Disulfur es la molécula diatómica con la fórmula S 2 . [1] Es análogo a la molécula de dioxígeno pero rara vez ocurre a temperatura ambiente. Este gas violeta se genera comúnmente calentando azufre a más de 720 ° C y comprende el 99% del vapor a baja presión (1 mm Hg) a 530 ° C. S 2 es uno de los componentes menores de la atmósfera de Io , que está compuesto predominantemente de SO 2 . [2] Las moléculas diatómicas son comunes que contienen C, O, N y F, pero para elementos más pesados a menudo solo se observan a altas temperaturas. Es altamente susceptible a la fotolisis. Por luz UV, con una vida útil de minutos a la luz del día.
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| Los nombres | |
|---|---|
| Nombre IUPAC
Disulfuro
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| Otros nombres
Azufre diatomico
Azufre
Dímero de azufre | |
| Identificadores | |
| CHEBI | |
| ChemSpider | |
| 753 | |
PubChem CID
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| Propiedades | |
| S 2 | |
| Masa molar | 64.12 g · mol −1 |
| 0 D | |
| Termoquimica | |
Capacidad calorífica ( C )
| 32.51 kJ K −1 mol −1 |
Entropía molar estándar ( S | 228.17 JK −1 mol −1 |
Stal entalpía de
formación (Δ f H | 128.60 kJ mol −1 |
| Compuestos relacionados | |
Compuestos relacionados
| Triplete oxigeno |
Excepto donde se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
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 verificar ( que es )   | |
Síntesis [ editar ]
El disulfuro se produce cuando se irradia una atmósfera de COScon luz UV utilizando un fotosensibilizador de mercurio o cuando se fotolizan CS 2 , H 2 S 2 , S 2 Cl 2 o C 2 H 4 S. Singlet S 2 también se forma cuando los compuestos de azufre como el H 2 S, PSF 3 o COS se fotolizan. El S 2 puede generarse calentando varios precursores de azufre orgánico. [3]
Ocurrencia natural [ editar ]
Se ha detectado disulfuro gaseoso que emana de la superficie de la luna Io de Júpiter , cerca del volcán Pele . [4]
Propiedades [ editar ]
S 2 existe en el estado triplete (es un dirradical , con dos electrones no pareados) como O 2 y SO . Tiene la longitud del doble enlace SS de 189 pm, mucho más corto que los enlaces sencillos SS en S 8 , que tienen una longitud de 206 pm. En su espectro Raman , la banda vibratoria SS se observa a 715 cm- 1 . [5] La banda vibratoria correspondiente de OO se encuentra en 1122 cm- 1 . El SS energía de enlace es de 265 kJ / mol en comparación con 498 kJ / mol de O 2 .
El azufre tiene una gran cantidad de alótropos , tal vez hasta treinta. Sus propiedades específicas son distinguibles por varios tipos de espectroscopia. La única forma estable de azufre en condiciones normales es S 8. [6]
Disulfur es altamente inestable con respecto a la fotodisociación , [7] con una vida útil media de 7,5 minutos bajo la luz solar.
El dímero de helio es una molécula de van der Waals con fórmula He 2 que consta de dos átomos de helio . [2] Esta sustancia química es la molécula diatómica más grande , una molécula que consta de dos átomos unidos entre sí. El enlace que mantiene unido este dímero es tan débil que se romperá si la molécula gira o vibra demasiado. Solo puede existir a temperaturas criogénicas muy bajas .
Dos átomos de helio excitados también pueden unirse entre sí en una forma llamada excímero . Esto se descubrió a partir de un espectro de helio que contenía bandas que se vieron por primera vez en 1912. Escrito como He 2 * con el * que significa un estado de excitación, es la primera molécula de Rydberg conocida . [3]
También existen varios iones dihelio , que tienen cargas netas de uno negativo, uno positivo y dos positivos. Dos átomos de helio pueden confinarse entre sí sin unirse a la jaula de un fullereno .
