Сульфид молибдена(IV)

Дисульфид молибдена
Общие
Систематическое наименование	сульфид молибдена(IV)
Традиционные названия	дисульфид молибдена
Химическая формула	MoS2
Физические свойства
Состояние (ст. усл.)	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] °C
Химические свойства
Растворимость в воде	практически нерастворим г/100 мл
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

Сульфид молибдена(IV) (дисульфид молибдена) — неорганическое бинарное химическое соединение четырехвалентного молибдена с двухвалентной серой. Химическая формула $~\mathsf{MoS_2}$.

Физические свойства

Сульфид молибдена(IV) представляет собой серо-голубой или чёрный кристаллический порошок, жирный на ощупь (как графит), твёрдость 1—1,5 по шкале Мооса (оставляет чёрный след на бумаге).

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].

Молибденит

Получение

В природе дисульфид молибдена встречается в виде минерала — молибденита. Также известна природная аморфная форма — жордизит (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:

$~\mathsf{Mo + 2S \xrightarrow{600-700^\circ C} MoS_2}$

Взаимодействием молибдена или его диоксида с сероводородом:

$~\mathsf{Mo + 2H_2S \xrightarrow{>800^\circ C} MoS_2 + 2H_2}$

$~\mathsf{MoO_2 + 2H_2S \xrightarrow{400^\circ C} MoS_2 + 2H_2O}$

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:

$~\mathsf{MoS_2 \xrightarrow{\sim 1100^\circ C} Mo_2S_3 + S \xrightarrow{\sim 1100^\circ C,\ vacuum} Mo + S}$

При нагревании на воздухе дисульфид молибдена окисляется:

$~\mathsf{2MoS_2 + 7O_2 \xrightarrow{400-600^\circ C} 2MoO_3 + 4SO_2}$

Перегретый пар также взаимодействует с дисульфидом молибдена:

$~\mathsf{MoS_2 + 2H_2O \xrightarrow{500^\circ C} MoO_2 + 2H_2S}$

Концентрированные неокисляющие кислоты разлагают MoS₂ до диоксида:

$~\mathsf{MoS_2 + 2H_2SO_4 \xrightarrow{~~} MoO_2\downarrow + 2S\downarrow + 2SO_2 + 2H_2O}$

Концентрированные, горячие окисляющие кислоты окисляют MoS₂ до триоксида:

$~\mathsf{MoS_2 + 18HNO_3 \xrightarrow{100^\circ C} MoO_3\downarrow + 18NO_2 + 2H_2SO_4 + 7H_2O}$

Водород восстанавливает дисульфид молибдена:

$~\mathsf{MoS_2 + 2H_2 \xrightarrow{800^\circ C} Mo + 2H_2S}$

При хлорировании дисульфида молибдена при повышенных температурах получается пентахлорид молибдена^{[источник не указан 870 дней]}:

$~\mathsf{2MoS_2 + 7Cl_2 \xrightarrow{t} 2MoCl_5 + 2S_2Cl_2}$

Дисульфид молибдена реагирует с литием с образованием интеркаляционных соединений:

$~\mathsf{MoS_2 + \mathit{x}Li \xrightarrow{~ ~ ~} Li_\mathit{x}MoS_2 }$

При реакции с n-бутиллитием получается соединение с формулой LiMoS₂^[4].

При сплавлении с сульфидами щелочных металлов образует тиосоли:

$~\mathsf{MoS_2 + Na_2S \xrightarrow{~ t ~} Na_2MoS_4 }$

Использование в качестве смазки

MoS₂ с размером частиц в диапазоне 1-100 мкм является сухим смазывающим веществом. Существуют немного альтернатив, 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 N) дают значение коэффициента трения меньшего 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 тор (при −226 до 399 °C).

Смазка из MoS₂ применяется при дорновании для предотвращения образования наростов на обрабатываемой поверхности ^[9].

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 радиотехнике

Дисульфид молибдена – полупроводник, поэтому может применяться в изготовлении высокочастотных детекторов, выпрямителей или транзисторов.^[11].

Использование в будущем

В качестве фотокатализатора

В сочетании с сульфидом кадмия дисульфид молибдена увеличивает скорость фотокаталитического производства водорода^[12].

