スーパーアトム

化学において、超原子とは、元素原子の性質の一部を示すように見える原子の集合体のことである。 ^{[ 1 ]}超原子の一例として、 Alのクラスターが挙げられる。₁₃ ⁻[ ^{2 ]​}

ナトリウム原子は、蒸気から冷却されると自然に凝縮してクラスターを形成し、そのクラスターは特定の数の原子（2、8、20、40、58など）を優先的に含み、各原子の最外殻電子はクラスター内のすべての原子を包含する軌道に入ります。この新しい数え方では、超原子は化学的に、電子の閉殻を持つことができるような挙動を示す傾向があります。

スーパーハロゲンは、電子親和力が最も高い塩素（3.62  eV）よりも高い電子親和力を持つ原子クラスターです。この概念は、 1981年にゲンナジー・L・グツェフとアレクサンダー・I・ボルディレフによって初めて定式化されました。 ^{[ 3 ] [ 4 ]} 1999年に初めて明確に実験的に同定され、この分野でその後の研究の波を引き起こしました。^{[ 5 ]}

超アルカリは、イオン化エネルギーが最も低い原子であるセシウム（3.89 eV）よりもイオン化エネルギーが低い原子クラスターです 。この概念は、1982年にグツェフとボルドリエフによって初めて定式化されました。^{[ 6 ] [ 7 ]}

特定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、ヘリウムガス中でアニオン（Al ⁻ _n 、 n = 1、2、3、…）として生成され、ヨウ素を含むガスと反応する。質量分析法で分析すると、主な反応生成物の1つはAlであることが判明する。₁₃ I ⁻[ ^{8 ]余分な電子が1つ加わった13個のアルミニウム原子のこれらのクラスターは、}同じガス流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ます。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ます。^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]} Alのクラスター成分₁₃ I ⁻イオンはヨウ化物イオン、あるいは臭化物イオンに似ている。関連するAl₁₃ I ⁻ ₂クラスターは、化学的には三ヨウ化物と同様の挙動を示すと予想される。 ^{[ 8 ]}

同様に、アル42個の電子（魔法数より2個多い）を持つ_14個のクラスターは、通常+2価のアルカリ土類金属、Al ⁻ ₁₄クラスターに少なくとも3個のヨウ素原子が結合している場合にのみ発生することが知られています。₁₄ I ⁻ ₃。陰イオンクラスターには合計 43 個の移動電子がありますが、3 つのヨウ素原子がそれぞれ移動電子を 1 つずつ取り除くため、ジェリウム殻には 40 個の電子が残ります。 ^{[ 13 ] [ 14 ]}

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、特に簡単で信頼性が高い。他の方法も容易に利用可能であり、魔法の数は 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^{[ 15 ] 。}

• アル₇ = その性質はゲルマニウム原子に似ている。
• アル₁₃ = その性質はハロゲン原子、より具体的には塩素。
  • アル₁₃ I ⁻ _x、ただしx= 1–13。 ^{[ 16 ]}
• アル₁₄ = その性質はアルカリ土類金属。
  • アル₁₄ I ⁻ _x、ただしx= 1–14。 ^{[ 16 ]}
• アル₂₃
• アル₃₇
• アル₅ O ⁻ ₄ ^{[ 17 ]}

• Li(HF) ₃ Li = (HF) _{3 の}内部では、Li からの 2 つの価電子が、原子核であるかのように分子全体を周回します。^{[ 18 ]}
• Li(NH ₃ ) ₄ = はLi(NH ₃ ) + 4コアの周りを 1 つの拡散電子が軌道を描いて回っており、アルカリ金属原子を模倣している。^{[ 19 ] [ 20 ]}
• Be(NH ₃ ) ₄ = は、Be(NH ₃ ) 2+ 4コアの周りを 2 つの拡散電子が軌道を描いて回っており、He 原子を模倣している。^{[ 21 ] [ 20 ]}

• VSi ₁₆ F = はイオン結合を持つ。^{[ 22 ]}
• 13個の白金原子のクラスターは、白金自体よりもはるかに強い常磁性を示すようになる。 ^{[ 23 ]}

スーパーアトム錯体は、有機配位子によって安定化された金属コアを組み込んだ特殊なスーパーアトム群です。チオラート保護された金クラスター錯体では、単純な電子計数規則を用いて、魔法数_に対応する全電子数（ ne）を決定することができます。

${\displaystyle n_{e}=N\nu _{A}-Mz}$

ここで、Nはコア内の金属原子 (A) の数、vは原子価、Mは電子吸引性配位子の数、zは錯体の全体電荷です。^{[ 24 ]}例えば、Au ₁₀₂ (p-MBA) ₄₄は 58 個の電子を持ち、閉殻魔法数に対応します。^{[ 25 ]}

• ボーズ・アインシュタイン凝縮体
• 連結
• 金属の芳香族性
• 量子ドット

• 「Designer Magnetic Superatoms」、JU Reveles、他。 2009土井: 10.1038/nchem.249
• 「リガンド保護金クラスターの超原子錯体としての統一的見解」、M. Walter 他、2008年、doi : 10.1073/pnas.0801001105
• 「金超原子錯体」、PD Jadzinsky 他、2007年、doi : 10.1126/science.11​​48624
• 「多重価電子超原子」、JU Reveles、SN Khanna、PJ Roach、AW Castleman Jr.、2006年、doi : 10.1073/pnas.060878110