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

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 6 ₃ /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 MoS ₂ , слои могут легко скользить друг относительно друга. Это приводит к появлению смазочного эффекта.

Дисульфид молибдена является диамагнетиком и полупроводником .

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 MoS ₂ — 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 MoS ₂ 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 MoS ₂ 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 MoS ₂ 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 4948 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 LiMoS ₂ .

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

MoS ₂ 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 MoS ₂ 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 MoS ₂ формирует композиционный материал с улучшенной прочностью и с уменьшением трения. В качестве полимеров , к которым добавляют MoS ₂ , 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

MoS ₂ 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.

MoS ₂ применяется в турбомолекулярных насосах , использующихся при получении со значением давления до 10 ⁻⁹ торр (при −226 до 399 °C).

Смазка из MoS ₂ 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 MoS ₂ увеличивается при их легировании небольшим количеством кобальта или никеля , а также смесями, основанных на оксиде алюминия .

Использование в электронике

Дисульфид молибдена — полупроводник , поэтому он, в принципе, может применяться для изготовления диодов, транзисторов и других элементов твердотельной электроники. Но объёмный MoS ₂ оказался, по своим свойствам, достаточно посредственным полупроводником, уступающим кремнию и другим широко используемых веществам. С другой стороны, тонкие пленки из MoS ₂ толщиной в один атом обладают радикально иными качествами .

«Двумерные плёнки дисульфида молибдена» рассматриваются как перспективный материал для производства высокочастотных детекторов, выпрямителей и транзисторов . MoS ₂ 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