Халькогенид - Chalcogenide

Сульфид кадмия, прототип халькогенида металла, используется в качестве желтого пигмента.

А халькогенид химическое соединение, состоящее как минимум из одного халькоген анион и как минимум еще один электроположительный элемент. Хотя все группа 16 элементов периодической таблицы Менделеева определены как халькогены, термин халькогенид чаще используется для обозначения сульфиды, селениды, теллуриды, и полониды, скорее, чем оксиды.[1] Многие металлические руды существуют в виде халькогенидов. Фотопроводящий халькогенидные очки используются в ксерография. Некоторые пигменты и катализаторы также основаны на халькогенидах. Дихалькогенид металла MoS2 общий твердая смазка.

Халькогениды щелочных и щелочноземельных металлов

Монохалькогениды щелочных металлов и щелочноземельных металлов являются солевыми, бесцветными и часто водорастворимыми. Сульфиды склонны подвергаться гидролизу с образованием производных, содержащих бисульфид (SH−) анионы. Халькогениды щелочных металлов часто кристаллизуются с антигенами.флюорит структура и соли щелочноземельных металлов в хлорид натрия мотив.

Структура цинковой обманки является распространенным мотивом для монохалькогенидов металлов.

Халькогениды переходных металлов

Халькогениды переходных металлов имеют много стехиометрий и многих структур.[2] Однако наиболее распространенными и наиболее технологически важными являются халькогениды простой стехиометрии, такие как 1: 1 и 1: 2. Крайние случаи включают фазы с высоким содержанием металлов (например, Ta2S), которые демонстрируют обширную связь металл-металл,[3] и материалы, богатые халькогенидами, такие как Re2S7, который отличается обширной связью халькоген-халькоген.

С целью классификации этих материалов халькогенид часто рассматривается как дианион, т.е. S2−, Se2−, Te2−, и По2−. На самом деле халькогениды переходных металлов очень полезны. ковалентный, не ионные, на что указывают их полупроводниковые свойства.[2]

Халькогениды с высоким содержанием металлов

Структура сульфида Nb с высоким содержанием металлов21S8.[4]

В большинстве своих халькогенидов переходные металлы принимают степень окисления II или выше. Тем не менее, существует несколько примеров, когда металлических атомов намного больше, чем халькогенов. Такие соединения обычно имеют обширную связь металл-металл.[5]

Монохалькогениды

Монохалькогениды металлов имеют формулу ME, где M = переходный металл и E = S, Se, Te. Обычно они кристаллизуются в одном из двух мотивов, названных в честь соответствующих форм сульфид цинка. в цинковая обманка структура, атомы сульфида упакованы в кубической симметрии и Zn2+ ионы занимают половину тетраэдрических дырок. В результате алмазоид рамки. Основной альтернативной структурой монохалькогенидов является вюрцит структура, в которой связи атомов аналогичны (тетраэдрическая), но симметрия кристалла гексагональная. Третий мотив монохалькогенида металла - это арсенид никеля решетка, в которой металл и халькогенид имеют октаэдрическую и тригонально-призматическую координацию соответственно. Этот мотив обычно нестехиометрия.[6]

Важные монохалькогениды включают некоторые пигменты, особенно сульфид кадмия. Многие минералы и руды являются моносульфидами.[1]

Дихалькогениды

Дихалькогениды металлов имеют формулу ME2, где M = переходный металл и E = S, Se, Te.[7] Как правило, наиболее важными членами являются сульфиды. Они всегда представляют собой темные диамагнитные твердые вещества, не растворимые во всех растворителях и проявляющие полупроводниковые свойства. По своему электронному строению эти соединения обычно рассматривают как производные M4+, где M4+ = Ti4+ (d0 конфигурация), V4+ (d1 конфигурация), Mo4+ (d2 конфигурация). Дисульфид титана был исследован в прототипе катоды для вторичных батарей, используя его способность обратимо подвергаться вставка к литий. Дисульфид молибдена, предмет многих тысяч публикаций, является основной рудой молибдена, где его называют молибденит. Он используется как твердая смазка и катализатор для гидрообессеривание. Соответствующие диселениды и даже дителлуриды известны, например, TiSe2, MoSe2, и WSe2.

