Сульфид молибдена(IV)
| Дисульфид молибдена | |
|---|---|
 | |
 | |
| Общие | |
| Систематическое наименование |
сульфид молибдена(IV) |
| Традиционные названия | дисульфид молибдена, двусернистый молибден |
| Хим. формула | MoS2 |
| Физические свойства | |
| Состояние | черный кристалл, минерал, камень |
| Молярная масса | 160,07 г/моль |
| Плотность | 4,68 ÷ 5,06 г/см³ |
| Термические свойства | |
| Температура | |
| • плавления | (разл.) 1185 °C, 2100[1] |
| Химические свойства | |
| Растворимость | |
| • в воде | практически нерастворим |
| Структура | |
| Координационная геометрия | тригональная призматическая (Mo4+), пирамидальная (S2−) |
| Кристаллическая структура | гексагональная, hP6, пространственная группа P63/mmc, № 194 |
| Классификация | |
| Рег. номер CAS | 1317-33-5 |
| RTECS | QA4697000 |
| Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
Сульфид молибдена(IV) (дисульфид молибдена) — неорганическое бинарное химическое соединение четырёхвалентного молибдена с двухвалентной серой. Химическая формула [math]\displaystyle{ \mathsf{MoS_2} }[/math].
Физические свойства
Дисульфид молибдена(IV) представляет собой тяжелый серо-голубой или зеленовато-чёрный кристаллический порошок, жирный на ощупь (как графит), твёрдость 1—1,5 по шкале Мооса (оставляет серовато-зеленоватый след на бумаге в отличие от черного следа дешевого графита).
Дисульфид молибдена существует в двух кристаллических модификациях:
- гексагональная сингония, пространственная группа P 63/mmc, a = 0,316 нм, c = 1,229 нм, Z = 2;
- ромбоэдрическая сингония, пространственная группа R 3m, a = 0,3164 нм, c = 1,839 нм, Z = 3.
В дисульфиде молибдена каждый атом Mo(IV) находится в центре тригональной призмы и окружён шестью атомами серы. Тригональная призма ориентирована так, что в кристалле атомы молибдена находятся между двумя слоями атомов серы[2]. Из-за слабых ван-дер-ваальсовых сил взаимодействия между атомами серы в MoS2, слои могут легко скользить друг относительно друга. Это приводит к появлению смазочного эффекта.
Дисульфид молибдена является диамагнетиком и полупроводником[3].
Получение
В природе дисульфид молибдена встречается в виде минерала — молибденита. Известна также природная аморфная форма — йордизит (англ. jordisite), которая встречается значительно реже. Руды молибденита всегда содержат большое количество примесей, поэтому их обогащают с помощью флотации, получая в конце процесса относительно чистый MoS2 — основной исходный продукт для дальнейшего получения молибдена [4].
В лабораторной практике дисульфид молибдена может быть получен непосредственно из элементов:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{Mo + 2S \xrightarrow{600-700^\circ C} MoS_2} }[/math]
Взаимодействием молибдена или его диоксида с сероводородом:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{Mo + 2H_2S \xrightarrow{\gt 800^\circ C} MoS_2 + 2H_2} }[/math]
- [math]\displaystyle{ \mathsf{MoO_2 + 2H_2S \xrightarrow{400^\circ C} MoS_2 + 2H_2O} }[/math]
Химические свойства
Дисульфид молибдена не растворяется в воде, не реагирует с разбавленными кислотами и щелочами.
