Superatom - Superatom

Ein Superatom ist jede Ansammlung von Atomen , die einige der Eigenschaften von elementaren Atomen aufzuweisen scheint.

Natriumatome kondensieren , wenn sie aus dem Dampf abgekühlt werden , auf natürliche Weise zu Clustern, die vorzugsweise eine magische Anzahl von Atomen enthalten (2, 8, 20, 40, 58 usw.), wobei das äußerste Elektron jedes Atoms in ein Orbital eintritt, das alle Atome in umfasst der Cluster. Superatome neigen dazu, sich chemisch so zu verhalten, dass sie in diesem neuen Zählschema eine geschlossene Elektronenhülle haben.

Aluminiumcluster

Bestimmte Aluminiumcluster haben Superatom Eigenschaften. Diese Aluminiumcluster werden als Anionen erzeugt ( Al −
nmit n = 1, 2, 3, … ) in Heliumgas und reagiert mit einem jodhaltigen Gas. Bei massenspektrometrischer Analyse stellt sich als Hauptreaktionsprodukt Al . heraus
13ich−
. Diese Cluster aus 13 Aluminiumatomen mit einem zusätzlichen hinzugefügten Elektron scheinen nicht mit Sauerstoff zu reagieren, wenn er in denselben Gasstrom eingeführt wird, was auf einen halogenidähnlichen Charakter und eine magische Zahl von 40 freien Elektronen hinweist. Ein solcher Cluster wird als Superhalogen bezeichnet . Die Clusterkomponente in Al
13ich−
Ion ist einem Jodid- Ion oder besser noch einem Bromid- Ion ähnlich . Die verwandte Al
13ich−
2Es wird erwartet, dass sich der Cluster chemisch wie das Triiodid- Ion verhält .

In ähnlicher Weise wurde festgestellt, dass Al
14Cluster mit 42 Elektronen (2 mehr als die magischen Zahlen) scheinen die Eigenschaften eines Erdalkalimetalls aufzuweisen, die typischerweise +2 Valenzzustände annehmen . Dies ist nur bekannt, wenn mindestens 3 Jodatome an ein Al . gebunden sind−
14Cluster, Al
14ich−
3. Der anionische Cluster hat insgesamt 43 Wanderelektronen, aber die drei Jodatome entfernen jeweils eines der Wanderelektronen , um 40 Elektronen in der Jelliumhülle zu hinterlassen .

Es ist besonders einfach und zuverlässig, atomare Cluster von Edelgasatomen durch Computersimulation zu untersuchen, da die Wechselwirkung zwischen zwei Atomen durch das Lennard-Jones-Potential sehr gut angenähert werden kann . Andere Methoden sind leicht verfügbar und es wurde festgestellt, dass die magischen Zahlen 13, 19, 23, 26, 29, 32, 34, 43, 46, 49, 55 usw. sind.

  • Al
    7    = die Eigenschaft ähnelt Germaniumatomen .
  • Al
    13    = die Eigenschaft ähnelt Halogenatomen , genauer gesagt Chlor .
    • Al
      13      ich−
      x      , wobei x = 1–13 .
  • Al
    14    = die Eigenschaft ist ähnlich wie bei Erdalkalimetallen .
    • Al
      14      ich−
      x      , wobei x = 1–14 .
  • Al
    23
  • Al
    37
  • Al
    5    Ö−
    4

Andere Cluster

  • Li(HF) 3 Li = das (HF) 3 -Innere bewirkt, dass 2 Valenzelektronen aus dem Li das gesamte Molekül umkreisen, als ob es ein Atomkern wäre.
  • Li(NH 3 ) 4 = Hat ein diffuses Elektron, das um den Li(NH 3 ) 4 + -Kern kreist, dh ahmt ein Alkalimetallatom nach.
  • Be(NH 3 ) 4 = Hat zwei diffuse Elektronen, die um den Be(NH 3 ) 4 2+ -Kern kreisen, dh imitiert das He-Atom.

Superatom-Komplexe

Superatomkomplexe sind eine spezielle Gruppe von Superatomen, die einen Metallkern enthalten, der durch organische Liganden stabilisiert wird. In Thiolat-geschützten Goldclusterkomplexen kann eine einfache Elektronenzählregel verwendet werden, um die Gesamtzahl der Elektronen ( n e ) zu bestimmen, die einer magischen Zahl entsprechen, über,

wobei N die Zahl der Metallatome (A) im Kern ist, v die Atomvalenz ist, M die Zahl der elektronenziehenden Liganden ist und z die Gesamtladung des Komplexes ist. Zum Beispiel hat das Au 102 (p-MBA) 44 58 Elektronen und entspricht einer geschlossenen magischen Zahl.

Gold-Superatom-Komplexe

  • Au 25 (SMe) 18 −
  • Au 102 (p-MBA) 44
  • Au 144 (SR) 60

Andere Superatom-Komplexe

  • Ga 23 (N(Si(CH 3 ) 3 ) 2 ) 11
  • Al 50 (C 5 (CH 3 ) 5 ) 12
  • Re 6 Se 8 Cl 2 - 2018 stellten Forscher 15 nm dicke Flocken dieses superatomaren Materials her. Sie gehen davon aus, dass eine Monoschicht ein superatomarer 2D-Halbleiter sein wird und neue 2D-Materialien mit ungewöhnlichen, einstellbaren Eigenschaften bieten.
  • Organo−Zintl-basierte Superatome:[Ge 9 (CHO) 3 ] und [Ge 9 (CHO)]

Siehe auch

Verweise

Externe Links