カルコゲン化物のソースを表示

{{混同|カルコゲン間化合物}}{{表記揺れ案内|カルコゲニド|カルコゲナイド}}
'''カルコゲン化物'''（カルコゲンかぶつ、{{lang-en-short|chalcogenide}}、'''カルコゲニド'''または'''カルコゲナイド'''）は、少なくとも1つの[[第16族元素|カルコゲン]]化物[[アニオン]](カルコゲン[[元素]])と少なくとも1つ以上の[[電気陰性度|陽性]]元素(それより電気陰性度の低い元素)からなる[[化合物]]である。[[ファイル:Cadmium_sulfide.jpg|サムネイル|293x293ピクセル|(典型的な金属カルコゲン化物である)硫化カドミウムは黄色の顔料として使用される。]]
周期表の第16族元素はすべてカルコゲン化物として定義されているが、カルコゲン化物という用語は、[[酸化物]]ではなく、[[硫化物]]、[[セレニド|セレン化物]]、[[テルリド|テルル化物]]、[[ポロニウム化物]]を指すのが一般的である<ref name="Greenwood" />。多くの金属鉱石はカルコゲン化物として存在する。一部の顔料や触媒もカルコゲン化物をベースとしている。金属ジカルコゲン化物[[MoS2|MoS<sub>2</sub>]]は一般的な[[w:Solid_lubricant|固体潤滑剤]]である。{{仮リンク|光伝導性|en|Photoconductivity|label=光伝導性(or光導電性)|preserve=1}}の[[カルコゲン化物ガラス]]は[[ゼログラフィ|ゼログラフィー]]や[[テレビ]]に用いられ、[[シドニー大学]]によって開発された受光素子としてカルコゲン化物を用いる光学処理チップが、[[光ファイバー]]網とコンピュータの間の接続を高速化できる可能性がある<ref>* [http://www.smh.com.au/articles/2008/07/09/1215282927991.html Chip may speed up internet 100 times] Deborah Smith for ''Sydney Morning Herald'' July 10, 2008</ref>。
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== アルカリ金属およびアルカリ土類カルコゲン化物 ==
アルカリ金属およびアルカリ土類金属のモノカルコゲン化物は塩状で、無色で、多くの場合水溶性である。硫化物は加水分解を受けて、[[二硫化物]] (SH<sup>-</sup>) アニオンを含む誘導体を形成する傾向がある。アルカリ金属カルコゲン化物は、反[[蛍石]]構造および[[塩化ナトリウム]]をモチーフにしたアルカリ土類塩構造で結晶化することがよくある。
[[ファイル:Sphalerite-unit-cell-3D-balls.png|左|サムネイル|200x200ピクセル|[[結晶構造|閃亜鉛鉱構造]]は、金属モノカルコゲン化物の一般的なモチーフである。]]
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== 遷移金属カルコゲン化物 ==
遷移金属カルコゲン化物は、多くの化学量論比と構造で起こる<ref name="Vaugn">Vaughan, D. J.; Craig, J. R. "Mineral Chemistry of Metal Sulfides" Cambridge University Press, Cambridge: 1978. {{ISBN|0-521-21489-0}}.</ref>。最も一般的で最も技術的にも重要なのは(しかしながら)1:1や1:2などの単純な化学量論比のカルコゲン化物である。極端な場合には、広範な金属間結合を示す金属リッチ相 (Ta<sub>2</sub>Sなど)<ref>{{cite journal|last1=Hughbanks|first1=Timothy|year=1995|title=Exploring the metal-rich chemistry of the early transition elements|journal=Journal of Alloys and Compounds|volume=229|pages=40–53|doi=10.1016/0925-8388(95)01688-0}}</ref>や、広範なカルコゲン{{Snd}}カルコゲン結合を特徴とするRe<sub>2</sub>S<sub>7</sub>などのカルコゲン化物リッチ材料が含まれる。

これらの材料を分類する目的でカルコゲン化物はジアニオン、つまり[[硫化物|S<sup>2-</sup>]]、[[セレニド|Se<sup>2-</sup>]]、[[テルリド|Te<sup>2-</sup>]]、[[ポロニウム化物|Po<sup>2-</sup>]]として見られることがよくある。事実、その半導体特性が示すように、遷移金属カルコゲン化物は[[共有結合]]性が高く、イオン性ではない<ref name="Vaugn" />。

