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Superátomo

En química , un superátomo es cualquier grupo de átomos que parecen exhibir algunas de las propiedades de los átomos elementales. [1]

Los átomos de sodio , cuando se enfrían a partir del vapor , se condensan naturalmente en racimos, que contienen preferentemente un número mágico de átomos (2, 8, 20, 40, 58, etc.), y el electrón más externo de cada átomo entra en un orbital que abarca todos los átomos del racimos. Los superátomos tienden a comportarse químicamente de una manera que les permitirá tener una capa cerrada de electrones, en este nuevo esquema de conteo. [ cita requerida ]

Clústeres de aluminio

Ciertos grupos de aluminio tienen propiedades de superátomo. Estos grupos de aluminio se generan como aniones ( Al−n
​con n = 1, 2, 3, … ) en gas helio y se hizo reaccionar con un gas que contenía yodo. Cuando se analizó por espectrometría de masas, un producto de reacción principal resultó ser Al
13I−
. [2] Estos grupos de 13 átomos de aluminio con un electrón extra añadido no parecen reaccionar con el oxígeno cuando se introduce en la misma corriente de gas, lo que indica un carácter similar al de un haluro y un número mágico de 40 electrones libres. Un grupo de este tipo se conoce como superhalógeno . [3] [4] [5] [6] El componente del grupo en Al
13I−
El ion es similar al ion yoduro o mejor aún al ion bromuro . El ion Al relacionado
13I−
2Se espera que el grupo se comporte químicamente como el ion triyoduro . [2]

De manera similar, se ha observado que Al
14Los grupos con 42 electrones (2 más que los números mágicos) parecen exhibir las propiedades de un metal alcalinotérreo que normalmente adopta estados de valencia +2 . Se sabe que esto solo ocurre cuando hay al menos 3 átomos de yodo unidos a un Al−
14grupo, Al
14I−
3El grupo aniónico tiene un total de 43 electrones itinerantes, pero los tres átomos de yodo eliminan cada uno de los electrones itinerantes para dejar 40 electrones en la capa de gelatina . [7] [8]

Resulta especialmente fácil y fiable estudiar los cúmulos atómicos de átomos de gases inertes mediante simulación por ordenador, ya que la interacción entre dos átomos se puede aproximar muy bien mediante el potencial de Lennard-Jones . Existen otros métodos fácilmente disponibles y se ha establecido que los números mágicos son 13, 19, 23, 26, 29, 32, 34, 43, 46, 49, 55, etc. [9]

Otros clústeres

Complejos de superátomos

Los complejos de superátomos son un grupo especial de superátomos que incorporan un núcleo metálico estabilizado por ligandos orgánicos. En los complejos de cúmulos de oro protegidos con tiolato se puede utilizar una regla de conteo de electrones simple para determinar el número total de electrones ( n e ) que corresponden a un número mágico a través de,

donde N es el número de átomos de metal (A) en el núcleo, v es la valencia atómica, M es el número de ligandos que atraen electrones y z es la carga total del complejo. [19] Por ejemplo, el Au 102 (p-MBA) 44 tiene 58 electrones y corresponde a un número mágico de capa cerrada. [20]

