Суператом
В химии суператом — это любая группа атомов , обладающая некоторыми свойствами элементарных атомов. [1]
натрия Атомы при охлаждении из пара естественным образом конденсируются в кластеры, предпочтительно содержащие магическое число атомов (2, 8, 20, 40, 58 и т. д.), причем самый внешний электрон каждого атома попадает на орбиталь, охватывающую все атомы в кластер. В этой новой схеме подсчета суператомы имеют тенденцию вести себя химически так, чтобы иметь закрытую оболочку из электронов. [ нужна ссылка ]
Алюминиевые кластеры
[ редактировать ]Некоторые алюминия кластеры обладают свойствами суператома. Эти кластеры алюминия образуются в виде анионов ( Al −
n с n = 1, 2, 3, … ) в газообразном гелии и прореагировал с газом, содержащим йод. При масс-спектрометрическом анализе одним из основных продуктов реакции оказывается Al.
1313Я −
. [2] Эти кластеры из 13 атомов алюминия с добавленным дополнительным электроном, по-видимому, не реагируют с кислородом , когда он вводится в тот же газовый поток, что указывает на галогеноподобный характер и магическое число в 40 свободных электронов. Такой кластер известен как супергалоген . [3] [4] [5] [6] Кластерный компонент в Al
1313Я −
Ион похож на иодид- ион или, еще лучше, на бромид -ион. Соответствующий Ал
1313Я −
2 Ожидается, что кластер будет вести себя по химическому составу как трииодид -ион. [2]
Аналогичным образом было отмечено, что Ал
14 кластеров с 42 электронами (на 2 больше, чем магические числа), по-видимому, проявляют свойства щелочноземельного металла , который обычно принимает +2 валентных состояния. Известно, что это происходит только в том случае, если к Al присоединено не менее 3 атомов йода. −
14 кластер, Ал
14 я −
3 . Анионный кластер имеет в общей сложности 43 коллективизированных электрона, но каждый из трех атомов йода удаляет по одному из коллективизированных электронов , оставляя 40 электронов в желеобразной оболочке. [7] [8]
Особенно легко и надежно изучать атомные кластеры атомов инертного газа с помощью компьютерного моделирования, поскольку взаимодействие между двумя атомами можно очень хорошо аппроксимировать потенциалом Леннарда-Джонса . Другие методы легко доступны, и установлено, что магическими числами являются 13, 19, 23, 26, 29, 32, 34, 43, 46, 49, 55 и т. д. [9]
- Ал
7 = свойство аналогично атомам германия . - Ал
13 = по свойству аналогично атомам галогена , точнее, хлора .- Ал
1313Я −
х , где х = 1–13 . [10]
- Ал
- Ал
14 = свойства аналогичны щелочноземельным металлам .- Ал
14 я −
х , где х = 1–14 . [10]
- Ал
- Ал
23 - Ал
37 - Ал
5 О −
4 [11]
Другие кластеры
[ редактировать ]- Li(HF) 3 Li = (HF) 3 внутри заставляет 2 валентных электрона Li вращаться вокруг всей молекулы, как если бы это было ядро атома. [12]
- Li(NH 3 ) 4 = Имеет один диффузный электрон, вращающийся вокруг Li(NH 3 ) + 4 ядро, т.е. имитирует атом щелочного металла. [13] [14]
- Be(NH 3 ) 4 = Имеет два диффузных электрона, вращающихся вокруг Ядро Be(NH 3 ) 2+ 4 , т.е. имитирует атом He. [15] [14]
- VSi 16 F = имеет ионную связь. [16]
- Кластер из 13 атомов платины становится сильно парамагнитным , в гораздо большей степени, чем сама платина. [17]
- Кластер из 2000 атомов рубидия . [18]
Суператомные комплексы