=== 金属リッチカルコゲン化物 ===
[[ファイル:Nb21S8.png|サムネイル|金属リッチ硫化物Nb<sub>21</sub>S<sub>8</sub>の構造<ref>{{cite journal|author1=Franzen, H.F.|year=1968|title=The crystal structure of Nb<sub>21</sub>S<sub>8</sub>|journal=Acta Crystallographica B|volume=24|issue=3|pages=412–p416|doi=10.1107/S0567740868002463|author2=Beineke, T.A.|author3=Conrad, B.R.}}</ref>。]]
ほとんどのカルコゲン化物では、遷移金属はII以上の酸化状態をとる。にもかかわらず、金属原子の数がカルコゲンよりはるかに多い例がいくつか存在する。このような化合物は通常、広範な金属間結合を持っている<ref>{{cite journal|author=Franzen, Hugo F.|year=1978|title=Structure and Bonding of Metal-Rich Compounds: Pnictides, chalcogenides and halides|journal=Progress in Solid State Chemistry|volume=12|pages=1–39|doi=10.1016/0079-6786(78)90002-X}}</ref>。

=== モノカルコゲン化物 ===
金属モノカルコゲン化物は化学式MEで表され、文字Mには遷移金属が、及びEにはS、Se、Teが当て嵌る。それらは通常、対応する[[硫化亜鉛]]の形態にちなんで命名された、2つのモチーフのいずれか1つに結晶化する。[[閃亜鉛鉱]]構造では、硫化物原子が立方対称に詰め込まれ、Zn<sup>2+</sup>イオンが四面体の穴の半分を占める。その結果、[[w:Diamondoid|ダイヤモンドイド]]の構造になる。モノカルコゲン化物の主な代替構造は[[ウルツ鉱型構造|ウルツ鉱構造]]であり、原子の接続性は類似しているが (四面体)、結晶の対称性は六方晶系である。金属モノカルコゲン化物の3番目のモチーフは[[紅砒ニッケル鉱|ヒ化ニッケル]]格子であり、金属とカルコゲン化物はそれぞれ八面体と三角柱の配位をとる。このモチーフは通常、[[不定比化合物]]の影響を受ける<ref>"Sulfide Mineralogy: Volume 1" Paul H. Ribbe, editor, 1974, Mineralogical Society of America. {{ISBN|0-939950-01-4}}</ref>。

重要なモノカルコゲン化物には、いくつかの[[顔料]]、特に[[硫化カドミウム]]が含まれる。多くの鉱物や鉱石は一硫化物である<ref name="Greenwood2">Greenwood, N. N.; & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd Edn.), Oxford:Butterworth-Heinemann. {{ISBN|0-7506-3365-4}}.</ref>。

=== ジカルコゲン化物 ===
{{表記揺れ案内|ジカルコゲニド|ダイカルコゲナイド}}[[ファイル:Molybdenite-3D-balls.png|サムネイル|最も一般的な金属ジカルコゲン化物であるMoS<sub>2</sub>は層状構造をとる。]]
金属ジカルコゲン化物は化学式ME<sub>2</sub>で表され、文字Mには遷移金属が、及びEにはS、Se、Teが当て嵌る<ref>Wells, A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry, Oxford: Clarendon Press. {{ISBN|0-19-855370-6}}.</ref>。最も重要なメンバーは硫化物である。これらは常に暗色の反磁性固体であり、すべての溶媒に不溶であり、[[半導体]]特性を示す。一部は[[超伝導|超伝導体]]である<ref name=":0">{{Cite web |last=Wood |first=Charlie |date=2022-08-16 |title=Physics Duo Finds Magic in Two Dimensions |url=https://www.quantamagazine.org/physics-duo-finds-magic-in-two-dimensions-20220816/ |access-date=2022-08-22 |website=Quanta Magazine |language=en}}</ref>。

電子構造に関して言えば、これらの化合物は通常、M<sup>4+</sup>の誘導体とみなされ、M<sup>4+</sup>にはTi<sup>4+</sup> (d<sup>0</sup>立体配置)、V<sup>4+</sup> (d<sup>1</sup>立体配置)、Mo<sup>4+</sup> (d<sup>2</sup>立体配置)が当て嵌る。[[二硫化チタン]]は[[リチウム]]による可逆的な[[インターカレーション]]を受ける能力を利用して、二次電池用[[カソード|正極]]の試作品で研究された。二硫化モリブデンは何千もの記事の主題であり、そしてモリブデンの主な鉱石は[[輝水鉛鉱]]と呼ばれる。固体潤滑剤および[[水素化脱硫]]触媒として使用される。対応するジセレン化物、さらにはジテルル化物には、たとえば[[二セレン化チタン|TiSe<sub>2</sub>]]、[[二セレン化モリブデン|MoSe<sub>2</sub>]]、[[セレン化タングステン(IV)|WSe<sub>2</sub>]]などが知られている。

