Disulfuro de molibdeno

De Wikipedia, la enciclopedia libre
Saltar a: navegación, búsqueda
 
Disulfuro de molibdeno
MoS2chips.jpg
General
Otros nombres Sulfuro de molibdeno (IV), molisulfuro, ditioxomolibdeno
Fórmula molecular MoS2
Identificadores
Número CAS 1317-33-5[1]
Número RTECS QA4697000
ChEBI 30704
ChemSpider 14138
PubChem 14823
Propiedades físicas
Apariencia Sólido gris-negro
Densidad 5060 kg/m3; 5.06 g/cm3
Masa molar 160,07 g/mol
Punto de fusión 2375 °C (2648 K)
Estructura cristalina Hexagonal, hP6,[2]P63 (No 194)[3]
Peligrosidad
NFPA 704

NFPA 704.svg

0
1
0
Riesgos
Ingestión Enjuagar la boca con agua, atención médica.
Inhalación Puede provocar irritación. Dar aire fresco, respiración artificial, atención médica.
Piel Puede provocar irritación. Lavar con jabón y mucha agua, atención médica.
Ojos Puede provocar irritación. Lavar con agua abundante.
Valores en el SI y en condiciones estándar
(25 °C y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.
[editar datos en Wikidata]

El disulfuro de molibdeno es un compuesto químico inorgánico con la fórmula química MoS2.

Este compuesto cristalino de azufre y molibdeno se da de manera natural como el mineral molibdenita. Es el mineral principal del cual se extrae el molibdeno metálico. El MoS2 es relativamente no reactivo, y no es afectado por ácidos diluidos ni por el oxígeno. En su apariencia y tacto, el disulfuro de molibdeno es similar al grafito. De hecho, al igual que el grafito, es ampliamente utilizado como un lubricante sólido debido a sus propiedades de baja fricción y solidez.

Historia[editar]

El disulfuro de molibdeno ha sido llamado "plumbago" (relacionado con plumbum, plomo) y "molibdena" en la Grecia y Roma antigua. El compuesto también puede estar presente en las escorias del fundido de cobre. Dioscórides escribió sobre "molubdaina" y varias formas de "molubdos". Sin embargo "plumbago" significaba "grafito", un material con el que puede ser confundido, y "molibdena" podía significar además de grafito algunas sales y minerales de plomo.[4]

Producción[editar]

Molibdenita.

El mineral de molibdenita es procesado por flotación para dar MoS2 relativamente puro, siendo carbono el principal contaminante. El MoS2 también surge por el tratamiento térmico de virtualmente todos los compuestos de molibdeno con sulfuro de hidrógeno. La variante amorfa natural es conocida como el mineral raro jordisita.[5]

La molibdenita (MoS2) es el mineral principal del cual se extrae el molibdeno metálico.[6]

Estructura y propiedades físicas[editar]

En el MoS2, cada centro de Mo(IV) ocupa una esfera de coordinación prismática trigonal, estando enlazados a seis ligandos sulfuro. Cada centro de azufre es piramidal, y está conectado a tres centros de molibdeno. De este modo, los prismas trigonales están interconectados para dar una estructura en capas, en donde los átomos de molibdeno están intercalados entre capas de átomos de azufre.[7]​ Debido a débiles interacciones de Van der Waals entre las hojas de átomos de azufre, el MoS2 tiene un bajo coeficiente de fricción, lo que resulta en sus propiedades lubricantes. Otros materiales inorgánicos en capas que exhiben propiedades lubricantes (conocidos colectivamente como lubricantes sólidos o lubricantes secos) incluyen al grafito, que requiere de aditivos volátiles, y nitruro de boro hexagonal.[8]

El MoS2 a granel es diamagnético, con una banda prohibida indirecta semiconductora similar al silicio, con una barrera de 1.2 eV. Debido a su estructura anisotrópica, exhibe conductividad anisotrópica. Ha sido a veces investigado como un componente de aplicaciones fotoelectroquímicas (por ejemplo para la producción de hidrógeno fotocatalítica) y más recientemente para aplicaciones microelectrónicas.[9]​ Las monocapas han probado tener propiedades que difieren del conjunto, incluyendo una banda electrónica prohibida directa de 1.8 eV.[10]

Han sido preparadas moléculas tipo nanotubo y buckybola compuestas de MoS2 y mostraron que presentan una tribología inusual y propiedades electrónicas.[11]

Reacciones químicas[editar]

El disulfuro de molibdeno es estable en el aire (consistente con su existencia como mineral común) y oxígeno en condiciones normales, pero reacciona con oxígeno bajo calentamiento formando trióxido de molibdeno:

2 MoS2 + 9 O2 → 2 MoO3 + 4 SO3

El cloro ataca al disulfuro de molibdeno a temperaturas elevadas para formar pentacloruro de molibdeno:

2 MoS2 + 7 Cl2 → 2 MoCl5 + 2 S2Cl2

El MoS2 reacciona con alquil litio bajo condiciones controladas para formar compuestos de intercalación LixMoS2.[12]​ Con n-butil-litio, el producto es LiMoS2.[6]

Aplicaciones[editar]

Suspensión de disulfuro de molibdeno en color blanco y negro
Revelado de huellas dactilares latentes usando disulfuro de molibdeno

Lubricante[editar]

El MoS2 con tamaños de partícula en el rango de 1–100 µm es un común lubricante seco. Puede conferir alta lubricidad y estabilidad hasta los 350 °C en ambientes oxidantes. Pruebas de fricción de deslizamiento del MoS2 usando un tribómetro con cargas bajas (0.1–2 N) dan valores de coeficiente de fricción de <0.1.[13][14]

Se usa a veces como un componente en mezclas y materiales compuestos donde se busca una baja fricción. Una variedad de aceites y grasas son usados, debido a que retienen su lubricidad incluso en casos de una pérdida casi completa de aceite, y encuentran así un uso en aplicaciones críticas tales como motores de aviones. Cuando es añadido a plásticos, el MoS2 forma un material compuesto con resistencia mejorada así como con fricción reducida. Los polímeros que han sido llenados con MoS2 incluyen al nailon (con el nombre comercial Nylatron), teflón, y vespel. Han sido desarrolladas cubiertas de materiales compuestos auto-lubricantes para aplicaciones de altas temperaturas consistentes en disulfuro de molibdeno y nitruro de titanio mediante deposición química de vapor.