При нагревании без доступа воздуха MoS2 разлагается в несколько стадий:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{MoS_2 \xrightarrow{\sim 1100^\circ C} Mo_2S_3 + S \xrightarrow{\sim 1100^\circ C,\ vacuum} Mo + S} }[/math]
При нагревании на воздухе дисульфид молибдена окисляется:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{2MoS_2 + 7O_2 \xrightarrow{400-600^\circ C} 2MoO_3 + 4SO_2} }[/math]
Перегретый пар также взаимодействует с дисульфидом молибдена:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{MoS_2 + 2H_2O \xrightarrow{500^\circ C} MoO_2 + 2H_2S} }[/math]
Концентрированные неокисляющие кислоты разлагают MoS2 до диоксида:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{MoS_2 + 2H_2SO_4 \xrightarrow{~~} MoO_2\downarrow + 2S\downarrow + 2SO_2 + 2H_2O} }[/math]
Концентрированные, горячие окисляющие кислоты окисляют MoS2 до триоксида:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{MoS_2 + 18HNO_3 \xrightarrow{100^\circ C} MoO_3\downarrow + 18NO_2 + 2H_2SO_4 + 7H_2O} }[/math]
Водород восстанавливает дисульфид молибдена:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{MoS_2 + 2H_2 \xrightarrow{800^\circ C} Mo + 2H_2S} }[/math]
При хлорировании дисульфида молибдена при повышенных температурах получается пентахлорид молибдена[источник не указан 5137 дней]:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{2MoS_2 + 7Cl_2 \xrightarrow{t} 2MoCl_5 + 2S_2Cl_2} }[/math]
Дисульфид молибдена реагирует с литием с образованием интеркаляционных соединений:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{MoS_2 + \mathit{x}Li \xrightarrow{~ ~ ~} Li_\mathit{x}MoS_2 } }[/math]
При реакции с n-бутиллитием получается соединение с формулой LiMoS2[4].
При сплавлении с сульфидами щелочных металлов образует тиосоли:
- [math]\displaystyle{ \mathsf{MoS_2 + Na_2S \xrightarrow{~ t ~} Na_2MoS_3 } }[/math]
Использование в качестве смазки
MoS2 с размером частиц в диапазоне 1—100 мкм является сухим смазывающим веществом. Существуют немного альтернатив (в их числе - Дисульфид вольфрама), которые могут иметь высокие смазочные и стабильные свойства вплоть до температур в 350 °C в окислительных средах, а также в вакууме. Испытания MoS2 с использованием трибометра при низких нагрузках (0,1—2 Н) дают значение коэффициента трения меньше 0,1[5][6].
Дисульфид молибдена часто является компонентом смесей и композиционных материалов с низким коэффициентом трения. Такие материалы используются в критически важных компонентах, например, в авиационных двигателях. При добавлении к пластмассе MoS2 формирует композиционный материал с улучшенной прочностью и с уменьшением трения. В качестве полимеров, к которым добавляют MoS2, используются нейлон, тефлон и веспел (англ. vespel). Были разработаны самосмазывающиеся композиционные покрытия для высокотемпературных конструкций, состоящие из дисульфида молибдена и нитрида титана при помощи CVD-технологии[7].
Специфическое использование
MoS2 часто используется как смазка в двухтактных двигателях, например, в двигателях мотоциклов. Он также используется в шарнирах равных угловых скоростей и в карданном вале.
Со времени войны во Вьетнаме дисульфид молибдена использовался для смазки оружия. Покрытия ствола такой смазкой увеличивает точность стрельбы[8]. В настоящее время дисульфидом покрываются непосредственно пули.
MoS2 применяется в турбомолекулярных насосах, использующихся при получении сверхвысокого вакуума со значением давления до 10−9 торр (при −226 до 399 °C).
Смазка из MoS2 применяется при дорновании для предотвращения образования наростов на обрабатываемой поверхности [9].
Сульфид молибдена (IV) применяется при производстве керамических изделий, так как при добавлении к глинам способен придавать ей синий или красный цвет (в зависимости от процентного содержания) при обжиге.
Использование в нефтехимии
Синтетический дисульфид молибдена используется в качестве катализатора для сероочистки на нефтеочистительных заводах, например, при гидрообессеривании[10]. Эффективность катализаторов из MoS2 увеличивается при их легировании небольшим количеством кобальта или никеля, а также смесями, основанных на оксиде алюминия.