=== 遷移金属 ===
遷移金属ジカルコゲン化物は、通常、[[ヨウ化カドミウム|二ヨウ化カドミウム]]または二硫化モリブデンの構造をとる。CdI<sub>2</sub>モチーフでは、金属は八面体構造を示す。MoS<sub>2</sub>モチーフでは(ジハロゲン化物では観察されないが)金属は三角柱構造を示す<ref name="Greenwood" />。金属とカルコゲン化物配位子との間の強い結合は、層間の弱いカルコゲニド{{snd}}カルコゲニド結合とは対照的である。これらの対照的な結合強度により、これらの材料はアルカリ金属によるインターカレーションに関与する。インターカレーションプロセスには電荷移動が伴い、M(IV)中心がM(III)に還元される。2D(次元)二セレン化タングステンにおける電子と正孔の間の引力は、典型的な3D(次元)半導体よりも数百倍強い<ref name=":0" />。

==== 黄鉄鉱および関連するジスルフィド ====
古典的な金属ジカルコゲン化物とは対照的に、一般的な鉱物である[[黄鉄鉱]]は、通常、Fe<sup>2+</sup>と過硫化物アニオンS<sub>2</sub><sup>2-</sup>から構成されると説明される。ペルスルフィド(過硫化)ジアニオン内の硫黄原子は、短いS-S結合を介して結合している<ref name="Vaugn" />。「後期」遷移金属二硫化物 (Mn、Fe、Co、Ni) は、2つのカルコゲン化物ジアニオンで4+の酸化状態をとる初期の金属 (V、Ti、Mo、W) とは対照的に、ほとんどの場合、黄鉄鉱または関連する[[白鉄鉱]]モチーフをとる。

=== トリカルコゲン化物およびテトラカルコゲン化物 ===
いくつかの金属、主に初期の金属 (Ti、V、Cr、Mn グループ) もトリカルコゲン化物を形成する。これらの材料は通常、{{chem|M|4+|(E|2||2-|)(E|2-|)}} (EにはS、Se、Teが当て嵌る) として記述される。よく知られている例は[[三セレン化ニオブ]]である。アモルファス{{chem|MoS|3}}は、テトラチオモリブデン酸塩([[w:Tetrathiomolybdate]])を酸で処理することによって生成される:

: <chem>{MoS4^{2-}} + 2H+ -> {MoS3} + H2S</chem>

化学式{{chem|VS|4}}を持つ鉱物パトロナイト([[w:Patrónite]])は、金属テトラカルコゲン化物の一例である。結晶学的分析により、この物質はビス(過硫化物)、つまり{{chem|V|4+|,(S|2||2-|)|2}}であると考えられることが示されている<ref name="Vaugn" />。

== 典型元素カルコゲン化物 ==
[[ファイル:Orpiment-unit-cell-3D.png|サムネイル|175x175ピクセル|As<sub>2</sub>S<sub>3</sub> は架橋[[重合体|ポリマー]]であり、As中心とS中心が[[オクテット則]]に従う。]]
カルコゲン誘導体は、希ガスを除くすべての典型元素について知られている。通常それらの化学量論比は、[[硫化ケイ素|SiS<sub>2</sub>]]、[[硫化ホウ素|B<sub>2</sub>S<sub>3</sub>]]、[[硫化アンチモン|Sb<sub>2</sub>S<sub>3</sub>]]のように古典的な原子価の傾向に従う。ただし、[[三硫化四リン|P<sub>4</sub>S<sub>3</sub>]]と[[硫化窒素|S<sub>4</sub>N<sub>4</sub>]]のように多くの例外が存在する。多くの典型物質の構造は、最密充填ではなく、方向性のある共有結合によって決定される<ref name="Greenwood" />。 カルコゲンには、ハロゲン化物、窒化物、酸化物の正の酸化状態が割り当てられる。
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== 関連項目 ==
* [[スタンフォード・ロバート・オブシンスキー#オビトロン]]
** [[相変化メモリ]](PRAM)
* [[カルコゲン]]
** [[ジカルコゲン化炭素]]
** [[カルコゲン化物ガラス]]
** [[カルコゲン化水素]]
* [[負性抵抗]]

