Estudio de las propiedades térmicas de algunos vidrios y policristales de la forma A2BX4

Abstract

The properties of specific heat, thermal conductivity, and heat flow were studied in polycrystalline materials of the form A2BX4, like: Cs2CoCl4, Cs2ZnI4, [N(CH3)4]2CoCl4 and (NH4)2CrO4 elaborated by the methods of quick and slow evaporation, as well as, in vitreous materials like: SiO2: Al2O3: Sb2O3: CaO: Na2O: Cr2O3 and [N(CH3)4]2CoCl4: P2O5: Al2PO4: CaCO3 and the ceramic SiO2: Cr2O3: B2O3, obtained by the fusion method. To analyze these variables, each of these compounds was submitted to temperature variations in the range of 260K to 370K at constant volume, which allowed to register the behavior of the samples under a change of temperature. With the help of graphic analysis of the specific heat, thermal conductivity and heat flow as functions of the temperature, it was possible to evidence the phase transitions and anomalous behavior experienced by each compound. The polycrystals presented a transition of incommensurable phase to normal phase at 273K for Cs2ZnI4 and [N(CH3)4]2CoCl4, 290K for the compound (NH4)2CrO4 and the transition from commensurate to incommensurate at 291K for Cs2CoCl4, a fact that allowed to differentiate these materials from the glasses. Also, the transition due to the Jahn-Teller effect was registered for all materials: at 304K for Cs2ZnI4 and [N(CH3)4]2CoCl4, at 310K for (NH4)2CrO4, at 286K for Cs2CoCl4, and for the glasses it was around 309.55K. When comparing the results obtained with those found in published studies, for the same compounds it is found that there is agreement among these; even when the technique used by them is different to the one that we use in this study. The dynamic form of the technique used (thermoelectric camera) to measure the studied variables was extraordinarily effective, since it allowed the samples to carry out the processes of energy absorption and emission. This fact contributed to differentiate the structures of the materials in question. This can be better seen when observing the behavior of the heat flow when increasing the temperature, because an almost linear flow is registered, with smaller slope for the glasses than for the polycrystals, as expected. These curves show clearly the phase transitions and the effects produced by the properties of the elements in each compound. When comparing the results obtained for specific heat and thermal conductivity with data already established, we were able to classify these compounds as semiconductor materials in the case of the polycrystals and as insulators for the glasses, in the normal phase.

Las propiedades de calor específico, conductividad térmica y flujo de calor, fueron estudiadas en materiales policristalinos de la forma A2BX4, como: Cs2CoCl4, Cs2 ZnI4, [N(CH3)4]2CoCl4 y (NH4)2CrO4 elaborados por los métodos de evaporación rápida y lenta, como también, en materiales vítreos como: SiO2: Al2O3: Sb2O3: CaO: Na2O: Cr2O3 y [N(CH3)4]2CoCl4: P2O5: Al2PO4: CaCO3 y la cerámica SiO2: Cr2O3: B2O3, obtenidos por el método de fusión. Para analizar estas variables, se sometió cada uno de los compuestos a variaciones de temperatura en el rango de 260K a 370K a volumen constante; hecho que permitió registrar el comportamiento de las muestras frente al cambio de temperatura. Con ayuda del análisis gráfico del calor específico, conductividad térmica y el flujo de calor en función de la temperatura, se logró evidenciar las transiciones de fase y comportamiento anómalo experimentado por cada compuesto. Así es que los policristales presentaron transición de fase inconmensurable a fase normal en 273K para Cs2 ZnI4 y [N(CH3)4]2CoCl4, 290K para el compuesto (NH4)2CrO4 y la transición de fase conmensurable a inconmensurable a los 291K para el Cs2CoCl4, hecho que permitió diferenciar estos materiales de los vidrios. Como también, se registró en todos los materiales la transición a consecuencia del efecto Jahn – Teller, presentado a los 304K para Cs2 ZnI4 y [N(CH3)4]2CoCl4, 310K para el (NH4)2CrO4 , 286K para el Cs2CoCl4, y para los vidrios fue alrededor de 309.55K. Al comparar los resultados obtenidos con los hallados según estudios publicados, para los mismos compuestos se encuentra que hay acuerdo entre éstos; aún cuando la técnica utilizada por ellos es distinta a la que usamos en este estudio. La forma dinámica de la técnica utilizada (cámara termoeléctrica) para medir las variables estudiadas, fue extraordinariamente efectiva, puesto que permitió a las muestras realizar los procesos de absorción y emisión de energía. Este hecho contribuyó a diferenciar las estructuras de los materiales en cuestión. Esto puede verse mejor al observar el comportamiento del flujo de calor al incrementar la temperatura, pues se registra un flujo casi lineal y con pendiente más baja para los vidrios, que para los policristales, como era de esperarse. Estas curvas muestran claramente las transiciones de fase y los efectos que producen las propiedades de los elementos en cada compuesto. Al comparar los resultados obtenidos de calor específico y conductividad térmica, con datos ya establecidos, se logró clasificar estos compuestos como materiales semiconductores en el caso de los policristales y de aisladores para los vidrios, en la fase normal.