Fase Zintl - Zintl phase

En química , una fase de Zintl es el producto de una reacción entre un grupo 1 ( metal alcalino ) o un grupo 2 ( alcalinotérreo ) y cualquier metal o metaloide posterior a la transición (es decir, del grupo 13, 14, 15 o 16). Lleva el nombre del químico alemán Eduard Zintl, quien los investigó en la década de 1930, con el término "Fases Zintl" utilizado por primera vez por Laves en 1941.

Las fases de Zintl son un subgrupo de compuestos intermetálicos quebradizos , de alto punto de fusión que son diamagnéticos o exhiben paramagnetismo independiente de la temperatura , y son malos conductores o semiconductores . Zintl notó que hubo una contracción del volumen atómico cuando se formaron estos compuestos y se dio cuenta de que esto podría indicar la formación de cationes . Sugirió que las estructuras de las fases de Zintl eran iónicas, donde había una transferencia completa de electrones desde el metal más electropositivo . La estructura del anión (hoy en día llamado ion Zintl ) debe entonces considerarse sobre la base del estado electrónico resultante. Estas ideas se desarrollaron aún más para convertirse en la regla de Zintl o el concepto de Zintl Klemm , donde la estructura del polianión debería ser similar a un elemento isoelectrónico.

Polianiones

Las fases de Zintl son compuestos polianiónicos. Su estructura puede entenderse mediante una transferencia formal de electrones del metal electropositivo al elemento más electronegativo. Por lo tanto, la concentración de electrones de valencia (VEC) del elemento aumenta y se mueve formalmente hacia la derecha en el sistema periódico de elementos . Generalmente, el anión formado no alcanza un octeto electrónico. Para compensar la falta de electrones, se forman enlaces elemento-elemento. La estructura se puede explicar por la regla 8-N (reemplazando el número de electrones de valencia N por VEC) y, por lo tanto, es similar a un elemento electrónico de isovalencia. Los polianiones formados pueden ser cadenas (unidimensionales), redes bidimensionales o tridimensionales o entidades similares a moléculas (es decir, Si 4 4- tetraedros en KSi).

Iones de Zintl

Las fases de Zintl que contienen polianiones en forma de moléculas a menudo son solubles en amoníaco líquido , etilendiamina , éteres corona o soluciones de criptand . Por lo tanto, se denominan iones Zintl (desnudos) . Si bien las redes extendidas son típicas de los aniones ricos en electrones, las especies aisladas a menudo se encuentran en el lado más pobre en electrones. Las estructuras no se asemejan a configuraciones pseudoelementales, pero las reglas de Wade pueden describirlas como agrupaciones .

Ejemplos de

Estructura de la subunidad [As 7 ] 3- en la fase Zintl Cs 2 NaAs 7 .
Marco diamondoide de iones Tl - en NaTl.

• NaTl consiste en un polianión (—Tl - -) n con una estructura de diamante covalente. Los iones Na + se encuentran entre los aniones. Concepto: Tl - ~ C.

• NaSi: el polianión es tetraédrico (Si 4 ) 4− , similar a P 4 . Concepto: Si - ~ P.

• Na 2 Tl: el polianión es tetraédrico (Tl 4 ) 8− , similar a P 4 . Concepto: Tl 2- ~ P.

• Cs 2 NaAs 7 : el trianión adopta la estructura de P 4 S 3 . Concepto: Como - ~ S.

• K 12 Si 17 : hay dos tipos de iones Zintl: 2x Si 4 4- (pseudo P 4 , o según las reglas de Wade , 12 = 2n + 4 electrones esqueléticos correspondientes a una forma nido de una bipirámide trigonal ) y 1x Si 9 4- (según las reglas de Wade , 22 = 2n + 4 electrones esqueléticos correspondientes a una forma nido de un cuadrado-antiprims bicap )

Línea Zintl

La línea Zintl es un límite hipotético trazado entre el grupo 13 y el grupo 14, para resaltar la tendencia de los metales del grupo 13 a formar fases con una variedad de estequiometrías , que contrasta con el grupo 14 y superiores que tienden a formar sales con aniones poliméricos . Ahora se reconoce que algunas fases de Zintl contienen agrupaciones de Zintl y que esto explica las estequiometrías variables. El enlace en muchos de estos grupos no se puede explicar por la regla clásica del octeto que involucra enlaces covalentes, de 2 centros y 2 electrones, como implica la regla de Zintl. La reacción de Ge, Sn o Pb y Na en NH 3 líquido en presencia de etilendiamina (en) da el grupo Zintl Na 4 en 7 Sn 9 .

Hidruros

Las fases de Zintl pueden incorporar hidrógeno. Dichos hidruros de fase de Zintl pueden formarse mediante síntesis directa de los elementos o hidruros de elementos en una atmósfera de hidrógeno o mediante una reacción de hidrogenación de una fase de Zintl prístina. Dado que el hidrógeno tiene una electronegatividad comparable a la del metal posterior a la transición, se incorpora como parte de la estructura espacial polianiónica. Hay dos motivos estructurales presentes. Se puede formar un hidruro monoatómico ocupando un sitio intersticial que está coordinado exclusivamente por cationes ( hidruro intersticial ). Además, el hidrógeno puede unirse covalentemente al polianión ( hidruro polianiónico ).

Excepciones

Hay ejemplos de una nueva clase de compuestos que, sobre la base de sus fórmulas químicas, parecerían ser fases de Zintl, por ejemplo, K 8 In 11 , que es metálico y paramagnético. Los cálculos de orbitales moleculares han demostrado que el anión es (In 11 ) 7− y que el electrón extra se distribuye entre los cationes y, posiblemente, los orbitales antienlazantes del anión .

Ver también

Referencias

Recursos adicionales