MoS2, наиболее распространенный дихалькогенид металлов, имеет слоистую структуру.

Дихалькогениды переходных металлов обычно используют либо дииодид кадмия или же дисульфид молибдена конструкции. В CdI2 мотив, металлы демонстрируют октаэдрическую структуру. В MoS2 По мотиву, который не наблюдается для дигалогенидов, металлы имеют тригонально-призматическую структуру.[1] Сильная связь между металлическими и халькогенидными лигандами контрастирует со слабой халькогенид-халькогенидной связью между слоями. Благодаря такой разной прочности связи эти материалы вступают в интеркалирование щелочными металлами. Процесс интеркаляции сопровождается переносом заряда, в результате чего центры M (IV) восстанавливаются до M (III).

Пирит и родственные дисульфиды

В отличие от классических дихалькогенидов металлов, железный пирит, обычный минерал, обычно описывается как состоящий из Fe2+ и персульфидо-анион S22−. Атомы серы в дисульфидодианионе связаны короткой связью S-S.[2] «Поздние» дисульфиды переходных металлов (Mn, Fe, Co, Ni) почти всегда включают пирит или родственный ему марказит мотив, в отличие от ранних металлов (V, Ti, Mo, W), которые принимают степень окисления 4+ с двумя халькогенидными дианионами.

Три- и тетрахалькогениды

Некоторые металлы, в основном ранние металлы (группы Ti, V, Cr, Mn), также образуют трихалькогениды. Эти материалы обычно обозначаются как M4+(E22−) (E2−) (где E = S, Se, Te). Хорошо известный пример: триселенид ниобия. Аморфный MoS3 производится путем лечения тетратиомолибдат с кислотой:

MoS42− + 2 часа+ → MoS3 + H2S

Минерал патронит, имеющий формулу VS4, является примером тетрахалькогенида металла. Кристаллографический анализ показывает, что материал можно рассматривать как бис (персульфид), т.е.4+, (S22−)2.[2]

Основная группа халькогенидов

В качестве2S3 это сшитый полимер где центры As и S подчиняются Правило октета.

Производные халькогена известны всем элементы основной группы кроме благородных газов. Обычно их стехиометрия соответствует классическим тенденциям валентности, например SiS2, B2S3, Sb2S3. Однако существует множество исключений, например п4S3 и S4N4. Структуры многих материалов основной группы продиктованы направленной ковалентной связью, а не плотной упаковкой.[1]

Халькогену приписывают положительные степени окисления галогенидов, нитридов и оксидов.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ а б c d Greenwood, N. N .; И Эрншоу, А. (1997). Химия элементов (2-е изд.), Оксфорд: Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  0-7506-3365-4.
  2. ^ а б c d Vaughan, D. J .; Крейг, Дж. Р. «Минеральная химия сульфидов металлов» Cambridge University Press, Кембридж: 1978. ISBN  0521214890.
  3. ^ Хьюбанкс, Тимоти (1995). «Изучение богатой металлами химии ранних переходных элементов». Журнал сплавов и соединений. 229: 40–53. Дои:10.1016/0925-8388(95)01688-0.
  4. ^ Franzen, H.F .; Beineke, T.A .; Конрад, Б. (1968). «Кристаллическая структура Nb21S8". Acta Crystallographica B. 24: 412-p416.
  5. ^ Францен, Хьюго Ф. (1978). «Структура и связывание соединений с высоким содержанием металлов: пниктиды, халькогениды и галогениды». Прогресс в химии твердого тела. 12: 1–39. Дои:10.1016 / 0079-6786 (78) 90002-Х.CS1 maint: использует параметр авторов (связь)
  6. ^ "Сульфидная минералогия: Том 1" Пол Х. Риббе, редактор, 1974, Минералогическое общество Америки. ISBN  0-939950-01-4
  7. ^ Уэллс, А.Ф. (1984) Структурная неорганическая химия, Оксфорд: Clarendon Press. ISBN  0-19-855370-6.

внешняя ссылка