== 出典 ==
{{Reflist|refs=
*<ref name=Greenwood>Greenwood, N. N.; & Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd Edn.), Oxford:Butterworth-Heinemann. {{ISBN|0-7506-3365-4}}.</ref>
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== 外部リンク ==
* [http://www.spacemart.com/reports/Tiny_Chip_Demonstrates_Big_Memory_in_Cosmos_999.html Tiny Chip Demonstrates Big Memory in Cosmos] Michael P. Kleiman for ''Air Force Research Laboratory, Space Vehicles Directorate'' (SpaceDaily) Jul 27, 2006
* [http://www.opticsinfobase.org/abstract.cfm?URI=oe-17-4-2182 Breakthrough switching speed with an all-optical chalcogenide glass chip: 640 Gbit/s demultiplexing] Michael Galili, Jing Xu, Hans C. Mulvad, Leif K. Oxenløwe, Anders T. Clausen, Palle Jeppesen, Barry Luther-Davis, Steve Madden, Andrei Rode, Duk-Yong Choi, Mark Pelusi, Feng Luan, and Benjamin J. Eggleton (Optics Express, Vol. 17, Issue 4, pp.&nbsp;2182–2187) February 2, 2009
* Maksym V. Kovalenko, Marcus Scheele, and Dmitri V. Talapin.  "Colloidal Nanocrystals with Molecular Metal Chalcogenide Surface Ligands".  Science 324(12June2009): 1417-1420
* [http://www.theregister.co.uk/2010/02/12/earth_abundant_solar_cells/ Big Blue boffins hatch dirt-cheap solar cells] The Register, 12 February 2010
* [[Impress Watch|PC Watch]]
** 遷移金属ダイカルコゲナイド
*** [https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1448032.html 厚さ原子3個分の半導体で励起子の動きを可視化する技術。筑波大ら開発]{{Snd}}2022年10月17日
*** [https://pc.watch.impress.co.jp/docs/news/1478116.html 産総研ら、2nm以降のロジック半導体の高性能化を実現する技術]{{Snd}}2023年2月13日
*** 【福田昭のセミコン業界最前線】
**** [https://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/semicon/1451752.html TSMCが12月のIEDMでサブnm時代をにらんだトランジスタ技術を発表へ]{{Snd}}2022年10月31日
**** [https://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/semicon/1507283.html NANDフラッシュメモリに続いて大容量DRAMも将来は3次元積層へ]{{Snd}}2023年6月9日
**** [https://pc.watch.impress.co.jp/docs/column/semicon/1555162.html 2,000名近い参加者と過去最高の投稿件数を集めた国際電子デバイス会議(IEDM)]{{Snd}}2023年12月16日
* [[GIGAZINE]]
** {{Chem|link=硫化モリブデン(IV)|MoS|2}}
*** 半導体
**** [https://gigazine.net/news/20190115-mos2-memristor/ ニューロン同士が情報を伝達する仕組みをソフトではなくハードそのもので再現する研究が進んでいる]{{Snd}}2019年{{0}}1月15日
**** [https://gigazine.net/news/20190129-wifi-rectenna/ 受信したWi-Fiを電力に変換するため新素材を使った「レクテナ」をMITが開発]{{Snd}}2019年{{0}}1月29日
**** [https://gigazine.net/news/20190924-graphene-2d-3d/ 世界初の2次元素材であるグラフェンは3次元素材でもあるとの研究結果]{{Snd}}2019年{{0}}9月24日
**** [https://gigazine.net/news/20210216-graphene-microchip/ 次世代素材「グラフェン」製のマイクロチップでPCやスマホを何千倍も高速化できる可能性]{{Snd}}2021年{{0}}2月16日
*** 光触媒
**** 浄水器
***** [https://gigazine.net/news/20160819-water-device-kill-microbes/ 水の中にぽちゃんと落とすだけで殺菌可能な切手サイズの新型デバイスを開発]{{Snd}}2016年{{0}}8月19日
****** [https://gigazine.net/news/20230523-nontoxic-recyclable-powder-can-kill-waterborne-bacteria/ 太陽光を利用して汚染水を迅速に飲料水に変える超高速殺菌剤が誕生、世界人口の30％が救われる革命的進歩]{{Snd}}2023年{{0}}5月23日
**** その他
***** [https://gigazine.net/news/20211122-solar-driven-water-splitting-hydrogen-fuel/ 太陽光のエネルギーを高い変換効率で使いやすい水素に変換する新たな手法が開発される]{{Snd}}2021年11月22日
*** その他
**** [https://gigazine.net/news/20180720-electron-microscope-record-resolution/ 電子顕微鏡の分解能が0.39オングストロームに到達し世界記録が更新される]{{Snd}}2018年{{0}}7月20日
**** [https://gigazine.net/news/20220319-breakthrough-starshot-new-solar-sail/ わずか20年で40兆km以上離れた恒星にマイクロ宇宙船を送りこむ「ブレークスルー・スターショット」の新たな課題は「紙より薄い帆」にあり]{{Snd}}2022年03月19日

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[[Category:カルコゲン化物|*]]
[[Category:アニオン]]