Połączenie technik w stanie stałym i technik opartych na roztworach: synteza i reaktywność chalkogenidoplumbatów (II lub IV)

Ogólnym celem tego łączącego chemię ciała stałego i chemię opartą na roztworach jest synteza nowych materiałów o wewnętrznych właściwościach półprzewodnikowych. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie chemii nieorganicznej i materiałowej, takie jak sposób syntezy związków niedostępnych tradycyjnymi metodami syntezy lub dostępu do związków o nietypowych stopniach utlenienia, modach koordynacyjnych lub ligandach. Główną zaletą tej techniki jest to, że jest ona wysokowydajna i zapewnia dostęp do reaktywnych, czystych roztworów metali i żelaza, które można wykorzystać jako prekursory lub do dalszych badań reaktywności.

Chociaż metoda ta może zapewnić wgląd w chemię związków metaloidowych najcięższych atomów metali, można ją również zastosować do innych metalanów. Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które są nowe w tej metodzie, będą miały trudności, ponieważ wszystkie manipulacje muszą być wykonywane przy ścisłym wykluczeniu powietrza, wilgoci, aw niektórych przypadkach światła. Aby przygotować suche rozpuszczalniki do syntezy, najpierw dodaj jeden litr świeżo zakupionego jednego-dwóch diaminoetanu do 25 gramów wodorku wapnia.

Podgrzewać mieszaninę pod chłodnicą zwrotną, aż wodór przestanie być wytwarzany, a następnie destylować mieszaninę pod ciśnieniem otoczenia. Dodaj jeden litr tetrahydrofuranu, THF, do 10 gramów stopu sodowo-potasowego. Podgrzewać mieszaninę pod chłodnicą zwrotną przez co najmniej dwanaście godzin, a następnie destylować mieszaninę pod ciśnieniem otoczenia.

Przygotuj nasycony roztwór katalizatora Wilkinsona, dodając 20 mililitrów THF do 300 miligramów katalizatora. Po wymieszaniu przez noc w temperaturze pokojowej przefiltrować mieszaninę za pomocą fryty filtracyjnej z gazu obojętnego o niskiej porowatości. Umieść 3,81 grama selenu pierwiastkowego w ampułce krzemionkowej i dodaj pięć gramów pierwiastkowego ołowiu.

Podgrzewać ciała stałe za pomocą palnika tlenowo-metanowego, aż do uzyskania jednorodności optycznej stopu, która wynosi około dziesięciu minut. Delikatnie uderzaj ampułką za pomocą pierścienia korkowego przez cały czas syntezy, aby oderwać sublimowany selen od ścianki ampułki, który następnie wpadnie z powrotem do mieszaniny reakcyjnej. Po pozostawieniu mieszaniny reakcyjnej do ostygnięcia do temperatury pokojowej rozbij ampułkę tłuczkiem i moździerzem.

Ręcznie usuń wszystkie pozostałe drzazgi ampułki, a następnie dokładnie potłuj surowy selenek ołowiu. Następnie umieść 0,95 grama potasu pierwiastkowego i pięć gramów ołowiu pierwiastkowego w grubościennej ampułce krzemionkowej. Powoli podgrzewać ciała stałe za pomocą palnika tlenowo-metanowego, aż do uzyskania jednorodności optycznej stopu, która wynosi około 20 minut.

Ostrożnie dodaj 1,9 grama granulek pierwiastkowego selenu do stopionego stopu. Po całkowitym dodaniu zwiększaj temperaturę, aż mieszanina reakcyjna wyemituje jasne żółto-białe promieniowanie i utrzymuj temperaturę przez 10 minut. Nieznacznie zmniejsz temperaturę reakcji, jeśli kolor promieniowania zmieni się na czystą, jasną biel

Po pozostawieniu mieszaniny reakcyjnej do ostygnięcia do temperatury pokojowej rozbij ampułkę tłuczkiem i moździerzem. Ręcznie usuń wszystkie pozostałe drzazgi ampułki i regulus ołowiu elementarnego, a następnie dokładnie potłuj surowy selenek ołowiu potasu. Umieść jeden gram selenku ołowiu, 1,55 grama 18 crown 6 i duży mieszadło w okrągłodennej kolbie azotowej.

Przenieść kolbę na mieszadło i dodać 125 mililitrów jednego dwóch diaminoetanu. Mieszaj energicznie w temperaturze pokojowej, a następnie dodaj 0,23 grama pierwiastkowego potasu. Świeżo ścięty potas jest bardzo lepki.

Tutaj został pokryty proszkiem selenku ołowiu przed jego dodaniem. Zero wilgoci absolutnie nie może dostać się do kolby podczas dodawania różnych chemikaliów. Stosujemy technikę przeciwprądową, w której gaz obojętny jest wydmuchiwany z kolb w taki sposób, że powietrze nie może dostać się do środka.