См. также

• Молибденит

Примечания

1. ↑ Важнейшие соединения молибдена..(недоступная ссылка — история) Проверено 17 апреля 2010.
2. ↑ Wells, A.F. Structural Inorganic Chemistry. — Oxford: Clarendon Press, 1984. — ISBN 0-19-855370-6
3. ↑ W. Müller-Warmuth, R. Schöllhorn Progress in intercalation research. — Springer, 1994. — P. 50. — ISBN 0792323572
4. ↑ ^{1 2} Patnaik Pradyot Handbook of Inorganic Chemical Compounds. — McGraw-Hill, 2003. — P. 587. — ISBN 0070494398
5. ↑ G. L. Miessler and D. A. Tarr Inorganic Chemistry, 3rd Ed. — 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. — New York: W. H. Freeman, 2006. — ISBN 0-7167-4878-9
7. ↑ ORNL develops self-lubricating coating for engine parts. Архивировано из первоисточника 1 марта 2012.
8. ↑ Barrels retain accuracy longer with Diamond Line. Norma.(недоступная ссылка — история)
9. ↑ DOW CORNING Z moly-powder. Dow Corning.(недоступная ссылка — история)
10. ↑ Topsøe, H.; Clausen, B. S.; Massoth, F. E. Hydrotreating Catalysis, Science and Technology. — Berlin: Springer-Verlag, 1996.
11. ↑ Grease Company "Interavto". Interavto. Архивировано из первоисточника 5 июня 2012.
12. ↑ CAS researchers discover low-cost photocatalyst for H2 production. Chinese Academy of Sciences.(недоступная ссылка — история) (недоступная ссылка)

Соединения молибдена

Борид димолибдена (MoB₂) • Борид молибдена (MoB) • Бромид молибдена(II) (MoBr₂) • Бромид молибдена(III) (MoBr₃) • Бромид молибдена(IV) (MoBr₄) • Гексакарбонил молибдена (Mo(CO)₆) • Гексамер дибромида молибдена(II) ([Mo₆Br₈]Br₄) • Гексамер дииодида молибдена(II) ([Mo₆I₈]I₄) • Гексамер дихлорида молибдена(II) ([Mo₆Cl₈]Cl₄) • Гидроксид молибдена(III) (Mo(OH)₃) • Гидроксид молибдена(V) (MoO(OH)₃) • Диборид молибдена (MoB₂) • Диборид пентамолибдена (Mo₅B₂) • Диборид тримолибдена (Mo₃B₂) • Диоксидибромид молибдена(VI) (MoO₂Br₂) • Диоксидифторид молибдена(VI) (MoO₂F₂) • Диоксидихлорид молибдена(VI) (MoO₂Cl₂) • Дифосфид молибдена (MoP₂) • Дисилицид молибдена (MoSi₂) Иодид молибдена(II) (MoI₂) • Карбид молибдена (MoC) • Карбид димолибдена (Mo₂C) • Молибдат аммония ((NH₄)₂MoO₄) • Молибдат бария (BaMoO₄) • Молибдат калия (K₂MoO₄) • Молибдат кальция (CaMoO₄) • Молибдат магния (MgMoO₄) • Молибдат натрия (Na₂MoO₄) • Молибдат свинца (PbMoO₄) • Молибдат стронция (SrMoO₄) • Молибденовая кислота (H₂MoO₄) • Молибденовые сини • Нитрид молибдена (MoN) • Оксид молибдена(II) (MoO) • Оксид молибдена(III) (Mo₂O₃) • Оксид молибдена(IV) (MoO₂) • Оксид молибдена(V) (Mo₂O₅) • Оксид молибдена(VI) (MoO₃) • Окситетрафторид молибдена(VI) (MoOF₄) • Окситетрахлорид молибдена(VI) (MoOCl₄) • Парамолибдат аммония ((NH₄)₆Mo₇O₂₄) • Сульфид молибдена(III) (Mo₂S₃) • Сульфид молибдена(IV) (MoS₂) • Сульфид молибдена(VI) (MoS₃) • Фосфид молибдена (MoP) • Фосфид тримолибдена (Mo₃P) • Фторид молибдена(III) (MoF₃) • Фторид молибдена(V) (MoF₅) • Фторид молибдена(VI) (MoF₆) • Хлорид молибдена(II) (MoCl₂) • Хлорид молибдена(III) (MoCl₃) • Хлорид молибдена(IV) (MoCl₄) • Хлорид молибдена(V) (MoCl₅)