Использование в электронике
Дисульфид молибдена — полупроводник, поэтому он, в принципе, может применяться для изготовления диодов, транзисторов и других элементов твердотельной электроники. Но объёмный MoS2 оказался, по своим свойствам, достаточно посредственным полупроводником, уступающим кремнию и другим широко используемых веществам. С другой стороны, тонкие пленки из MoS2 толщиной в один атом обладают радикально иными качествами[11].
«Двумерные плёнки дисульфида молибдена» рассматриваются как перспективный материал для производства высокочастотных детекторов, выпрямителей и транзисторов[11][12]. MoS2 попадает в один ряд с такими известными двумерными материалами как графен и силицен.
Использование в будущем
В качестве фотокатализатора
В сочетании с сульфидом кадмия дисульфид молибдена увеличивает скорость фотокаталитического производства водорода[13]. А при смешении с диоксидом титана получают чернильную массу, хорошо поглощающую водяные пары в темноте и разлагающуюся на солнце с выделением водорода и кислорода [14].
В качестве генератора тока на осмосе между пресной и соленой водой
Дисульфид молибдена может использоваться для создания осмотических мембран, пропускающих молекулы определенного размера.[15].
См. также
Примечания
- ↑ Важнейшие соединения молибдена. (недоступная ссылка). Дата обращения: 17 апреля 2010. Архивировано 3 мая 2006 года.
- ↑ Wells, A.F. Structural Inorganic Chemistry (англ.). — Oxford: Oxford University Press, 1984. — ISBN 0-19-855370-6.
- ↑ W. Müller-Warmuth, R. Schöllhorn. Progress in intercalation research (неопр.). — Springer, 1994. — С. 50. — ISBN 0792323572. Архивная копия от 27 октября 2017 на Wayback Machine
- ↑ 4,0 4,1 Patnaik, Pradyot. Handbook of Inorganic Chemical Compounds (неопр.). — McGraw-Hill Education, 2003. — С. 587. — ISBN 0070494398.
- ↑ G. L. Miessler and D. A. Tarr. Inorganic Chemistry, 3rd Ed (неопр.). — Pearson/Prentice Hall publisher, 2004. — ISBN 0-13-035471-6.
- ↑ Shriver, D. F.; Atkins, P. W.; Overton, T. L.; Rourke, J. P.; Weller, M. T.; Armstrong, F. A. Inorganic Chemistry (неопр.). — New York: W. H. Freeman, 2006. — ISBN 0-7167-4878-9.
- ↑ ORNL develops self-lubricating coating for engine parts (недоступная ссылка). Архивировано 12 января 2010 года.
- ↑ Barrels retain accuracy longer with Diamond Line (недоступная ссылка — история ). Norma.
- ↑ DOW CORNING Z moly-powder (недоступная ссылка — история ). Dow Corning. (недоступная ссылка)
- ↑ Topsøe, H.; Clausen, B. S.; Massoth, F. E. Hydrotreating Catalysis, Science and Technology (англ.). — Berlin: Springer-Verlag, 1996.
- ↑ 11,0 11,1 Молибденовые транзисторы заменят кремний в ЖК-дисплеях - ученые, РИА (21 августа 2012). Архивировано 8 сентября 2014 года. Дата обращения 8 сентября 2014.
- ↑ Андрей Васильков. Перспективная электроника на дисульфиде молибдена, Компьютерра (5 сентября 2014). Архивировано 8 сентября 2014 года. Дата обращения 8 сентября 2014.
- ↑ CAS researchers discover low-cost photocatalyst for H2 production (недоступная ссылка). Chinese Academy of Sciences. Архивировано 19 июня 2008 года. (недоступная ссылка)
- ↑ Ученые придумали способ получать водородное топливо из воды. Дата обращения: 16 июня 2017. Архивировано 18 июня 2017 года.
- ↑ Как добыть электричество из обычной соленой воды?. Популярная механика. Архивировано 21 августа 2016 года.