Po wymieszaniu przez noc w temperaturze pokojowej napełnić roztwór frytą filtra gazu obojętnego o niskiej porowatości. Teraz umieść 0,5 grama selenku ołowiu potasu i dwa mililitry jednego dwóch diaminoetanu w pięciomililitrowej szklanej fiolce. Umieść szklaną fiolkę w 15-mililitrowej fiolce z PTFE i umieść fiolkę z PTFE w standardowym autoklawie ze stali nierdzewnej, szczelnie zamknij autoklaw i podgrzewaj w piekarniku w temperaturze 150 stopni Celsjusza przez pięć dni.

Po pięciu dniach wyłącz piekarnik i pozwól mu powoli ostygnąć do temperatury pokojowej przez jeden dzień, a następnie przenieś mieszaninę reakcyjną do oleju paratonowego i ręcznie wybierz kryształy produktu pod mikroskopem o standardowym świetle przy powiększeniu od 15 do 40 razy. Umieścić dziesięć mililitrów roztworu eteru koronowego w kolbie o pojemności 50 mililitrów. Dodaj dziesięć mililitrów nasyconego roztworu katalizatora Wilkinsona i mieszaj przez noc.

Po zakończeniu reakcji przefiltrować roztwór za pomocą fryty filtracyjnej z gazu obojętnego o niskiej porowatości i powoli usuwać rozpuszczalnik w próżni dynamicznej przez 24 godziny. Po przeniesieniu surowego produktu reakcji do oleju paratonowego, należy ręcznie wybrać kryształy klastra typu Chevrel pod mikroskopem o standardowym świetle przy powiększeniu od 15 do 40 krotnym. Następnie umieść dziesięć mililitrów roztworu eteru koronowego w probówce Schlenka i ostrożnie ułóż na nią dziesięć mililitrów nasyconego roztworu katalizatora Wilkinsona.

Przykryj rurkę Schlenka folią aluminiową i pozostaw ją w spokoju na cztery tygodnie. Po czterech tygodniach przenieś powstałe ciało stałe do oleju paratonowego i wybierz monokryształy pod mikroskopem świetlnym. Istnienie anionu ortoselenidoplumbianu zostało potwierdzone przez eksperymenty dyfrakcji monokryształów, analizę pierwiastkową i obliczenia chemii kwantowej.

Udoskonalenie struktury krystalicznej potwierdza prawie idealną czworościenną geometrię koordynacyjną, podczas gdy obliczenia DFT racjonalizują energetycznie stabilizowaną reprezentację A-one, przyczyniając się do ogólnej stabilności anionu. Za pomocą tego protokołu można otrzymać inne materiały metalowe, takie jak potas dwa rtęć dwa selen trzy, który jest materiałem półprzewodnikowym i fotoprzewodnikowym z polianionową podstrukturą. Ponieważ wykazuje zbyt dużą przerwę energetyczną, przerwę energetyczną można zmniejszyć, syntetyzując cięższy homolog telluru, co zwiększa przewodność foto.

Wysokoproduktywne aniony metalistyczne zanieczyszczeń mogą być wykorzystane do dalszych badań reaktywności, w wyniku których uzyskuje się molekularne związki typu Chevrel. Gatunki nasycone fosforowodórem obejmują jony rodu o mieszanej walencji, a ponieważ ładunek jest wysoce zdelokalizowany, struktura określona przez dyfrakcję monokryształów nie pozwala na formalne przypisanie stopnia utlenienia. Klaster tellurdopalladowy jest precyzyjny pod względem elektronów, a jony palladu przyjmują zniekształconą kwadratową geometrię płaską.

Podobne procedury syntetyczne dają związki z jednostkami disalinidu trirodu, przyjmując trygonalny, biparametaliczny kształt z selenem w miejscach wierzchołkowych i rodem w płaszczyźnie podstawowej. Jednostki te stanowią rdzeń różnych anionowych kompleksów klastrowych. Można je wyizolować przez dodanie środków sekwestrujących przeciwjony.

Po opanowaniu tę technikę można wykonać w ciągu jednego dnia, aby uzyskać metale o wysokiej czystości i wysokiej wydajności. Podejmując się tego zabiegu, należy pamiętać, że związki te są bardzo wrażliwe na powietrze i wilgoć, a w przypadku metali ciężkich, takich jak tellurdoplumbate, również na światło. Zgodnie z tą procedurą, inne materiały metalowe, które zawierają, na przykład, lekkie lub wczesne atomy metali przejściowych, również powinny być dostępne.

Rozszerza to bibliotekę znanych związków i umożliwia precyzyjne dostrojenie pożądanych właściwości. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak syntetyzować nowe materiały metalowe za pomocą kombinacji technik półprzewodnikowych i opartych na roztworach. Nie zapominaj, że praca z ciężkimi pierwiastkami i ich związkami może być niezwykle niebezpieczna, a podczas wykonywania tej procedury należy zawsze zachować środki ostrożności, takie jak noszenie odpowiedniego stroju laboratoryjnego i łatwy dostęp do piasku do celów gaśniczych.