Molécula [ editar ]
Basado en la teoría de los orbitales moleculares , He 2 no debería existir, y no se puede formar un enlace químico entre los átomos. Sin embargo, la fuerza de van der Waals existe entre los átomos de helio, como lo demuestra la existencia de helio líquido , y en un cierto rango de distancias entre los átomos, la atracción supera la repulsión. Por lo tanto, puede existir una molécula compuesta por dos átomos de helio unidos por la fuerza de van der Waals. [4] La existencia de esta molécula se propuso a partir de 1930. [5]
He 2 es la molécula más grande conocida de dos átomos cuando se encuentra en su estado fundamental , debido a su longitud de enlace extremadamente larga. [4] La molécula He 2 tiene una gran distancia de separación entre los átomos de aproximadamente 5200 pm (= 52 ångström ). Este es el más grande para una molécula diatómica sin excitación revolucionaria . La energía de enlace es de solo 1.3 mK, 10 −7 eV [6] [7] o 1.1 × 10 −5 kcal / mol, [8] o 150 nanoelectrones voltios. [9]El enlace es 5000 veces más débil que el enlace covalente en la molécula de hidrógeno. [10]
Ambos átomos de helio en el dímero pueden ser ionizados por un solo fotón con energía 63.86 eV. El mecanismo propuesto para esta doble ionización es que el fotón expulsa un electrón de un átomo, y luego ese electrón golpea el otro átomo de helio y lo ioniza también. [11] El dímero luego explota como dos helio cationes iones se repelen entre sí con la misma velocidad pero direcciones opuestas. [11]
John Clarke Slater propuso por primera vez una molécula de dihelio unida por las fuerzas de Van der Waals en 1928. [12]
Formación [ editar ]
El dímero de helio se puede formar en pequeñas cantidades cuando el gas helio se expande y se enfría a medida que pasa a través de una boquilla en un haz de gas. [2] Solo el isótopo 4 Él puede formar moléculas como esta; 4 He 3 He y 3 He 3 Él no existen, ya que no tienen un estado de equilibrio estable . [6] La cantidad del dímero formado en el haz de gas es del orden del uno por ciento. [11]
Los iones moleculares [ editar ]
He 2 + es un ion relacionado enlazado por medio enlace covalente . Puede formarse en una descarga eléctrica de helio. Se recombina con electrones para formar una molécula de excímero He 2 ( una 3 Σ + u ) excitada electrónicamente . [13] Ambas moléculas son mucho más pequeñas con distancias interatómicas de tamaño más normal.
El dímero de dicción de helio He 2 2+ es extremadamente repulsivo y liberaría mucha energía cuando se disocia, alrededor de 835 kJ / mol. [14] La estabilidad dinámica del ión fue predicha por Linus Pauling . [15] Una barrera de energía de 33.2 kcal / mol previene la descomposición inmediata. Este ion es isoelectrónico con la molécula de hidrógeno. [16] [17] He 2 2+ es la molécula más pequeña posible con una carga doble positiva. Es detectable mediante espectroscopia de masas. [14] [18]
El dímero de helio negativo He 2 - es metaestable y fue descubierto por Bae, Coggiola y Peterson en 1984 al pasar He 2 + a través de vapor de cesio . [19] Posteriormente, HH Michels confirmó teóricamente su existencia y llegó a la conclusión de que el 4 Π g estado de Él 2 - está obligado con respecto al un 2 Σ + u estado de Él 2 . [20]La afinidad electrónica calculada es de 0.233 eV en comparación con 0.077 eV para el ión He - [ 4 P ∘ ]. El he 2 -se descompone a través del componente 5 / 2g de larga duración con τ∼350 μsec y los componentes 3 / 2g, 1 / 2g de vida mucho más corta con τ∼10 μsec. El estado de 4 Π g tiene una configuración electrónica de 1σ 2 g 1σ u2σ g 2π u , su afinidad electrónica E es de 0.18 ± 0.03 eV, y su vida útil es de 135 ± 15 μseg; solo el estado vibratorio v = 0 es responsable de este estado de larga duración. [21]
El anión de helio molecular también se encuentra en el helio líquido que ha sido excitado por electrones con un nivel de energía superior a 22 eV. Esto ocurre primero por la penetración del líquido He, tomando 1.2 eV, seguido de excitación de un átomo de He electrón al nivel de 3 P, que toma 19.8 eV. El electrón puede combinarse con otro átomo de helio y el átomo de helio excitado para formar He 2 - . Él 2 - repele los átomos de helio, y así tiene un vacío a su alrededor. Tenderá a migrar a una superficie. [22]
Excimers [ editar ]
