calcogenuro

Un calcogenuro es un compuesto químico que consta de al menos un anión calcógeno y al menos un elemento más electropositivo . Aunque todos los elementos del grupo 16 de la tabla periódica se definen como calcógenos, el término calcogenuro se reserva más comúnmente para sulfuros , seleniuros , telururos y polonuros , en lugar de óxidos . ^[¹^] Muchos minerales metálicos existen como calcogenuros. Los vidrios de calcogenuro fotoconductores se utilizan en xerografía . Algunos pigmentos y catalizadores también se basan en calcogenuros. El dicalcogenuro metálico MoS ₂ es un lubricante sólido común .

Calcogenuros de metales alcalinos y alcalinotérreos

Los monocalcogenuros de metales alcalinos y alcalinotérreos son sales incoloras y a menudo solubles en agua. Los sulfuros tienden a hidrolizarse para formar derivados que contienen aniones bisulfuro (SH⁻ ⁾ . Los calcogenuros de metales alcalinos suelen cristalizar con la estructura de antifluorita , mientras que las sales de metales alcalinotérreos presentan el motivo del cloruro de sodio .

La estructura de blenda de zinc es un motivo común en los monocalcogenuros metálicos.

Calcogenuros de metales de transición

Los calcogenuros de metales de transición se presentan con muchas estequiometrías y muchas estructuras. ^{[ 2 ]} Sin embargo, los más comunes y tecnológicamente más importantes son los calcogenuros de estequiometrías simples, como 1:1 y 1:2. Los casos extremos incluyen fases ricas en metal (por ejemplo, Ta ₂ S ), que exhiben enlaces metal-metal extensos, ^{[ 3 ]} y materiales ricos en calcogenuro como Re ₂ S ₇ , que presenta enlaces calcógeno-calcógeno extensos.

Para clasificar estos materiales, el calcogenuro se suele considerar como un dianión, es decir, ^S²⁻^, Se²⁻ , Te²⁻ y Po²⁻ . De hecho, los calcogenuros de metales de transición son altamente ^covalentes ^, no iónicos, como lo indican sus propiedades semiconductoras. ^{[ 2 ]}

Calcogenuros ricos en metales

Estructura del sulfuro rico en metal Nb ₂₁ S ₈ . ^{[ 4 ]}

En la mayoría de sus calcogenuros, los metales de transición adoptan estados de oxidación de II o superiores. No obstante, existen varios ejemplos en los que los átomos metálicos superan ampliamente en número a los calcógenos. Estos compuestos suelen presentar enlaces metal-metal extensos. ^{[ 5 ]}

Monocalcogenuros

Los monocalcogenuros metálicos tienen la fórmula ME, donde M = un metal de transición y E = S, Se, Te. Suelen cristalizar en uno de dos motivos, denominados según las formas correspondientes del sulfuro de zinc . En la estructura de blenda de zinc , los átomos de sulfuro se empaquetan con simetría cúbica y los iones Zn²⁺ ^ocupan la mitad de los huecos tetraédricos. El resultado es una estructura diamantina . La principal estructura alternativa para los monocalcogenuros es la estructura de wurtzita , en la que las conectividades atómicas son similares (tetraédricas), pero la simetría cristalina es hexagonal. Un tercer motivo para los monocalcogenuros metálicos es la red de arseniuro de níquel , donde el metal y el calcogenuro tienen coordinación octaédrica y prismática trigonal, respectivamente. Este motivo suele presentar no estequiometría . ^{[ 6 ]}

Entre los monocalcogenuros importantes se incluyen algunos pigmentos , en particular el sulfuro de cadmio . Muchos minerales y menas son monosulfuros. ^{[ 1 ]}

Dicalcogenuros

El MoS₂ _, el dicalcogenuro metálico más común, adopta una estructura en capas.

