Сульфид молибдена IV

Сульфид молибдена IV (дисульфид молибдена) — неорганическое бинарное химическое соединение четырёхвалентного молибдена с двухвалентной серой. Химическая формула  MoS₂.

Содержание

• 1 Физические свойства
• 2 Получение
• 3 Химические свойства
• 4 Использование в качестве смазки
  • 4.1 Специфическое использование
• 5 Использование в нефтехимии
• 6 Использование в радиотехнике
• 7 Использование в будущем
  • 7.1 В качестве фотокатализатора
  • 7.2 В качестве генератора тока на осмосе между пресной и соленой водой

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. 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.

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.

В лабораторной практике дисульфид молибдена может быть получен непосредственно из элементов:

 Mo + 2 S →^{600−700∘C} MoS₂

Взаимодействием молибдена или его диоксида с сероводородом:

 Mo + 2 H₂S →^>800∘C MoS₂ + 2 H₂

 MoO₂ + 2 H₂S →^400∘C MoS₂ + 2 H₂O

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:

 MoS₂ →^∼1100∘C Mo₂S₃ + S →^{∼1100∘C, vacuum} Mo + S

При нагревании на воздухе дисульфид молибдена окисляется:

 2 MoS₂ + 7 O₂ →^{400−600∘C} 2 MoO₃ + 4 SO₂

Перегретый пар также взаимодействует с дисульфидом молибдена:

 MoS₂ + 2 H₂O →^500∘C MoO₂ + 2 H₂S

Концентрированные неокисляющие кислоты разлагают MoS₂ до диоксида:

 MoS₂ + 2 H₂SO₄ →  MoO₂ ↓ + 2 S ↓ + 2 SO₂ + 2 H₂O

Концентрированные, горячие окисляющие кислоты окисляют MoS₂ до триоксида:

 MoS₂ + 18 HNO₃ →^100∘C MoO₃ ↓ + 18 NO₂ + 2 H₂SO₄ + 7 H₂O

Водород восстанавливает дисульфид молибдена:

 MoS₂ + 2 H₂ →^800∘C Mo + 2 H₂S

При хлорировании дисульфида молибдена при повышенных температурах получается пентахлорид молибдена:

 2 MoS₂ + 7 Cl₂ →^t 2 MoCl₅ + 2 S₂Cl₂

Дисульфид молибдена реагирует с литием с образованием интеркаляционных соединений:

 MoS₂ + xLi →   Li_xMoS₂

При реакции с n-бутиллитием получается соединение с формулой LiMoS₂.

При сплавлении с сульфидами щелочных металлов образует тиосоли:

 MoS₂ + Na₂S →^t  Na₂MoS₃

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.

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.

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. 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.

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 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.

Использование в будущем

В качестве фотокатализатора

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.