En un átomo de helio normal, se encuentran dos electrones en el orbital 1s. Sin embargo, si se agrega suficiente energía, un electrón puede elevarse a un nivel de energía más alto. Este electrón de alta energía puede convertirse en un electrón de valencia, y el electrón que permanece en el orbital 1s es un electrón de núcleo. Dos átomos de helio excitados pueden reaccionar con un enlace covalente para formar una molécula llamada dihelioque dura poco tiempo, del orden de un microsegundo, hasta aproximadamente el segundo. [3] Los átomos de helio excitados en el estado 2 3 S pueden durar hasta una hora y reaccionar como átomos de metales alcalinos. [23]
Las primeras pistas de que existe dihelio se notaron en 1900 cuando W. Heuse observó un espectro de bandas en una descarga de helio. Sin embargo, no se publicó información sobre la naturaleza del espectro. Independientemente E. Goldstein de Alemania y WE Curtis de Londres publicaron detalles del espectro en 1913. [24] [25] Curtis fue llamado al servicio militar en la Primera Guerra Mundial, y el estudio del espectro fue continuado por Alfred Fowler . Fowler reconoció que las bandas de doble encabezamiento se dividían en dos secuencias análogas a las series principales y difusas en los espectros de línea. [26]
El espectro de la banda de emisión muestra una serie de bandas que se degradan hacia el rojo, lo que significa que las líneas se debilitan y el espectro se debilita hacia las longitudes de onda más largas. Solo una banda con una banda verde a 5732 Å se degrada hacia la violeta. Otras cabezas de banda fuertes están en 6400 (rojo), 4649, 4626, 4546, 4157.8, 3777, 3677, 3665, 3356.5 y 3348.5 Å. También hay algunas bandas sin cabeza y líneas adicionales en el espectro. [24] Se encuentran bandas débiles con cabezas en 5133 y 5108. [26]
Si el electrón de valencia está en un orbital 2s 3s, o 3d, se obtiene un estado de 1 Σ u ; si está en 2p 3p o 4p, se obtiene un estado de 1 Σ g . [27] El estado fundamental es X 1 Σ g + . [28]
Los tres estados triples más bajos de He 2 tienen designaciones a 3 Σ u , b 3 Π g y c 3 Σ g . [29] El estado a 3 Σ usin vibración ( v = 0) tiene una larga vida metaestable de 18 s, mucho más que la vida útil de otros estados o excimers de gas inerte. [3] La explicación es que el estado a 3 Σ u no tiene momento orbital angular de electrones, ya que todos los electrones están en orbitales S para el estado de helio. [3]
Los estados singletes más bajos de He 2 son A 1 Σ u , B 1 Π g y C 1 Σ g . [30] Las moléculas de excímero son mucho más pequeñas y están más fuertemente unidas que el dímero de helio unido de van der Waals. Para la A 1 Σ u afirman la energía de enlace es de alrededor de 2,5 eV, con una separación de los átomos de 103,9 pm. El C 1 Σ g estado tiene una energía de enlace 0.643 eV y la separación entre los átomos es 109,1 pm. [27]Estos dos estados tienen un rango de distancias repulsivo con un máximo de alrededor de 300 pm, donde, si se acercan los átomos excitados, tienen que superar una barrera de energía. [27] El estado de singlete A 1 Σ + u es muy inestable con una vida útil de solo nanosegundos. [31]
El espectro del excímero He 2 contiene bandas debido a un gran número de líneas debido a las transiciones entre diferentes velocidades de rotación y estados vibracionales, combinados con diferentes transiciones electrónicas. Las líneas se pueden agrupar en ramas P, Q y R. Pero los niveles de rotación de números pares no tienen líneas ramificadas Q, debido a que ambos núcleos son espín 0. Se han estudiado numerosos estados electrónicos de la molécula, incluidos los estados de Rydberg con el número de la cáscara hasta 25. [32]
Las lámparas de descarga de helio producen radiación ultravioleta de vacío a partir de moléculas de helio. Cuando los protones de alta energía golpean gas helio que también produce emisión UV a alrededor de 600 Å por la descomposición de las moléculas excitadas altamente vibrantes de He 2 en la A 1 Σ u estado para el estado fundamental. [33] La radiación UV de las moléculas de helio excitadas se utiliza en el detector de ionización por descarga pulsada (PDHID), que es capaz de detectar el contenido de gases mezclados a niveles por debajo de las partes por billón. [34]
El continuo de Hopfield es una banda de luz ultravioleta entre 600 y 1000 Å en longitud de onda formada por fotodisociación de moléculas de helio. [33]