Los dicalcogenuros metálicos tienen la fórmula ME₂ _, donde M = un metal de transición y E = S, Se, Te. ^{[ 7 ]} Los miembros más importantes son los sulfuros. Son sólidos diamagnéticos oscuros, insolubles en todos los disolventes y presentan propiedades semiconductoras . Algunos son superconductores . ^{[ 8 ]}

En términos de sus estructuras electrónicas, estos compuestos se consideran generalmente derivados de M ⁴⁺ , donde M ⁴⁺ = Ti ⁴⁺ ( configuración d ^{0 ), V}⁴⁺ (configuración d ¹ ), Mo ⁴⁺ (configuración d ² ). El disulfuro de titanio se investigó en prototipos de cátodos para baterías secundarias, aprovechando su capacidad de sufrir intercalación reversible por litio . El disulfuro de molibdeno es objeto de miles de artículos y el principal mineral de molibdeno, denominado molibdenita . Se utiliza como lubricante sólido y catalizador para la hidrodesulfuración . Se conocen los diselenuros e incluso ditelururos correspondientes, por ejemplo, TiSe ₂ , MoSe ₂ , y WSe ₂ .

metales de transición

Los dicalcogenuros de metales de transición suelen adoptar estructuras de diyoduro de cadmio o disulfuro de molibdeno . En el motivo CdI₂ _, los metales presentan estructuras octaédricas. En el motivo MoS₂ _, que no se observa en los dihaluros, los metales presentan estructuras prismáticas trigonales. ^{[ 1 ]} El fuerte enlace entre el metal y los ligandos calcogenuro contrasta con el débil enlace calcogenuro-calcogenuro entre las capas. Debido a estas fuerzas de enlace contrastantes, estos materiales participan en la intercalación de metales alcalinos . El proceso de intercalación va acompañado de transferencia de carga, reduciendo los centros M(IV) a M(III). La atracción entre electrones y huecos en el diselenuro de tungsteno 2D es cientos de veces más fuerte que en un semiconductor 3D típico. ^{[ 8 ]}

Pirita y disulfuros relacionados

A diferencia de los dicalcogenuros metálicos clásicos, ^lapirita de hierro , un mineral común, se describe generalmente como compuesta por Fe²⁺ ^y el anión persulfuro S₂²⁻ _. Los átomos de azufre dentro del dianión persulfuro están unidos mediante un enlace SS corto. ^[²^] Los disulfuros de metales de transición "tardíos" (Mn, Fe, Co, Ni) casi siempre adoptan el motivo de la pirita o la marcasita relacionada , a diferencia de los metales tempranos (V, Ti, Mo, W) que adoptan un estado de oxidación 4+ con dos dianiones calcogenuros.

Tri- y tetracalcogenuros

Varios metales, principalmente los metales de transición (grupos Ti, V, Cr, Mn), también forman tricalcogenuros. Estos materiales se suelen describir como M⁴⁺ ⁽^E₂²⁻ ) ₍ E²⁻ ⁾ (donde E = S, Se, Te). Un ejemplo bien conocido es el triselenuro de niobio . El MoS₃ amorfo _se produce mediante el tratamiento de tetratiomolibdato con ácido.

MoS₄²⁻ ₊ 2 H⁺ ^→ MoS₃ ₊ H₂S

El mineral patrónita , cuya fórmula es VS₄ _, es un ejemplo de tetracalcogenuro metálico. El análisis cristalográfico muestra que el material puede considerarse un bis(persulfuro), es decir, ^V⁴⁺^, ( _S₂²⁻ ) _₂ . ^[²^]

Calcogenuros del grupo principal

El As ₂ S ₃ es un polímero reticulado donde los centros As y S obedecen la regla del octeto .

Se conocen derivados de calcógenos para todos los elementos del grupo principal _, excepto los gases nobles. Generalmente, sus estequiometrías siguen las tendencias de valencia clásicas, por ejemplo, _SiS₂ _,_B₂S₃ , Sb₂S₃ . Sin _embargo , _existen muchas excepciones, por ejemplo, P₄S₃ _y S₄N₄ . Las _estructuras de muchos materiales del grupo principal están determinadas por enlaces covalentes direccionales, en lugar de por _un empaquetamiento compacto. ^[¹^]

Al calcógeno se le asignan estados de oxidación positivos para los haluros, nitruros y óxidos.

