Дисульфид молибдена - NiNa.Az

Сульфид молибдена(IV) (дисульфид молибдена) — неорганическое бинарное химическое соединение четырёхвалентного молибдена с двухвалентной серой. Химическая формула ${\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}}}}$.

Дисульфид молибдена
Общие
Систематическое наименование	Сульфид молибдена​(IV)​
Традиционные названия	Дисульфид молибдена, двусернистый молибден
Хим. формула	MoS2
Физические свойства
Состояние	Чёрный кристалл, минерал, камень
Молярная масса	160,07 г/моль
Плотность	4,68 ÷ 5,06 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	(разл.) 1185 °C, 2100
Химические свойства
Растворимость
• в воде	практически нерастворим
Структура
Координационная геометрия	Тригональная призматическая (Mo^4+), пирамидальная (S^2−)
Кристаллическая структура	Гексагональная, hP6, пространственная группа P63/mmc, № 194
Классификация
Рег. номер CAS	1317-33-5
PubChem	14823
Рег. номер EINECS	215-263-9
SMILES	S=[Mo]=S
InChI	InChI=1S/Mo.2S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N
RTECS	QA4697000
ChEBI	30704
ChemSpider	14138
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

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. 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.

Молибденит

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.

В лабораторной практике дисульфид молибдена может быть получен непосредственно из элементов:

${\displaystyle {\mathsf {Mo+2S{\xrightarrow {600-700^{\circ }C}}MoS_{2}}}}$

Взаимодействием молибдена или его диоксида с сероводородом:

${\displaystyle {\mathsf {Mo+2H_{2}S{\xrightarrow {>800^{\circ }C}}MoS_{2}+2H_{2}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {MoO_{2}+2H_{2}S{\xrightarrow {400^{\circ }C}}MoS_{2}+2H_{2}O}}}$

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:

${\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}{\xrightarrow {\sim 1100^{\circ }C}}Mo_{2}S_{3}+S{\xrightarrow {\sim 1100^{\circ }C,\ vacuum}}Mo+S}}}$

При нагревании на воздухе дисульфид молибдена окисляется:

${\displaystyle {\mathsf {2MoS_{2}+7O_{2}{\xrightarrow {400-600^{\circ }C}}2MoO_{3}+4SO_{2}}}}$

Перегретый пар также взаимодействует с дисульфидом молибдена:

${\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}+2H_{2}O{\xrightarrow {500^{\circ }C}}MoO_{2}+2H_{2}S}}}$

Концентрированные неокисляющие кислоты разлагают MoS₂ до диоксида:

${\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}+2H_{2}SO_{4}{\xrightarrow {~~}}MoO_{2}\downarrow +2S\downarrow +2SO_{2}+2H_{2}O}}}$

Концентрированные, горячие окисляющие кислоты окисляют MoS₂ до триоксида:

${\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}+18HNO_{3}{\xrightarrow {100^{\circ }C}}MoO_{3}\downarrow +18NO_{2}+2H_{2}SO_{4}+7H_{2}O}}}$

Водород восстанавливает дисульфид молибдена:

${\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}+2H_{2}{\xrightarrow {800^{\circ }C}}Mo+2H_{2}S}}}$

При хлорировании дисульфида молибдена при повышенных температурах получается пентахлорид молибдена^{[источник не указан 5479 дней]}:

${\displaystyle {\mathsf {2MoS_{2}+7Cl_{2}{\xrightarrow {t}}2MoCl_{5}+2S_{2}Cl_{2}}}}$

Дисульфид молибдена реагирует с литием с образованием интеркаляционных соединений:

${\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}+{\mathit {x}}Li{\xrightarrow {~~~}}Li_{\mathit {x}}MoS_{2}}}}$

При реакции с n-бутиллитием получается соединение с формулой LiMoS₂.

При сплавлении с сульфидами щелочных металлов образует тиосоли:

${\displaystyle {\mathsf {MoS_{2}+Na_{2}S{\xrightarrow {~t~}}Na_{2}MoS_{3}}}}$

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 при низких нагрузках (0,1—2 Н) дают значение коэффициента трения меньше 0,1.

