Disulfuro de molibdeno para niños
Datos para niños
Disulfuro de molibdeno |
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| General | ||
| Otros nombres | Sulfuro de molibdeno (IV), molisulfuro, ditioxomolibdeno | |
| Fórmula molecular | MoS2 | |
| Identificadores | ||
| Número CAS | 1317-33-5 | |
| Número RTECS | QA4697000 | |
| ChEBI | 30704 | |
| ChemSpider | 14138 | |
| PubChem | 14823 | |
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InChI
InChI=InChI=1S/Mo.2S
Key: CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N |
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| 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, P63 (No 194) | |
| Peligrosidad | ||
| NFPA 704 |
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1
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| 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 ℃ y 1 atm), salvo que se indique lo contrario. |
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El disulfuro de molibdeno es un compuesto químico que se forma con molibdeno y azufre, y su fórmula es MoS2. Es parte de una familia de materiales llamados TMDs (Dicalcogenuros de Metales de Transición). El disulfuro de molibdeno es el más estudiado de ellos.
Este material se encuentra en la naturaleza como un mineral llamado molibdenita. De este mineral se obtiene el molibdeno, un metal importante. El MoS2 es bastante estable y no reacciona fácilmente con ácidos o el oxígeno. Se parece mucho al grafito en su aspecto y al tacto.
Al igual que el grafito, el disulfuro de molibdeno se usa mucho como un lubricante sólido. Esto se debe a que reduce la fricción y es muy resistente.
Existen diferentes formas de este material, llamadas alótropos. Sus propiedades son muy interesantes y se están investigando. Los cristales de MoS2 se pueden separar en capas muy finas, como si fueran hojas de papel. Así se obtiene un material bidimensional, similar al grafeno, que tiene solo tres átomos de grosor (0.6 nanómetros).
Las propiedades de estas capas delgadas son muy diferentes a las del material más grueso. Pueden comportarse como semiconductores o como metales. Una sola capa de MoS2 puede absorber más del 5% de la luz visible. La forma semiconductora tiene una propiedad especial llamada "banda prohibida" de 1.8 eV y brilla mucho (alta fluorescencia). También es muy bueno para mover electrones. Por estas razones, estos materiales son importantes para la nanotecnología y para crear nuevas formas de energía, como las células fotovoltaicas (paneles solares) de próxima generación.
Contenido
¿Cuál es la historia del disulfuro de molibdeno?
El disulfuro de molibdeno fue conocido en la Antigua Grecia y Antigua Roma con nombres como "plumbago" y "molibdena". En ese tiempo, "plumbago" se refería al grafito, con el que a menudo se confundía. "Molibdena" también podía significar otras sales y minerales de plomo.
¿Cómo se produce el disulfuro de molibdeno?
El mineral de molibdenita se procesa usando un método llamado flotación para obtener MoS2 bastante puro. El principal contaminante que se elimina es el carbono. El MoS2 también se puede producir calentando otros compuestos de molibdeno con sulfuro de hidrógeno. Existe una forma natural de MoS2 que es rara y se llama jordisita.
La molibdenita es el mineral principal del que se obtiene el molibdeno metálico.
¿Qué características tiene el disulfuro de molibdeno?
En el MoS2, los átomos de molibdeno están rodeados por seis átomos de azufre, formando una estructura especial. Cada átomo de azufre se une a tres átomos de molibdeno. Esto crea una estructura en capas, donde los átomos de molibdeno están entre capas de átomos de azufre.
Gracias a las fuerzas débiles entre estas capas de azufre, el MoS2 tiene un coeficiente de fricción muy bajo. Por eso es un excelente lubricante. Otros materiales similares que también son buenos lubricantes sólidos incluyen el grafito y el nitruro de boro hexagonal.
El MoS2 en grandes cantidades no es magnético y se comporta como un semiconductor con una "banda prohibida" de 1.2 eV, similar al silicio. Debido a su estructura en capas, conduce la electricidad de manera diferente en distintas direcciones. Se ha investigado para usarlo en aplicaciones que combinan luz y electricidad, como la producción de hidrógeno usando la luz solar. También es prometedor para la microelectrónica.
Las capas muy finas de MoS2 pueden ser metálicas o semiconductoras. Se han creado moléculas de MoS2 con formas de nanotubos y buckybolas, que tienen propiedades especiales para la lubricación y la electrónica.
¿Cómo reacciona el disulfuro de molibdeno?
El disulfuro de molibdeno es muy estable en el aire y con el oxígeno a temperaturas normales. Sin embargo, si se calienta, reacciona con el oxígeno para formar trióxido de molibdeno:
- 2 MoS2 + 9 O2 → 2 MoO3 + 4 SO3
El cloro también reacciona con el disulfuro de molibdeno a altas temperaturas, formando pentacloruro de molibdeno:
- 2 MoS2 + 7 Cl2 → 2 MoCl5 + 2 S2Cl2
El MoS2 puede reaccionar con ciertos compuestos de litio para formar nuevos materiales.
¿Para qué se utiliza el disulfuro de molibdeno?
