO_2}</math>

Moderatere Bedingungen bietet die Kristallisation aus schmelzflüssiger Lösung. Stöchiometrische Mengen Bariumcarbonat und Titandioxid (Anatas) werden mit einem großen Überschuss Natriumchlorid vermengt oder mit Kaliumfluorid überschichtet. Im Ofen kristallisiert bei 1000 bis 1160 °C das Bariumtitanat aus. Nach Auswaschen der Salzreste erhält man es in sehr reiner Form, in feinen Kristallen.<ref name="IS14"></ref>

Wird die Reaktion in einem Platintiegel in einer Schmelze aus Kaliumfluorid bei 1160 °C unter Verwendung von käuflichem gepulverten Bariumtitanat vorgenommen, so erhält man ausgeprägte Einkristalle der Verbindung, die mitunter verzwillingt vorliegen.<ref name="IS14" />

Physikalische Eigenschaften

Datei:BaTiO3ceramics.JPG

Bariumtitanat, in einer Kunststofffolie eingeschweißt

Bariumtitanat ist ein Ferroelektrikum, wird zu der Gruppe der Elektrokeramiken gezählt und besitzt eine ausgeprägte Hystereseschleife. Wie alle Ferroelektrika besitzt es eine hohe Permittivität, welche stark von der elektrischen Feldstärke abhängt.

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 mit den Gitterkonstanten a = 399,2 pm und c = 403,6 pm vor, bei der das Titanion gegenüber den Sauerstoffionen in z-Richtung verschoben ist.<ref name="IS14" /> Daraus resultieren ein Dipolmoment der Elementarzelle und die Polarisation. Bei Erreichen der Curie-Temperatur von 120 °C erfolgt die Phasenumwandlung zur kubischen Perowskit-Struktur<ref name="IS14" />, 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.

Unterhalb von 0 °C liegt eine orthorhombische Symmetrie vor, während sich diese unterhalb von −90 °C in eine trigonale umwandelt.<ref name="IS14" />

Verwendung

Aufgrund der ferroelektrischen, dielektrischen und pyroelektrischen Eigenschaften werden Bariumtitanat sowie verwandte Perowskite wie Pb(Zr,Ti)O₃ unter anderem in der Elektronik und Sensorik als Werkstoff verwendet. Beispiele sind Kaltleiter sowie die Verwendung als nichtlineares Dielektrikum in hochkapazitiven Keramikkondensatoren. Allerdings ist der konkrete Kapazitätswert stark schwankend und unter anderem von der an dem Kondensator angelegten Spannung und der Temperatur abhängig.

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.

Weblinks

Commons: Barium titanate – Sammlung von Bildern

Einzelnachweise