El bronce de tungsteno y sodio es una forma de compuesto de inserción con la fórmula Na x WO 3 , donde x es igual o menor que 1. Llamado así debido a su brillo metálico, sus propiedades eléctricas varían de semiconductoras a metálicas dependiendo de la concentración de iones de sodio presentes; también puede exhibir superconductividad .
Preparado en 1823 por el químico Friedrich Wöhler , el bronce de tungsteno y sodio fue el primer bronce de metal alcalino que se descubrió. [1] Los bronces de tungsteno deben algunas de sus propiedades a la relativa estabilidad del catión tungsteno(V) que se forma. [2] Una familia similar de bronces de molibdeno puede haber sido descubierta en 1885 por Alfred Stavenhagen y E. Engels, [3] pero se forman en un rango muy estrecho de temperaturas y no se informó nuevamente hasta la década de 1960. [4]
El bronce de tungsteno y sodio, al igual que otros bronces de tungsteno, es resistente a las reacciones químicas tanto en condiciones ácidas como básicas. El color depende de la proporción de sodio en el compuesto y varía desde el dorado cuando x ≈ 0,9, pasando por el rojo, el naranja y el morado oscuro, hasta el negro azulado cuando x ≈ 0,3.
La resistividad eléctrica del bronce depende de la proporción de sodio en el compuesto, midiéndose resistencias específicas de 1,66 mΩ para algunas muestras. [5] Se ha sugerido que los electrones, liberados cuando los átomos de sodio se ionizan, se conducen fácilmente a través de los orbitales de tungsteno t 2g y oxígeno π. [2] Esto se puede observar en los espectros XPS [6] y UPS [7] : el pico que representa la banda de tungsteno 5 d se vuelve más intenso a medida que x aumenta.
Para valores de x inferiores a 0,3, el bronce es semiconductor en lugar de metálico. [2] Cuando se enfría lo suficiente, el bronce de tungsteno y sodio se convierte en un superconductor , con una temperatura crítica ( T c ) para Na 0.23 WO 3 de aproximadamente 2,2 kelvin . [8] El primer registro de superconductividad en un bronce de tungsteno fue en 1964, con una T c de 0,57 K. [9]
Cuando x = 1, el bronce de tungsteno y sodio adopta una fase cúbica: la estructura cristalina de perovskita . [10] En esta forma, la estructura consiste en octaedros WO 6 que comparten vértices con iones de sodio en los espacios intersticiales. Para valores de x entre 0,9 y 0,3, la estructura sigue siendo similar pero con una deficiencia creciente de iones de sodio y un parámetro de red más pequeño. [10]
También se pueden adoptar otros tipos de estructuras, con distintas propiedades eléctricas: las fases cúbica, tetragonal I y hexagonal son metálicas, mientras que las estructuras ortorrómbicas y tetragonales II son semiconductoras. [11]
La síntesis de Wöhler de 1823 implicaba la reducción del tungstato de sodio y el trióxido de tungsteno con gas hidrógeno al rojo vivo. Un enfoque más moderno reduce la fusión de los reactivos con electricidad en lugar de con hidrógeno. [12] La síntesis por microondas también es posible, [13] utilizando polvo de tungsteno como agente reductor. También son posibles las síntesis hidrotermales (tanto por lotes como por flujo). [14]
El sodio en este compuesto puede ser reemplazado por otros metales alcalinos para formar sus bronces de tungsteno, y por otros metales como el estaño y el plomo. [15] También existen bronces de molibdeno, pero son menos estables que sus contrapartes de tungsteno. [2]