スーパーアトム
元素原子の特性を示す原子クラスター

化学において、超原子とは、元素原子のいくつかの性質を示すように見える原子の集合体である。 [1]超原子の一例としては、Alの集合体が挙げられる。
13−
. [2]

ナトリウム原子は、蒸気から冷却されると、自然にクラスターへと凝縮し、魔法数（2、8、20、40、58など）の原子を優先的に含みます。各原子の最外殻電子は、クラスター内のすべての原子を囲む軌道に入ります。この新しい計数体系では、超原子は電子の閉殻構造を持つように化学的に振る舞う傾向があります。[要出典]

アルミニウムクラスター

ある種のアルミニウム クラスターは超原子特性を持つ。これらのアルミニウムクラスターは陰イオン（Al−
nヘリウムガス中のAl （n = 1, 2, 3, …）をヨウ素を含むガスと反応させた。質量分析法で分析したところ、主な反応生成物の一つはAlであることが判明した。
13私−
[ 3] 13個のアルミニウム原子に電子が1つ追加されたこれらのクラスターは、同じガス流中に酸素を導入しても反応しないようで、ハロゲン化物のような性質と40個の自由電子という魔法数を示している。このようなクラスターはスーパーハロゲンとして知られている。[4] [5] [6] [7] Alのクラスター成分は
13私−
イオンはヨウ化物イオン、あるいは臭化物イオンに類似している。関連するAl
13私−
2クラスターは化学的には三ヨウ化物イオンのように振舞うと予想される。[3]

同様に、Al
1442個の電子（魔法数より2個多い）を持つクラスターは、典型的には+2価の価数をとるアルカリ土類金属の性質を示すように見える。これは、アルミニウム原子に少なくとも3個のヨウ素原子が結合している場合にのみ起こることが知られている。−
14クラスター、Al
14私−
3陰イオンクラスターは合計43個の巡回電子を持つが、3つのヨウ素原子はそれぞれ巡回電子を1個ずつ取り除き、ジェリウム殻に40個の電子を残す。[8] [9]

不活性ガス原子の原子クラスターをコンピュータシミュレーションで研究することは、2つの原子間の相互作用をレナード・ジョーンズポテンシャルで非常によく近似できるため、特に容易かつ信頼性が高い。他の方法も容易に利用可能であり、魔法数は13、19、23、26、29、32、34、43、46、49、55などであることが確立されている[10]。

その他のクラスター

  • Li(HF) 3 Li = (HF) 3内部では、Liからの2つの価電子が分子全体を原子核のように周回します。[13]
  • Li(NH 3 ) 4 = Li(NH 3 )の周りを回る拡散電子が1つある+4核、すなわちアルカリ金属原子を模倣している。[14] [15] [信頼できない情報源? ]
  • Be(NH 3 ) 4 = 2つの拡散電子がBe(NH 3 )の周りを周回している2歳以上4核、すなわちヘリウム原子を模倣する。[16] [15]

超原子錯体

超原子錯体は、有機配位子によって安定化された金属核を含む特殊な超原子群です。チオレート保護された金クラスター錯体では、単純な電子計数則を用いて、魔法数に対応する電子の総数（ n e）を決定することができます。

n e ＝ 北 ν あ − M − z {\displaystyle n_{e}=N\nu _{A}-Mz}

ここで、Nはコア中の金属原子（A）の数、vは原子価、Mは電子吸引性配位子の数、zは錯体全体の電荷である。[19]例えば、Au 102（p-MBA）44は58個の電子を持ち、閉殻魔法数に対応する。[20]

金超原子錯体

  • Au 25 (SMe)−18[21]
  • Au 102 ( p -MBA ) 44 [22]
  • Au 144（SR）60 [23]

その他の超原子錯体

  • Ga 23 (N(Si(CH 3 ) 3 ) 2 ) 11 [24]
  • Al 50 (C 5 (CH 3 ) 5 ) 12 [25]
  • Re 6 Se 8 Cl 2 – 2018年、研究者らはこの超原子材料の15nm厚の薄片を作製しました。彼らは、単分子層が超原子2次元半導体となり、特異で調整可能な特性を持つ新たな2次元材料を提供できると期待しています。[26]
  • 有機ジントル系超原子：[ Ge 9 (CHO) 3 ]および[ Ge 9 (CHO) ] [27]
  • [Cu 43 Al 12 ](Cp*) 12 [28]

参照

参考文献

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