Superátomo

En química , un superátomo es cualquier cúmulo de átomos que parecen exhibir algunas de las propiedades de los átomos elementales. ^{[ 1 ]} Un ejemplo de superátomo es el cúmulo Al₁₃ ⁻. ^{[ 2 ]}

Cuando los átomos de sodio se enfrían desde el estado gaseoso , se condensan naturalmente en cúmulos que contienen preferentemente un número mágico de átomos (2, 8, 20, 40, 58, etc.). El electrón más externo de cada átomo entra en un orbital que abarca a todos los átomos del cúmulo. Según este nuevo esquema de conteo, los superatomos tienden a comportarse químicamente de tal manera que les permite tener una capa electrónica completa .

Los superhalógenos son cúmulos atómicos con una afinidad electrónica mayor que la del cloro , el átomo con la mayor afinidad electrónica (3,62  eV). El concepto fue formalizado por primera vez por Gennady L. Gutsev y Alexander I. Boldyrev en 1981. ^{[ 3 ] [ 4 ]} Fueron identificados experimentalmente con claridad por primera vez en 1999, lo que desencadenó una ola de investigaciones posteriores en este campo. ^{[ 5 ]}

Los superálcalis son cúmulos atómicos con una energía de ionización menor que la del cesio , el átomo con la energía de ionización más baja (3,89  eV). El concepto fue formalizado por primera vez por Gutsev y Boldryev en 1982. ^{[ 6 ] [ 7 ]}

Ciertos cúmulos de aluminio poseen propiedades de superátomo. Estos cúmulos de aluminio se generan como aniones ( Al ⁻ _n con n = 1, 2, 3, …) en gas helio y reaccionan con un gas que contiene yodo. Al analizarlos mediante espectrometría de masas, uno de los principales productos de reacción resulta ser Al₁₃ yo ⁻. ^{[ 8 ]} Estos cúmulos de 13 átomos de aluminio con un electrón adicional no parecen reaccionar con el oxígeno cuando se introduce en la misma corriente de gas, lo que indica un carácter similar al de un haluro y un número mágico de 40 electrones libres. Dicho cúmulo se conoce como superhalógeno. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} El componente de cúmulo en Al₁₃ yo ⁻El ion es similar a un ion yoduro o, mejor aún, a un ion bromuro . El Al relacionadoSe espera que el clúster ₁₃ I ⁻ ₂ se comporte químicamente como el iontriyoduro ^{. [ 8 ]}

De manera similar se ha observado que Al_{Los cúmulos 14} con 42 electrones (2 más que los números mágicos) parecen exhibir las propiedades de unmetal alcalinotérreoque normalmente adoptade valencia. Se sabe que esto solo ocurre cuando hay al menos 3 átomos de yodo unidos a unAl ⁻ ₁₄ ,Al₁₄ I ⁻ ₃ . Elaniónicotiene un total de 43 electrones itinerantes, pero los tres átomos de yodo eliminan cada uno uno de los electrones itinerantes para dejar 40 electrones en lade jellium. ^{[ 13 ] [ 14 ]}

Es particularmente fácil y fiable estudiar cúmulos atómicos de átomos de gas inerte mediante simulación por ordenador, ya que la interacción entre dos átomos puede aproximarse muy bien mediante el potencial de Lennard-Jones . Existen otros métodos disponibles y se ha establecido que los números mágicos son 13, 19, 23, 26, 29, 32, 34, 43, 46, 49, 55, etc. ^{[ 15 ]}

• Alabama₇ = la propiedad es similar a lade germanio.
• Alabama₁₃ = la propiedad es similar a lade halógeno, más específicamente,al cloro.
  • Alabama₁₃ I ⁻ _x , dondex= 1–13. ^{[ 16 ]}
• Alabama₁₄ = la propiedad es similar a lade los metales alcalinotérreos.
  • Alabama₁₄ I ⁻ _x , dondex= 1–14. ^{[ 16 ]}
• Alabama₂₃
• Alabama₃₇
• Alabama₅ O ⁻ ₄ ^{[ 17 ]}

• Li(HF) ₃ Li = el interior (HF) ₃ hace que 2 electrones de valencia del Li orbiten toda la molécula como si fuera el núcleo de un átomo. ^{[ 18 ]}
• Li(NH₃ ₎ ₄ ₌ tiene un electrón difuso orbitando alrededor del núcleo Li(NH₃ ₎ ⁺₄ , es decir, imita un átomo de metal alcalino. ^{[ 19 ] [ 20 ]}
• Be(NH₃ ₎ ₄ ₌ tiene dos electrones difusos orbitando alrededor del núcleo Be(NH₃ ₎ ²⁺₄ , es decir, imita al átomo de He. ^{[ 21 ] [ 20 ]}

• VSi ₁₆ F = tiene enlace iónico. ^{[ 22 ]}
• Un grupo de 13 átomos de platino se vuelve altamente paramagnético , mucho más que el platino mismo. ^{[ 23 ]}

Los complejos de superátomos son un grupo especial de superátomos que incorporan un núcleo metálico estabilizado por ligandos orgánicos. En los complejos de clústeres de oro protegidos con tiolato , se puede utilizar una regla simple de conteo de electrones para determinar el número total de electrones ( n _e ) que corresponde a un número mágico :

${\ Displaystyle n_ {e} = N \ nu _ {A} -Mz}$

donde N es el número de átomos metálicos (A) en el núcleo, v es la valencia atómica, M es el número de ligandos electroatractores y z es la carga total del complejo. ^{[ 24 ]} Por ejemplo, el Au ₁₀₂ (p-MBA) ₄₄ tiene 58 electrones y corresponde a un número mágico de capa cerrada. ^{[ 25 ]}

• Condensado de Bose-Einstein
• Cadena
• aromaticidad de los metales
• Punto cuántico

• "Diseñador de superátomos magnéticos", JU Reveles, et al. 2009 doi : 10.1038/nchem.249
• "Una visión unificada de los cúmulos de oro protegidos por ligandos como complejos de superátomos", M. Walter et al. 2008 doi : 10.1073/pnas.0801001105
• "Complejos de superátomos de oro", PD Jadzinsky et al. 2007 doi : 10.1126/science.1148624
• "Superátomos de valencia múltiple", JU Reveles, SN Khanna, PJ Roach y AW Castleman Jr., 2006 doi : 10.1073/pnas.060878110