Un lubricante muy útil
El MoS2 en polvo, con partículas muy pequeñas (entre 1 y 100 micrómetros), es un lubricante seco muy común. Puede lubricar muy bien y es estable hasta los 350 °C en ambientes con oxígeno. En pruebas de fricción, el MoS2 muestra un coeficiente de fricción muy bajo, menor a 0.1.
Se añade a aceites y grasas para que sigan lubricando incluso si casi no queda aceite. Esto es muy útil en aplicaciones importantes como los motores de aviones. Cuando se mezcla con plásticos, el MoS2 crea un material compuesto más resistente y con menos fricción. Algunos plásticos que se usan con MoS2 son el nailon (como el Nylatron), el teflón y el vespel. También se han creado recubrimientos especiales para altas temperaturas que combinan disulfuro de molibdeno y nitruro de titanio.
Algunos ejemplos de dónde se usan lubricantes con MoS2 son en motores de motocicletas, frenos de bicicletas, juntas de automóviles, ceras para esquís y hasta en algunas balas.
Ayuda en la refinación del petróleo
El MoS2 se usa como un catalizador en las refinerías de petróleo para quitar el azufre del combustible. Por ejemplo, en el proceso de hidrodesulfuración. La efectividad de estos catalizadores de MoS2 mejora si se les añade pequeñas cantidades de cobalto o níquel y se mezclan con alúmina.
Uso en la electrónica
Se pueden crear capas muy finas de MoS2 usando un método llamado deposición química de vapor. A diferencia del grafeno, el MoS2 tiene una "banda prohibida", lo cual es esencial para fabricar transistores. Ya se han desarrollado transistores que usan capas de MoS2.
Investigaciones futuras
Los nanotubos y las buckybolas de MoS2 tienen propiedades muy interesantes para la lubricación y la electrónica. Los dicalcogenuros metálicos forman nanocristales bidimensionales en capas muy delgadas, de solo 0.7 nanómetros de grosor.
Capas muy finas de MoS2
¿Cómo se obtiene la fase metálica?
La fase metálica del MoS2 fue obtenida por primera vez a mediados de los años 80. Un método tradicional consiste en poner polvo de molibdenita en una solución concentrada de N-butil Litio y agitarla con ultrasonidos durante varias horas en un ambiente sin oxígeno.
Durante este proceso, los electrones del litio se meten entre las capas del material. Esto aumenta las cargas negativas entre las capas, que normalmente se mantienen unidas por fuerzas débiles.
Esta transferencia de electrones crea muchos pequeños defectos en las capas de MoS2 y cambia su estructura. Debido a su gran superficie, la alta concentración de defectos de azufre y su baja toxicidad, este material es un buen catalizador para producir hidrógeno.
¿Cómo se obtiene la fase semiconductora?
Una gran diferencia entre los TMDs y el grafeno es que los TMDs pueden ser semiconductores, lo cual es muy útil en la nanotecnología.
Hay varias formas de obtener la fase semiconductora. Los métodos más importantes son la deposición química de vapor (CVD) y la exfoliación en fase líquida.
El método CVD para producir MoS2 implica añadir ciertos químicos (como MoO3 y azufre) a altas temperaturas. Este proceso produce material de muy buena calidad y en áreas grandes.
Otro método más sencillo, que se puede hacer en un laboratorio, es la exfoliación líquida con ultrasonidos. Se usan disolventes como NMP, o-DCB o DMF. Se ha demostrado que este proceso depende de la tensión superficial del disolvente. También se ha propuesto la exfoliación en superácidos, lo que mejora la calidad del material.
En este último proceso, los protones del superácido se unen a los átomos de azufre en las capas de los TMDs. Esto crea muchas cargas positivas entre las capas, lo que ayuda a separar las monocapas y oligocapas.
¿Cómo se pueden modificar las capas de MoS2?
Desde 2013, se ha investigado mucho cómo mejorar las propiedades de los TMDs. Se busca aumentar su capacidad para intercambiar electrones, su estabilidad, reducir defectos, mejorar su disolución o crear materiales híbridos para la conversión de energía, como en la energía solar.
A menudo se usan tioles para unirse a los defectos de azufre. Esto ayuda a que el material se disuelva mejor y a que sus propiedades eléctricas se acerquen a las ideales. Otras modificaciones pueden cambiar la superficie de los TMDs, pero también pueden cambiar su fase de metálica a semiconductora.
En 2017, se logró modificar los TMDs usando 1,2-ditiolanos. Este método funciona en materiales exfoliados y usa los espacios vacíos de azufre para la reacción. Para que la reacción ocurra, los dos átomos de azufre del ditiolano deben unirse a los defectos de azufre, formando un enlace fuerte. Esta reacción solo ocurre en los bordes del MoS2, donde hay muchos defectos, manteniendo así las propiedades deseadas del material. Actualmente, el 1,2-ditiolano más usado es el ácido lipoico, que puede reaccionar con muchos otros compuestos orgánicos. Esto permite combinar los TMDs con una gran variedad de compuestos orgánicos.
Véase también
En inglés: Molybdenum disulfide Facts for Kids