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 (англ. vespel). Были разработаны самосмазывающиеся композиционные покрытия для высокотемпературных конструкций, состоящие из дисульфида молибдена и нитрида титана при помощи CVD-технологии.

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. В настоящее время дисульфидом покрываются непосредственно пули.

MoS₂ применяется в турбомолекулярных насосах, использующихся при получении 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.

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. Эффективность катализаторов из MoS₂ увеличивается при их легировании небольшим количеством кобальта или никеля, а также смесями, основанных на оксиде алюминия.

Использование в электронике

Основная статья: Двумерный дисульфид молибдена

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.

«Двумерные плёнки дисульфида молибдена» рассматриваются как перспективный материал для производства высокочастотных детекторов, выпрямителей и транзисторов. MoS₂ попадает в один ряд с такими известными двумерными материалами как графен и силицен.

Использование в будущем

В качестве

В сочетании с сульфидом кадмия дисульфид молибдена увеличивает скорость фотокаталитического производства водорода. А при смешении с диоксидом титана получают чернильную массу, хорошо поглощающую водяные пары в темноте и разлагающуюся на солнце с выделением водорода и кислорода.

В качестве генератора тока на осмосе между пресной и соленой водой

Дисульфид молибдена может использоваться для создания осмотических мембран, пропускающих молекулы определенного размера.

См. также

• Двумерный дисульфид молибдена
• Молибденит
• Йордизит

Примечания

1. Важнейшие соединения молибдена.  (неопр.) Дата обращения: 17 апреля 2010. Архивировано из оригинала 3 мая 2006 года.
2. Wells, A.F. Structural Inorganic Chemistry (англ.). — Oxford: Oxford University Press, 1984. — ISBN 0-19-855370-6.
3. W. Müller-Warmuth, R. Schöllhorn. Progress in intercalation research (неопр.). — Springer, 1994. — С. 50. — ISBN 0792323572. Архивировано 27 октября 2017 года.
4. Patnaik, Pradyot. Handbook of Inorganic Chemical Compounds (неопр.). — McGraw-Hill Education, 2003. — С. 587. — ISBN 0070494398.
5. G. L. Miessler and D. A. Tarr. Inorganic Chemistry, 3rd Ed (неопр.). — Pearson/Prentice Hall publisher, 2004. — ISBN 0-13-035471-6.
6. Shriver, D. F.; Atkins, P. W.; Overton, T. L.; Rourke, J. P.; Weller, M. T.; Armstrong, F. A. Inorganic Chemistry (неопр.). — New York: ^[англ.], 2006. — ISBN 0-7167-4878-9.
7. ORNL develops self-lubricating coating for engine parts  (неопр.). Архивировано из оригинала 12 января 2010 года.
8. Barrels retain accuracy longer with Diamond Line  (неопр.) (недоступная ссылка — история). Norma.
9. DOW CORNING Z moly-powder  (неопр.) (недоступная ссылка — история). Dow Corning. (недоступная ссылка)
10. Topsøe, H.; Clausen, B. S.; Massoth, F. E. Hydrotreating Catalysis, Science and Technology (англ.). — Berlin: Springer-Verlag, 1996.
11. Молибденовые транзисторы заменят кремний в ЖК-дисплеях - ученые. РИА. 21 августа 2012. Архивировано 8 сентября 2014. Дата обращения: 8 сентября 2014.
12. Андрей Васильков (5 сентября 2014). Перспективная электроника на дисульфиде молибдена. Компьютерра. Архивировано 8 сентября 2014. Дата обращения: 8 сентября 2014.
13. CAS researchers discover low-cost photocatalyst for H2 production  (неопр.). Chinese Academy of Sciences. Архивировано из оригинала 19 июня 2008 года.  (недоступная ссылка)
14. Ученые придумали способ получать водородное топливо из воды  (неопр.). Дата обращения: 16 июня 2017. Архивировано 18 июня 2017 года.
15. Как добыть электричество из обычной соленой воды?  (неопр.) Популярная механика. Архивировано 21 августа 2016 года.