Molybdän(IV)-sulfid

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Kristallstruktur
Kristallstruktur Molybdän(IV)-sulfid
__ Mo4+     __ S2−
Allgemeines
Name Molybdän(IV)-sulfid
Andere Namen
  • Molybdändisulfid
  • als Mineral auch Molybdänglanz oder Molybdänit
Verhältnisformel MoS2
CAS-Nummer 1317-33-5
PubChem 14823
Kurzbeschreibung

schwarzer, geruchloser Feststoff[1]

Eigenschaften
Molare Masse 160,07 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Dichte

5,06 g·cm−3[1]

Schmelzpunkt

1750 °C [1]

Löslichkeit

in Wasser praktisch unlöslich[1]

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung [1]
keine GHS-Piktogramme
H- und P-Sätze H: keine H-Sätze
P: keine P-Sätze
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

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Molybdän(IV)-sulfid, auch Molybdändisulfid genannt, mit der Formel MoS2, ist ein grauschwarzes, kristallines Sulfid des chemischen Elements Molybdän. Es ist in Wasser und in verdünnten Säuren unlöslich. Es kann nur unter erhöhtem Druck geschmolzen werden (2107 °C/81.000 hPa). In der Natur kommt es als Mineral Molybdänit (Molybdänglanz) vor.

Gewinnung und Darstellung[Bearbeiten]

Molybdän(IV)-sulfid kann durch Reaktion von Molybdän(IV)-oxid mit Schwefel unter Anwesenheit von Kaliumcarbonat gewonnen werden.[2]

\mathrm{MoO_2 + 3 \ S \longrightarrow MoS_2 + SO_2}

Ebenfalls möglich ist die Darstellung aus den Elementen.[2]

\mathrm{Mo + 2 \ S \longrightarrow MoS_2}

Eigenschaften[Bearbeiten]

Molybdändisulfid

Die Struktur von Molybdän(IV)-sulfid ist graphitartig, d. h. eine Schichtung von Molybdän- und zwischenliegenden Schwefelteilchen ähnlich einem Sandwich. Aufgrund der raumparallelen Anordnung sind die Schichten leicht gegeneinander verschiebbar, was zu einem schmierenden Effekt führt. Die Schichtstruktur erlaubt es, quasi zweidimensionale Kristalle (ähnlich denen des Graphens) herzustellen[3]. Wie Graphit ist hexagonales Molybdän(IV)-sulfid ein Halbleiter und diamagnetisch.[4] Seine Bandabstandsenergie beträgt 1,2 eV, bei atomar dünnen Schichten (Monolagen) erhöht sich dieser Wert auf 1,8 eV.[5][6][7] Die Kristallstruktur ist hexagonal mit der Raumgruppe P63/mmc und zwei Formeleinheiten pro Elementarzelle.[8] Molybdän(IV)-sulfid ist löslich unter Zersetzung in Königswasser, Schwefelsäure zersetzt es zu Molybdän(IV)-oxid. Es ist ein Elektronenleiter, dessen Leitfähigkeit bei Belichtung zunimmt.[2]

Verwendung[Bearbeiten]

Fein pulverisiertes Molybdän(IV)-sulfid mit Teilchengrößen zwischen 1 und 100 µm ist ein technisches trockenes Schmiermittel. Es wurde in den 1940er Jahren zuerst von der Firma Dow Corning unter dem Handelsnamen „Molykote“ vermarktet, der auch heute noch synonym für Molybdän(IV)-sulfid steht. Bei Dow Corning werden jedoch heute auch andere Spezialschmierstoffe so genannt. An der Luft wird es schon ab 315 °C oxidiert. Unter Ausschluss von Sauerstoff ist die Anwendung bis 1100 °C möglich.

