13.3.3.3. Бориды, карбиды, фосфиды

В материаловедческом отношении из бинарных соединений элементов 13-й группы интерес представляют бориды, карбиды и фосфиды (в случае алюминия - это АlВ₂, Аl₄С₃, АlР). Чаще всего эти соединения получают прямым синтезом; некоторые из них нашли практическое применение.

Бинарные соединения бора с металлами называют боридами. Иногда такое название используют и применительно к бинарным соединениям бора с элементами-неметаллами (борид углерода или карбид бора и т. д.).

Бориды элементов-металлов только в редких случаях представляют собой соединения, стехиометрия и строение которых можно рассмотреть в рамках обычных валентных отношений. Известно большое число боридов, строение которых можно объяснить, только рассматривая их как нестехиометрические фазы или соединения типа интерметаллидов.

Бориды разделяют на две группы: 1) соединения, содержащие много элемента-металла и мало бора, и 2) соединения, содержащие много бора и мало элемента-металла. В боридах первого типа сохраняется кристаллическая структура металла, а в ее пустотах располагаются атомы бора. Соединения второго типа, напротив, сохраняют структуру кристаллического бора, и в ее пустотах размещаются атомы элемента-металла. Кроме боридов указанных двух классов, известны соединения промежуточного типа, где бор и металл модифицируют кристаллическую структуру друг друга. В некоторых таких структурах чередуются плотноупакованные слои атомов бора и элемента-металла.

Бориды многих элементов-металлов обладают ценными для практики свойствами. Часто Т_ПЛ боридов более чем на 1000⁰С превышает Т_ПЛ соответствующих металлов. В частности, бориды Zr, Hf, W принадлежат к числу наиболее тугоплавких соединений:

Борид	ZrB	HfB	WB
ТПЛ, ^0C	2990	3060	2920

Очень интересны свойства карбида бора (или борида углерода) В₆С, который можно рассматривать как продукт частичного замещения атомов углерода в структуре алмаза на атомы бора. Борид углерода В₆С (а также В₄С, В₃С) очень тверд, царапает алмаз. Кроме того, карбид бора химически более инертен, чем сам бор: до 1000⁰С не реагирует с О₂, Сl₂. Карбид бора В₆С получают в электродуговой печи путем взаимодействия бора и углерода или действием на углерод борного ангидрида.

К числу необычных свойств боридов элементов-металлов относится их довольно высокая электропроводность. Для ZrB₂ и TiB₂ она при прочих равных условиях на порядок превышает электропроводность соответствующих металлов.

Области использования боридов элементов-металлов постоянно расширяются. Например, гексабориды лантанидов являются лучшими из термоионных излучателей, монобориды мышьяка и фосфора - высокотемпературные полупроводники, арсенид бора AsB₆ отличается необычайной химической инертностью. Многие бориды применяют как режущие и абразивные материалы. Бориды некоторых элементов-металлов (главным образом наиболее электроположительных) используют для получения бороводородов, которые образуются при разложении боридов под действием кислот.

Среди бинарных соединений элементов подгруппы галлия много ценных материалов с полупроводниковыми свойствами (фосфиды, антимониды, арсениды). Как правило, их получают прямым синтезом. Они, как и нитриды, находят широкое применение в полупроводниковой технике. Например, лазеры на основе GaAs работают как в видимой, так и в ИК-области спектра. Арсенид галлия используют также и в солнечных батареях, превращающих видимый свет в электрическую энергию.