Ejemplos de algunas aplicaciones diversas de lubricantes basados en MoS2 incluyen motores de dos tiempos (por ejemplo, motores de motocicletas), frenos de pedal de bicicletas, juntas homocinéticas y universales automotrices, ceras de esquís,[15]​ e incluso en algunas balas.[16]

Refinación del petróleo[editar]

El MoS2 es empleado como un catalizador para la desulfuración en refinerías de petróleo; por ejemplo, la hidrodesulfuración.[17]​ La efectividad de los catalizadores de MoS2 es mejorada por dopaje con pequeñas cantidades de cobalto o níquel y la mezcla íntima es soportada en alúmina. Tales catalizadores son generados in situ al tratar alúmina impregnada con molibdato/cobalto o níquel con H2S o un reactivo equivalente.

Electrónica[editar]

Pueden ser producidas hojas de MoS2 usando deposición química de vapor. A diferencia del grafeno, el MoS2 tiene una banda prohibida, esencial para hacer transistores. Ha sido descrito un transistor interruptor basado en MoS2 de monocapa y multicapa.[9]

Líneas de investigación[editar]

Los nanotubos y moléculas tipo buckybola compuestos de MoS2 exhiben tribología y propiedades electrónicas inusuales.[18]​ Los dicalcogenuros metálicos forman nanocristales bidimensionales extendidos en capas de un espesor de 0.7 nanómetros o aproximadamente el ancho de tres o cuatro átomos.[19]

Referencias[editar]

  1. Número CAS
  2. (en inglés) Information card for 1010993 Crystallography Open Database. Consultado el 23 de abril de 2013
  3. Kozlova, Olga; Nelayev, Vladislav (2012). «Electronic properties of two-dimensional MoS2 investigated by ab initio simulation». Advanced Research in Scientific Areas: 1658. ISBN 978-80-554-0606-0. ISSN 1338-9831. Consultado el 23 de abril de 2013. 
  4. Lansdown, A. R. (1999). Molybdenum Disulphide Lubrication. Volumen 35 de "Tribology and Interface Engineering". Elsevier. pp. 2-3. ISBN 9780080536927. Consultado el 23 de abril de 2013. 
  5. (en inglés) Jordisite Mineral Data webmineral.com. Consultado el 16 de abril de 2013
  6. a b Roger F. Sebenik et al. "Molybdenum and Molybdenum Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Chemical Technology 2005; Wiley-VCH, Weinheim. doi 10.1002/14356007.a16_655
  7. Wells, A.F. (1984). Structural Inorganic Chemistry. Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-855370-6. 
  8. Thorsten Bartels et al. (2002). «Lubricants and Lubrication». Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley VCH. doi:10.1002/14356007.a15_423. 
  9. a b Radisavljevic, B.; Radenovic, A.; Brivio, J.; Giacometti, V.; Kis, A. (2011). «Single-layer MoS2 transistors». Nature Nanotechnology 6 (3): 147-150. doi:10.1038/nnano.2010.279. 
  10. Splendiani, A.; Sun, L.; Zhang, Y.; Li, T.; Kim, J.; Chim, C.; Galli, G.; Wang, F. (2010). «Emerging Photoluminescence in Monolayer MoS2». Nano Letters 10 (4): 1271-1275. doi:10.1021/nl903868w. 
  11. Y. Feldman, E. Wasserman, D.J. Srolovitz, and R. Tenne "High-Rate, Gas-Phase Growth of MoS2 Nested Inorganic Fullerenes and Nanotubes" Science 267, 222-225 (1995).
  12. W. Müller-Warmuth, R. Schöllhorn (1994). Progress in intercalation research. Springer. p. 50. ISBN 0-7923-2357-2. 
  13. G. L. Miessler and D. A. Tarr (2004). Inorganic Chemistry, 3rd Ed. Pearson/Prentice Hall publisher. ISBN 0-13-035471-6. 
  14. Shriver, D. F.; Atkins, P. W.; Overton, T. L.; Rourke, J. P.; Weller, M. T.; Armstrong, F. A. (2006). Inorganic Chemistry. Nueva York: W. H. Freeman. ISBN 0-7167-4878-9. 
  15. (en inglés) On dry lubricants in ski waxes (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial y la última versión). Swix Sport AX
  16. «Barrels retain accuracy longer with Diamond Line» (en inglés). Norma. Archivado desde el original el 4 de mayo de 2013. Consultado el 22 de abril de 2013. 
  17. Topsøe, H.; Clausen, B. S.; Massoth, F. E. (1996). Hydrotreating Catalysis, Science and Technology. Berlín: Springer-Verlag. 
  18. Y. Feldman, E. Wasserman, D.J. Srolovitz, y R. Tenne "High-Rate, Gas-Phase Growth of MoS2 Nested Inorganic Fullerenes and Nanotubes" Science 267, 222-225 (1995).
  19. «Layered ’2D nanocrystals’ could replace CMOS transistors» (en inglés). KurzweilAI. 18 de abril de 2013. doi:10.1002/pssr.201307015. Consultado el 19 de abril de 2013. 

Enlaces externos[editar]