[ редактировать ]Комплексы суператомов представляют собой особую группу суператомов, которые имеют металлическое ядро, стабилизированное органическими лигандами. В кластерных комплексах золота, защищенных тиолатом, можно использовать простое правило подсчета электронов для определения общего числа электронов ( n e ), которые соответствуют магическому числу, посредством:
где N — количество атомов металла (A) в ядре, v — валентность атома, M — количество электроноакцепторных лигандов, а z — общий заряд комплекса. [19] Например, Au 102 (p-MBA) 44 имеет 58 электронов и соответствует магическому числу закрытой оболочки. [20]
Комплексы суператомов золота
[ редактировать ]Другие комплексы суператомов
[ редактировать ]- Ga 23 (N(Si(CH 3 ) 3 ) 2 ) 11 [23]
- Ал 50 (С 5 (СН 3 ) 5 ) 12 [24]
- Re 6 Se 8 Cl 2 – в 2018 году исследователи получили чешуйки этого сверхатомного материала толщиной 15 нм. Они ожидают, что монослой будет суператомным двумерным полупроводником, и предлагают новые двумерные материалы с необычными, настраиваемыми свойствами. [25]
- Суператомы на основе органо-цинтла:[ Ge 9 (CHO) 3 ] и [ Ge 9 (CHO) ] [26]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Арияратна, Исуру Р. (21 декабря 2021 г.). «Суператомные хелаты: случаи металлических аза-краун-эфиров и криптандов». Неорганическая химия . 61 (1): 579–585. doi : 10.1021/acs.inorgchem.1c03261 . ПМИД 34932345 .
- ^ Jump up to: а б Бержерон, Делавэр (2 апреля 2004 г.). «Формирование Ал.
1313Я −
: Доказательства супергалогенного характера Al13". Science . 304 (5667). Американская ассоциация содействия развитию науки (AAAS): 84–87. doi : 10.1126/science.1093902 . ISSN 0036-8075 . PMID 15066775. . S2CID 26728239 . - ^ Редди, Г. Наареш; Парида, Ракеш; Гири, Сантанаб (12 декабря 2017 г.). «Функционализированные дельтаэдрические комплексы Цинтла Ge9R3 (R = CF3, CN и NO2): новый класс супергалогенов» . Химические коммуникации . 53 (99): 13229–13232. дои : 10.1039/C7CC08120K . ISSN 1364-548X . ПМИД 29182179 .
- ^ Гири, Сантанаб; Чайлд, Брэндон З.; Йена, Пуру (2014). «Органические супергалогены» . ХимияФизХим . 15 (14): 2903–2908. дои : 10.1002/cphc.201402472 . ISSN 1439-7641 . ПМИД 25056518 .
- ^ Редди, Горре Наареш; Гири, Сантанаб (10 мая 2016 г.). «Супер/гипергалогенароматические гетероциклические соединения» . РСК Прогресс . 6 (52): 47145–47150. Бибкод : 2016RSCAd...647145R . дои : 10.1039/C6RA08625J . ISSN 2046-2069 .
- ^ Синха, Свапан; Йена, Пуру; Гири, Сантанаб (12 августа 2022 г.). «Функционализированные нонесилицидные [Si9R3] кластеры Цинтла: новый класс супергалогенов» . Физическая химия Химическая физика . 24 (35): 21105–21111. Бибкод : 2022PCCP...2421105S . дои : 10.1039/D2CP02619H . ISSN 1463-9084 . ОСТИ 1978872 . ПМИД 36018293 . S2CID 251551751 .
- ^ Филип Болл, «Новый вид алхимии», выпуск New Scientist от 16 апреля 2005 г.
- ^ Бержерон, Делавэр (14 января 2005 г.). «Суператомы кластера Al как галогены в полигалогенидах и как щелочноземельные элементы в йодидных солях». Наука . 307 (5707). Американская ассоциация содействия развитию науки (AAAS): 231–235. Бибкод : 2005Sci...307..231B . дои : 10.1126/science.1105820 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 15653497 . S2CID 8003390 .
