Clúster (química)

En química, un clúster,[1]​ cúmulo o rácimo (en inglés: cluster; en francés: agrégat atomique) es un conjunto de átomos o moléculas enlazados que tienen un tamaño intermedio entre una molécula y un sólido masivo.

Se pueden definir como un compuesto de «un grupo de dos o más átomos metálicos donde están presentes, directa o sustancialmente, enlaces metálicos.»[3]​ Los adjetivos "nuclear" y "metálico" en relación con los clústeres se usan con diferentes significados.

En los elementos principales de grupo los ligandos estabilizantes suelen ser hidruros.

Probablemente los primeres metales sintéticos fueron los calomelanos, que ya eran conocidos en la India en el siglo XII.

La existencia de un enlace mercurio-mercurio en estos compuestos se estableció a comienzos del siglo XX.

Se clasifican según las fuerzas que los mantienen unidos: También son importantes los mecanismos cuánticos de muchos cuerpos.

Rundle y Dahl descubrieron que el Mn2(CO)10 muestra un no soportado enlace Mn-Mn, verificando así la capacidad de los átomos metálicos para unirse el uno con el otro en las moléculas.

[9]​ El primer representante de estos grupos organometálicos iónicos fue [Mo3(CCH3)2(O2CCH3)6(H2O)3]2+ (preparado y caracterizado por primera vez por Bino).

Los anteriores clústeres de tricobalto son solubles en disolventes no polares, mientras que los últimos de tritungsteno son solubles en disolventes polares como el agua.

La estructura eclipsada del octaclorodirenato potásico (III), K2Re2Cl8 se explica mediante enlaces cuádruples.

Los clústeres de boro son boranos, como los pentaboranos y los decaboranos.

Los carboranos son clústeres que tienen vértices de CH y BH.

[10]​ Los clústeres de Fe-S servirían principalmente como cofactores redox, aunque algunos muestran una función catalítica.

[18]​ Estos clústeres constan de al menos dos elementos (semi)metálicos diferentes y poseen más contactos directos metal-metal que metal-ligando.

Los clústeres aparecen como unidades discretas en compuestos intermetálicos separados entre sí por átomos electropositivos, tales como [Sn@Cu12@Sn20]12−,[19]​ como iones solubles [As@Ni12@As20]3−[11]​ o como moléculas ligante-estabilizante como [Mo(ZnCH3)9(ZnCp*)3].

[21]​ También se pueden observar clústeres inestables en fase gaseosa por medio de espectrometría de masas, incluso aunque puedan ser termodinamicamente inestables y se agreguen fácilmente por condensación.

Tales clústeres desnudos, es decir, aquellos que no están estabilizados por los ligandos, se producen a menudo por evaporación inducida por láser —o ablación láser— de un núcleo metálico o compuestos que contienen metal.

[22]​ Sus propiedades (reactividad, potencial de ionización, brecha HOMO–LUMO) a menudo muestran una pronunciada dependencia del tamaño.

Cadenas de átomos de metal extendidas (Extended metal atom chain complexes, o EMAC) son un nuevo tema en la investigación académica.

En teoría debería ser posible obtener moléculas unidimensionales infinitas y la investigación está orientada hacia ese objetivo.

[27]​ Los clústeres de carbonilos metálicos tienen varias propiedades que pueden resultar ser catalizadores útiles.

[32]​[29]​ Este efecto lleva a la formación de clústeres catalíticos extremadamente activos, sin ligandos, durante ciertas reacciones químicas.

Se ha propuesto que la coordinación de CO a múltiples sitios del metal debilitan el enlace triple lo suficiente para permitir la hidrogenación.

[32]​ La selectividad está determina por varios factores, incluyendo efectos estéricos y electrónicos.

Los efectos estéricos en muchos casos se consideran los más importantes, sin embargo los efectos electrónicos dominan en las reacciones de hidrogenación donde un adsorbato (hidrógeno) es relativamente pequeño.

[43]​ Hay limitaciones en el otro extremo, como aparecen en cualquier método computacional, dado que la aproximación a las propiedades del núcleo son difíciles de captar debido a que a esos tamaños de clústeres el modelo de se vuelve cada vez más complejo.

Debido a las limitaciones en fullearemos iniciales, solo en unos pocos casos se ha reportado reacciones entre complejos metálicos a fullerenos de orden mayor tales como el C76C78C84.