Un mecanismo para la formación de las moléculas de helio es, en primer lugar, que un átomo de helio se excita con un electrón en el orbital 2 1 S. Este átomo excitado se encuentra con otros dos átomos no excitado de helio en una asociación de los tres cuerpos y reacciona para formar una A 1 Σ u molécula de estado con la máxima vibración y un átomo de helio. [33]
Moléculas de helio en el estado quinteto 5 Σ + g se pueden formar por la reacción de dos átomos de helio de espín polarizado en Él (2 3 S 1 ) estados. Esta molécula tiene un alto nivel de energía de 20 eV. El nivel de vibración más alto permitido es v = 14. [35]
En el helio líquido el excímero forma una burbuja de solvatación. En un 3 estado d a Él *
2 molécula está rodeada por una burbuja de 12,7 Å en radio en la presión atmosférica . Cuando la presión aumenta a 24 atmósferas, el radio de la burbuja se reduce a 10.8 Å. Este cambio en el tamaño de la burbuja provoca un cambio en las bandas de fluorescencia. [36]
2 molécula está rodeada por una burbuja de 12,7 Å en radio en la presión atmosférica . Cuando la presión aumenta a 24 atmósferas, el radio de la burbuja se reduce a 10.8 Å. Este cambio en el tamaño de la burbuja provoca un cambio en las bandas de fluorescencia. [36]
| estado | K | momento angular electrónico Λ | spin electrónico S | Caja de acoplamiento de Hund | tipo | energía | energía de disociación eV | longitud pm | niveles de vibración |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| A 1 Σ u | 1,3,5,7 | camiseta | 2.5 | 103.9 | |||||
| B 1 Π g | camiseta | ||||||||
| C 1 Σ g | 0,2,4,6 | camiseta | |||||||
| un 3 Σu | 1,3,5,7 | trillizo | |||||||
| b 3 Π g | trillizo | ||||||||
| c 3 Σ g | 0,2,4,6 | 0 | 1 | segundo | trillizo | ||||
| 5 Σ + g | quinteto |
Condensación Magnetic [ editar ]
en campos magnéticos muy fuertes (alrededor de 750,000 Tesla) y con temperaturas suficientemente bajas, los átomos de helio se atraen, e incluso pueden formar cadenas lineales. Esto puede suceder en enanas blancas y estrellas de neutrones. [37] La longitud del enlace y la energía de disociación aumentan a medida que aumenta el campo magnético. [38]
Utilizar [ editar ]
El excímero de dihelio es un componente importante en la lámpara de descarga de helio.
Un segundo uso del ion dihelio es en técnicas de ionización ambiental utilizando plasma a baja temperatura. En este helio los átomos se excitan, y luego se combinan para producir el ion dihelio. El He 2 + reacciona con N 2 en el aire para hacer N 2 + . Estos iones reaccionan con una superficie de muestra para producir iones positivos que se utilizan en la espectroscopia de masas . El plasma que contiene el dímero de helio puede tener una temperatura tan baja como 30 ° C, y esto reduce el daño por calor a las muestras. [39]
Clusters [ editar ]
Se ha demostrado que He 2 forma compuestos de van der Waals con otros átomos que forman grupos más grandes, como 24 MgHe 2 y 40 CaHe 2 . [40]
Se predice que el trímero de helio-4 ( 4 He 3 ), un grupo de tres átomos de helio, tiene un estado excitado que es un estado de Efimov . [41] [42] Esto se ha confirmado experimentalmente en 2015. [43]
Jaula [ editar ]
Dos átomos de helio pueden caber dentro de fullerenos más grandes, incluyendo C 70 y C 84 . Estos pueden ser detectados por la resonancia magnética nuclear de 3 He con un pequeño cambio, y por espectrometría de masas. C 84 con helio incluido puede contener 20% He 2 @ C 84 , mientras que C 78 tiene 10% y C 76 tiene 8%. Las cavidades más grandes tienen más probabilidades de contener más átomos. [44] Incluso cuando los dos átomos de helio se colocan juntos en una pequeña jaula, no hay un enlace químico entre ellos. [10] [45] La presencia de dos átomos de He en un C 60Se predice que la jaula de fullereno solo tendrá un pequeño efecto sobre la reactividad del fullereno. [46] El efecto es que los electrones se retiren de los átomos endohédricos de helio, dándoles una ligera carga parcial positiva para producir He 2 δ + , que tienen un enlace más fuerte que los átomos de helio sin carga. [47] Sin embargo, según la definición de Löwdin, hay un vínculo presente. [48]
Los dos átomos de helio dentro de la jaula C 60 están separados por 1.979 Å y la distancia desde un átomo de helio a la jaula de carbono es 2.507 Å. La transferencia de carga da 0.011 unidades de carga de electrones a cada átomo de helio. Debería haber al menos 10 niveles de vibración para el par He-He.
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