- ^ Харрис, Айова; Кидвелл, РС; Нортби, JA (17 декабря 1984 г.). «Структура кластеров заряженного аргона, образующихся при свободном струйном расширении» . Письма о физических отзывах . 53 (25). Американское физическое общество (APS): 2390–2393. Бибкод : 1984PhRvL..53.2390H . дои : 10.1103/physrevlett.53.2390 . ISSN 0031-9007 . S2CID 13793440 .
- ^ Jump up to: а б Найче Оуэн Джонс, 2006 г. [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ Дас, Уджал; Рагхавачари, Кришнан (2008). «Суператом Al5O4 с потенциалом для создания новых материалов». Журнал химической теории и вычислений . 4 (12): 2011–2019. дои : 10.1021/ct800232b . ПМИД 26620474 .
- ^ Сунь, Сяо-Ин; Ли, Чжи-Ру; Ву, Ди; Сунь, Чиа-Чунг (2007). «Необыкновенный суператом, содержащий ядро с двойной оболочкой: Li(HF) 3 Li, связанное главным образом межмолекулярными взаимодействиями». Международный журнал квантовой химии . 107 (5). Уайли: 1215–1222 гг. Бибкод : 2007IJQC..107.1215S . дои : 10.1002/qua.21246 . ISSN 0020-7608 .
- ^ Арияратна, Исуру Р.; Павловский, Филип; Ортис, Джозеф Винсент; Милиордос, Евангелос (2018). «Молекулы, имитирующие атомы: мономеры и димеры предшественников сольватированных электронов щелочных металлов» . Физическая химия Химическая физика . 20 (37): 24186–24191. Бибкод : 2018PCCP...2024186A . дои : 10.1039/C8CP05497E . ISSN 1463-9076 . ПМИД 30209476 .
- ^ Jump up to: а б Арияратна, Исуру (01 марта 2021 г.). Первые принципиальные исследования основных и возбужденных электронных состояний: химическая связь в молекулах основной группы, молекулярные системы с диффузными электронами и активация воды с использованием монооксидов переходных металлов (кандидатская диссертация).
- ^ Арияратна, Исуру Р.; Хан, Шахриар Н.; Павловский, Филип; Ортис, Джозеф Винсент; Милиордос, Евангелос (04 января 2018 г.). «Правила Ауфбау для сольватированных предшественников электронов: комплексы Be(NH 3 ) 4 2+ и не только» . Журнал физической химии . 9 (1): 84–88. doi : 10.1021/acs.jpclett.7b03000 . ISSN 1948-7185 . ПМИД 29232138 .
- ^ Коясу, Киичиро; Атобе, Джунко; Акуцу, Минору; Мицуи, Масааки; Накадзима, Ацуши (2007). «Электронная и геометрическая стабильность кластеров с переходным металлом, инкапсулированных кремнием». Журнал физической химии А. 111 (1). Американское химическое общество (ACS): 42–49. Бибкод : 2007JPCA..111...42K . дои : 10.1021/jp066757f . ISSN 1089-5639 . ПМИД 17201386 .
- ^ Платиновые нанокластеры становятся магнитными. Архивировано 15 октября 2007 г. на Wayback Machine , nanotechweb.org, 2007 г.
- ^ Ультрахолодная ловушка дает суператом , NIST, 1995 г.
- ^ Уолтер, М.; Акола, Дж.; Лопес-Асеведо, О.; Ядзинский, П.Д.; Калеро, Г.; Акерсон, CJ; Уеттен, РЛ; Гронбек, Х.; Хаккинен, Х. (1 июня 2008 г.). «Единый взгляд на защищенные лигандами кластеры золота как на комплексы суператомов» . Труды Национальной академии наук . 105 (27): 9157–9162. Бибкод : 2008PNAS..105.9157W . дои : 10.1073/pnas.0801001105 . ISSN 0027-8424 . ПМЦ 2442568 . ПМИД 18599443 .