Complejos de superátomos de oro

Otros complejos de superátomos

Véase también

Referencias

  1. ^ Ariyarathna, Isuru R. (21 de diciembre de 2021). "Quelatos superatómicos: los casos de éteres de aza-corona de metal y criptandos". Química inorgánica . 61 (1): 579–585. doi :10.1021/acs.inorgchem.1c03261. PMID  34932345.
  2. ^ ab Bergeron, DE (2 de abril de 2004). "Formación de Al
    13    I−
    : Evidencia del carácter superhalógeno del Al13". Science . 304 (5667). Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS): 84–87. doi :10.1126/science.1093902. ISSN  0036-8075. PMID  15066775. S2CID  26728239.
  3. ^ Reddy, G. Naaresh; Parida, Rakesh; Giri, Santanab (12 de diciembre de 2017). "Complejos de Zintl deltaédricos funcionalizados Ge9R3 (R = CF3, CN y NO2): una nueva clase de superhalógenos". Chemical Communications . 53 (99): 13229–13232. doi :10.1039/C7CC08120K. ISSN  1364-548X. PMID  29182179.
  4. ^ Giri, Santanab; Child, Brandon Z.; Jena, Puru (2014). "Superhalógenos orgánicos". ChemPhysChem . 15 (14): 2903–2908. doi :10.1002/cphc.201402472. ISSN  1439-7641. PMID  25056518.
  5. ^ Reddy, Gorre Naaresh; Giri, Santanab (10 de mayo de 2016). "Compuestos heterocíclicos aromáticos superhalogenados/hiperhalogenados". RSC Advances . 6 (52): 47145–47150. Bibcode :2016RSCAd...647145R. doi :10.1039/C6RA08625J. ISSN  2046-2069.
  6. ^ Sinha, Swapan; Jena, Puru; Giri, Santanab (12 de agosto de 2022). "Cúmulos de nona-siliciuro [Si9R3] Zintl funcionalizados: una nueva clase de superhalógenos". Química física Química Física . 24 (35): 21105–21111. Bibcode :2022PCCP...2421105S. doi :10.1039/D2CP02619H. ISSN  1463-9084. OSTI  1978872. PMID  36018293. S2CID  251551751.
  7. ^ Philip Ball, "Un nuevo tipo de alquimia", número de New Scientist del 16 de abril de 2005.
  8. ^ Bergeron, DE (14 de enero de 2005). "Superátomos del grupo Al como halógenos en polihaluros y como tierras alcalinas en sales de yoduro". Science . 307 (5707). Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS): 231–235. Bibcode :2005Sci...307..231B. doi :10.1126/science.1105820. ISSN  0036-8075. PMID  15653497. S2CID  8003390.
  9. ^ Harris, IA; Kidwell, RS; Northby, JA (17 de diciembre de 1984). "Estructura de cúmulos de argón cargados formados en una expansión de chorro libre". Physical Review Letters . 53 (25). American Physical Society (APS): 2390–2393. Bibcode :1984PhRvL..53.2390H. doi :10.1103/physrevlett.53.2390. ISSN  0031-9007. S2CID  13793440.
  10. ^ ab Naiche Owen Jones, 2006. [ enlace muerto permanente ]
  11. ^ Das, Ujjal; Raghavachari, Krishnan (2008). "Superátomo de Al5O4 con potencial para el diseño de nuevos materiales". Revista de teoría y computación química . 4 (12): 2011–2019. doi :10.1021/ct800232b. PMID  26620474.
  12. ^ Sun, Xiao-Ying; Li, Zhi-Ru; Wu, Di; Sun, Chia-Chung (2007). "Superátomo extraordinario que contiene núcleo de doble capa: Li(HF) 3 Li conectado principalmente por interacciones intermoleculares". Revista internacional de química cuántica . 107 (5). Wiley: 1215–1222. Bibcode :2007IJQC..107.1215S. doi :10.1002/qua.21246. ISSN  0020-7608.
  13. ^ Ariyarathna, Isuru R.; Pawłowski, Filip; Ortiz, Joseph Vincent; Miliordos, Evangelos (2018). "Moléculas que imitan átomos: monómeros y dímeros de precursores electrónicos solvatados de metales alcalinos". Química Física Química . 20 (37): 24186–24191. Bibcode :2018PCCP...2024186A. doi :10.1039/C8CP05497E. ISSN  1463-9076. PMID  30209476.
  14. ^ ab Ariyarathna, Isuru (1 de marzo de 2021). Estudios de primeros principios sobre estados electrónicos fundamentales y excitados: enlaces químicos en moléculas del grupo principal, sistemas moleculares con electrones difusos y activación del agua utilizando monóxidos de metales de transición (tesis doctoral).
  15. ^ Ariyarathna, Isuru R.; Khan, Shahriar N.; Pawłowski, Filip; Ortiz, Joseph Vincent; Miliordos, Evangelos (4 de enero de 2018). "Reglas de Aufbau para precursores de electrones solvatados: complejos Be(NH 3 ) 4 2+ y más allá". The Journal of Physical Chemistry Letters . 9 (1): 84–88. doi : 10.1021/acs.jpclett.7b03000 . ISSN  1948-7185. PMID  29232138.
  16. ^ Koyasu, Kiichirou; Atobe, Junko; Akutsu, Minoru; Mitsui, Masaaki; Nakajima, Atsushi (2007). "Estabilidades electrónicas y geométricas de cúmulos con metal de transición encapsulado por silicio". The Journal of Physical Chemistry A . 111 (1). American Chemical Society (ACS): 42–49. Bibcode :2007JPCA..111...42K. doi :10.1021/jp066757f. ISSN  1089-5639. PMID  17201386.
  17. ^ Los nanocúmulos de platino se vuelven magnéticos Archivado el 15 de octubre de 2007 en Wayback Machine , nanotechweb.org, 2007
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