Véase también

Referencias

1 2 3 4 Greenwood, NN; & Earnshaw, A. (1997). Química de los elementos (2.ª ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.
1 2 3 4 Vaughan, DJ; Craig, JR "Química mineral de los sulfuros metálicos" Cambridge University Press, Cambridge: 1978. ISBN 0-521-21489-0.
↑ Hughbanks, Timothy (1995). "Explorando la química rica en metales de los elementos de transición temprana". Journal of Alloys and Compounds . 229 : 40–53 . doi : 10.1016/0925-8388(95)01688-0 .
↑ Franzen, HF; Beineke, TA; Conrad, BR (1968). "La estructura cristalina del Nb ₂₁ S ₈ ". Acta Crystallographica B . 24 (3): 412–p416. doi : 10.1107/S0567740868002463 .
↑ Franzen, Hugo F. (1978). "Estructura y enlace de compuestos ricos en metales: pnicturos, calcogenuros y haluros". Progress in Solid State Chemistry . 12 : 1–39 . doi : 10.1016/0079-6786(78)90002-X .
↑ "Mineralogía de sulfuros: Volumen 1" Paul H. Ribbe, editor, 1974, Sociedad Mineralógica de América. ISBN 0-939950-01-4
↑ Wells, AF (1984) Química inorgánica estructural, Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-855370-6.
1 2 Wood, Charlie (16 de agosto de 2022). "Dúo de físicos encuentra magia en dos dimensiones" . Quanta Magazine . Recuperado el 22 de agosto de 2022 .

Enlaces externos

Laboratorio de Tecnologías y Aplicaciones Avanzadas de Calcogenidos ACTAlab 14 de junio de 2016
El sistema 'moneta', basado en memoria de cambio de fase, apunta al futuro del almacenamiento informático. ScienceBlog, 3 de junio de 2011.
Kovalenko, Maksym V.; Scheele, Marcus; Talapin, Dmitri V. (2009). "Nanocristales coloidales con ligandos superficiales de calcogenuros metálicos moleculares". Science . 324 (5933): 1417– 1420. Bibcode : 2009Sci...324.1417K . doi : 10.1126/science.1170524 . PMID 19520953 . S2CID 21845356 .
Los expertos de Big Blue crean células solares a precio de ganga. The Register, 12 de febrero de 2010.

[Greenwood-1] 1 2 3 4 Greenwood, NN; & Earnshaw, A. (1997). Química de los elementos (2.ª ed.), Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0-7506-3365-4.

[Vaugn-2] 1 2 3 4 Vaughan, DJ; Craig, JR "Química mineral de los sulfuros metálicos" Cambridge University Press, Cambridge: 1978. ISBN 0-521-21489-0.

[3] Hughbanks, Timothy (1995). "Explorando la química rica en metales de los elementos de transición temprana". Journal of Alloys and Compounds . 229 : 40–53 . doi : 10.1016/0925-8388(95)01688-0 .

[4] Franzen, HF; Beineke, TA; Conrad, BR (1968). "La estructura cristalina del Nb ₂₁ S ₈ ". Acta Crystallographica B . 24 (3): 412–p416. doi : 10.1107/S0567740868002463 .

[5] Franzen, Hugo F. (1978). "Estructura y enlace de compuestos ricos en metales: pnicturos, calcogenuros y haluros". Progress in Solid State Chemistry . 12 : 1–39 . doi : 10.1016/0079-6786(78)90002-X .

[6] "Mineralogía de sulfuros: Volumen 1" Paul H. Ribbe, editor, 1974, Sociedad Mineralógica de América. ISBN 0-939950-01-4

[7] Wells, AF (1984) Química inorgánica estructural, Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-855370-6.

[:0-8] 1 2 Wood, Charlie (16 de agosto de 2022). "Dúo de físicos encuentra magia en dos dimensiones" . Quanta Magazine . Recuperado el 22 de agosto de 2022 .

[

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]