Сульфид молибдена(IV)

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

Дисульфид молибдена
Общие
Систематическое наименование	Сульфид молибдена​(IV)​
Традиционные названия	Дисульфид молибдена, двусернистый молибден
Хим. формула	MoS2
Физические свойства
Состояние	Чёрный 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]
Химические свойства
Растворимость
• в воде	практически нерастворим
Структура
Координационная геометрия	Тригональная призматическая (Mo4+), пирамидальная (S2−)
Кристаллическая структура	Гексагональная, hP6, пространственная группа P63/mmc, № 194
Классификация
Рег. номер CAS	1317-33-5
PubChem	14823
Рег. номер EINECS	215-263-9
SMILES	S=[Mo]=S
InChI	InChI=1S/Mo.2S CWQXQMHSOZUFJS-UHFFFAOYSA-N
RTECS	QA4697000
ChEBI	30704
ChemSpider	14138
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе

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 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. 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 MoS₂ — основной исходный продукт для дальнейшего получения молибдена^[4].

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 MoS₂ 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 MoS₂ 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 MoS₂ 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 5518 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 LiMoS₂^[4].

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

MoS₂ 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 MoS₂ с использованием трибометра при низких нагрузках (0,1—2 Н) дают значение коэффициента трения меньше 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 торр (при −226 до 399 °C).

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

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^[10]. Эффективность катализаторов из MoS₂ увеличивается при их легировании небольшим количеством кобальта или никеля, а также смесями, основанных на оксиде алюминия.

Использование в электронике

Основная статья: Двумерный дисульфид молибдена

Дисульфид молибдена — полупроводник, поэтому он, в принципе, может применяться для изготовления диодов, транзисторов и других элементов твердотельной электроники. Но объёмный MoS₂ оказался по своим свойствам достаточно посредственным полупроводником, уступающим кремнию и другим широко используемых веществам. С другой стороны, тонкие пленки из MoS₂ толщиной в один атом обладают радикально иными качествами^[11].

«Двумерные плёнки дисульфида молибдена» рассматриваются как перспективный материал для производства высокочастотных детекторов, выпрямителей и транзисторов^[11][12]. MoS₂ попадает в один ряд с такими известными двумерными материалами, как графен и силицен.

Использование в будущем

В качестве фотокатализатора

В сочетании с сульфидом кадмия дисульфид молибдена увеличивает скорость фотокаталитического производства водорода^[13]. А при смешении с диоксидом титана получают чернильную массу, хорошо поглощающую водяные пары в темноте и разлагающуюся на солнце с выделением водорода и кислорода^[14].

В качестве генератора тока на осмосе между пресной и соленой водой

Дисульфид молибдена может использоваться для создания осмотических мембран, пропускающих молекулы определенного размера^[15].

См. также

• Двумерный дисульфид молибдена
• Молибденит
• Йордизит