  • Es wird häufig verschiedenen Schmierölen beigemengt, was zu einer Verbesserung der Gleitfähigkeit führt. Dies führt neben einer längeren Lebensdauer von Maschinenbauteilen auch zur Schadensvorbeugung bei plötzlichen totalen Ölverlusten. Dabei kann die Schmierwirkung aufgrund der Haftwirkung des Öls eine Zeit lang aufrechterhalten werden, was z. B. bei Flugzeugtriebwerken und sonstigen lange nachlaufenden Triebwerken und Turbinen wichtig ist (siehe auch Notlaufeigenschaft).
  • Ebenso finden mit Molybdän(IV)-sulfid angereicherte Fette Verwendung an Bauteilen, die schwer zugänglich sind und so die Wartungsintervalle sehr groß sind (wartungsfreie Verbindungen, Gelenkkonstruktionen etc.).
  • Auch wird es bei der Massivumformung und generell bei Umformverfahren (Kalt-, Halbwarm- und Warmumformung) eingesetzt. Es wird oft beim Bondern aufgebracht. Dies geschieht meistens mit einer Trägerschicht, auf der dann das Molybdän(IV)-sulfid aufgebracht wird. Oft passiert das auch durch „Trommeln“. Dabei kommen die Teile in eine Art Waschmaschinentrommel und tauchen in das Bad ein, die Trommel verbleibt einige Zeit im Medium und dreht sich dabei. Die Teile drehen sich mit und benetzen sich mit Molybdän(IV)-sulfid. Der Vorteil in der Massivumformung gegenüber normaler Seife ist die höhere Temperaturbeständigkeit des Festschmierstoffes. Ebenfalls zum Einsatz kommt es bei hohen Umformtemperaturen ≥ 200 °C (vor allem bei der Kaltmassivumformung), bedingt durch sehr hohe Umformung und somit hoher Reibung im Werkzeug.
  • Es wird auch als schmierender Zusatz in speziellen Kunststoffen verwendet, vornehmlich bei Nylon und Teflon.
  • Molybdän(IV)-sulfid wird auch zur Beschichtung von Geschossen von Feuerwaffen kleineren Kalibers verwendet. Die Beschichtung führt zu einer geringeren Reibung zwischen Geschossmantel und Lauf. Hierdurch wird zum einen die Verschmutzung des Laufs durch Blei- oder Tombakreste verringert, zum anderen die Geschossgeschwindigkeit erhöht und in Summe die ballistischen Eigenschaften verbessert.
  • Am Oak Ridge National Laboratory wurden selbstschmierende zusammengesetzte Schichten für Hochtemperaturanwendungen entwickelt. Dabei wird durch Kondensation des chemischen Dampfes von Molybdän(IV)-sulfid und Titannitrid eine Schmierschicht auf der Bauteiloberfläche erzeugt.
  • Nanostruktiertes Molybdän(IV)-sulfid wird als Katalysator als Ersatz für Platin in Brennstoffzellen untersucht.

Weblinks[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d e f Eintrag zu Molybdän(IV)-sulfid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 19. November 2013 (JavaScript erforderlich)
  2. a b c  Georg Brauer: Handbuch der präparativen anorganischen Chemie. 3., umgearb. Auflage. Band III, Enke, Stuttgart 1981, ISBN 3-432-87823-0, S. 1551.
  3.  Changgu Lee u. a.: Frictional Characteristics of Atomically Thin Sheets. In: Science. 328, Nr. 5974, 2010, S. 76–80, doi:10.1126/science.1184167.
  4. Hans-Dieter Jakubke, Ruth Karcher (Hrsg.): Lexikon der Chemie, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, 2001.
  5.  B. Radisavljevic, A. Radenovic, J. Brivio, V. Giacometti & A. Kis: Single-layer MoS2 transistors. In: Nature Nanotechnology. Nr. 6, 2011, S. 147-150.
  6.  K. K. Kam, B. A. Parkinson: Detailed Photocurrent Spectroscopy of the Semiconducting Group VI Transition Metal Dichaicogenides. In: The Journal of Physical Chemistry. 86, Nr. 4, 1982, S. 463–467, doi:10.1021/j100393a010.
  7.  Kin Fai Mak, Changgu Lee, James Hone, Jie Shan, Tony F. Heinz: Atomically Thin MoS2: A New Direct-Gap Semiconductor. In: Physical Review Letters. 105, Nr. 13, 2010, S. 136805, doi:10.1103/PhysRevLett.105.136805.
  8.  Roger Blachnik (Hrsg.): Taschenbuch für Chemiker und Physiker. Band III: Elemente, anorganische Verbindungen und Materialien, Minerale. begründet von Jean d’Ans, Ellen Lax. 4., neubearbeitete und revidierte Auflage. Springer, Berlin 1998, ISBN 3-540-60035-3, S. 580 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).