- ^ Ядзинский, П.Д.; Калеро, Г.; Акерсон, CJ; Бушнелл, округ Колумбия; Корнберг, Р.Д. (19 октября 2007 г.). «Структура наночастицы золота, защищенного монослоем тиола, с разрешением 1,1 Å». Наука . 318 (5849). Американская ассоциация содействия развитию науки (AAAS): 430–433. Бибкод : 2007Sci...318..430J . дои : 10.1126/science.1148624 . ISSN 0036-8075 . ПМИД 17947577 . S2CID 1566019 .
- ^ Акола, Яакко; Уолтер, Майкл; Уеттен, Роберт Л.; Хаккинен, Ханну; Грёнбек, Хенрик (2008). «О строении тиолат-защищенного Au 25 ». Журнал Американского химического общества . 130 (12). Американское химическое общество (ACS): 3756–3757. дои : 10.1021/ja800594p . ISSN 0002-7863 . ПМИД 18321117 .
- ^ Лопес-Асеведо, Ольга; Акола, Яакко; Уеттен, Роберт Л.; Грёнбек, Хенрик; Хаккинен, Ханну (16 января 2009 г.). «Структура и связи в повсеместно встречающемся икосаэдрическом скоплении металлического золота Au 144 (SR) 60 » . Журнал физической химии C. 113 (13). Американское химическое общество (ACS): 5035–5038. дои : 10.1021/jp8115098 . ISSN 1932-7447 .
- ^ Хартиг, Йенс; Штёссер, Анна; Хаузер, Петра; Шнёкель, Хансгеорг (26 февраля 2007 г.). «Кластер металлоида Ga 23 {N(SiMe 3 ) 2 } 11 : модель желе, подвергнутая испытанию». Международное издание «Прикладная химия» . 46 (10). Уайли: 1658–1662 гг. дои : 10.1002/anie.200604311 . ISSN 1433-7851 . ПМИД 17230594 .
- ^ Клейборн, Пени А.; Лопес-Асеведо, Ольга; Уеттен, Роберт Л.; Грёнбек, Хенрик; Хаккинен, Ханну (13 мая 2011 г.). «Кластер Al 50 Cp * 12 - суператом с закрытой оболочкой из 138 электронов (L = 6)». Европейский журнал неорганической химии . 2011 (17). Уайли: 2649–2652. дои : 10.1002/ejic.201100374 . ISSN 1434-1948 .
- ^ Зыга, Лиза. «Исследователи создают первый сверхатомный двумерный полупроводник» . Физика.орг . Проверено 18 февраля 2018 г.
- ^ Редди, Г. Наареш; Йена, Пуру; Гири, Сантанаб (16 октября 2017 г.). «Суператомы на основе органо-цинтла: [Ge9(CHO)3] и [Ge9(CHO)]» . Письма по химической физике . 686 : 195–202. Бибкод : 2017CPL...686..195R . дои : 10.1016/j.cplett.2017.08.056 . ISSN 0009-2614 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Разработчик магнитных суператомов , Дж. Ю. Ревелс и др. 2009 год
- Комплексы суператомов золота , М. Уолтер и др. 2008 год
- Комплексы суператомов золота П.Д. Ядзинский и др. 2007 год
- Суператомы с множественной валентностью , Дж. Ю. Ревелс, С. Н. Ханна, П. Дж. Роуч и А. В. Кастлман-младший, 2006 г.
- О суператомах кластера алюминия, действующих как галогены и щелочноземельные металлы , Бержерон, Деннис Э. и др., 2006 г.
- Кластеры атомов алюминия, обладающие свойствами других элементов, открывают новую форму химии , отчет об инновациях, 2005 г. Имейте изображение Al 14 .
- Кластеры атомов алюминия, обладающие свойствами других элементов, открывают новую форму химии , штат Пенсильвания, Научный колледж Эберли, 2005 г.
- Отчет об инновациях в области характеристик галогенов , 2004 год. Имейте фотографии Al 13 .