Sulfuro de plata: qué es, estructura, propiedades, nomenclatura, usos
¿Qué es el sulfuro de plata?
El sulfuro de plata es un compuesto inorgánico cuya fórmula química es Ag2S. Consiste en un sólido negro-grisáceo formado por cationes Ag+ y aniones S2- en una proporción 2:1. El S2- es muy afín al Ag+, debido a que ambos son iones blandos y logran estabilizarse uno con el otro.
Los adornos de plata tienden a oscurecerse, perdiendo su lustre característico. El cambio de color no es producto de la oxidación de la plata, sino de su reacción con el sulfuro de hidrógeno presente en el ambiente a bajas concentraciones; este puede provenir de la putrefacción o degradación de plantas, animales o alimentos ricos en azufre.
El H2S, cuya molécula porta un átomo de azufre, reacciona con la plata de acuerdo a la siguiente ecuación química: 2Ag(s) + H2S(g) => Ag2S(s) + H2(g).
Por lo tanto, el Ag2S es el responsable de las capas negras formadas sobre la plata. Sin embargo, en la naturaleza este sulfuro puede encontrarse también en los minerales acantita y argentita.
Estos dos minerales se distinguen de muchos otros por sus cristales negros y brillantes, como el del sólido de la imagen superior.
El Ag2S presenta estructuras polimórficas, propiedades electrónicas y optoelectrónicas atractivas, es semiconductor y promete ser un material para la elaboración de dispositivos fotovoltaicos, como las celdas solares.
Estructura del sulfuro de plata
En la imagen superior se ilustra la estructura cristalina del sulfuro de plata. Las esferas azules corresponden a los cationes Ag+, mientras que las amarillas a los aniones S2-.
El Ag2S es polimórfico, lo que significa que puede adoptar varios sistemas cristalinos bajo ciertas condiciones de temperatura, mediante una transición de fase.
Es decir, los iones se reacomodan de tal manera que el incremento de temperatura y las vibraciones del sólido no perturben el equilibrio electrostático de atracción-repulsión. Cuando esto sucede se dice que hay una transición de fase, y el sólido exhibe, por tanto, nuevas propiedades físicas (como lustre y color).
El Ag2S a temperaturas normales (inferiores a los 179° C), tiene estructura cristalina monoclínica (α- Ag2S). Además de esta fase sólida existen otras dos: la bcc (cúbica centrada en el cuerpo) entre 179 a 586° C, y la fcc (cúbica centrada en las caras) a temperaturas muy elevadas (δ- Ag2S).
El mineral argentita consiste de la fase fcc, también conocida como β-Ag2S. Una vez enfriado y transformado en acantita, prevalecen combinados sus rasgos estructurales.
Por lo tanto, coexisten ambas estructuras cristalinas: la monoclínica y la bcc. De aquí que surjan sólidos negros con visos brillantes e interesantes.
Propiedades del sulfuro de plata
Peso molecular
247.80 g/mol.
Aspecto
Cristales negros grisáceos.
Olor
Inodoro.
Punto de fusión
836° C. Este valor concuerda con el hecho de que el Ag2S es un compuesto con poco carácter iónico y, por tanto, funde a temperaturas inferiores de los 1.000° C.
Solubilidad
En agua apenas 6.21∙10-15 g/L a 25° C. Es decir, es despreciable la cantidad del sólido negro que se solubiliza. Esto, nuevamente, se debe al poco carácter polar del enlace Ag-S, donde no existe una diferencia significativa de electronegatividad entre ambos átomos.
Asimismo, el Ag2S es insoluble en todos los solventes. Ninguna molécula logra separar eficientemente sus capas cristalinas en iones Ag+ y S2- solvatados.
Estructura
En la imagen de la estructura también pueden apreciarse cuatro capas de enlaces S-Ag-S, las cuales se desplazan unas sobre otras cuando el sólido se somete a comprensión. Este comportamiento significa que, pese a ser un semiconductor, es dúctil como muchos metales a temperatura ambiente.
Las capas S-Ag-S calzan adecuadamente por sus geometrías angulares, las cuales se observan como un zigzag. Al haber una fuerza de comprensión, estas se mueven sobre un eje de desplazamiento provocando así nuevas interacciones no covalentes entre los átomos de plata y el azufre.
Índice de refracción
2.2.
Constante dieléctrica
6.
Electrónicas
El Ag2S es un semiconductor anfotérico, esto es, se comporta como si fuera del tipo n y del tipo p. Además no es quebradizo, por lo que ha sido objeto de estudio para su aplicación en dispositivos electrónicos.
Reacción de reducción
El Ag2S puede reducirse a plata metálica bañando las piezas negras con agua caliente, NaOH, aluminio y sal. La siguiente reacción toma lugar:
3Ag2S(s) + 2Al(s) + 3H2O(l) => 6Ag(s) + 3H2S(ac) + Al2O3(s)
Nomenclatura del sulfuro de plat
La plata, cuya configuración electrónica es [Kr]4d105s1, puede perder únicamente un electrón: el de su orbital más externo 5s. Así, el catión Ag+ queda con una configuración electrónica [Kr]4d10. Por lo tanto, tiene valencia única de +1, lo cual determina cómo deben llamarse sus compuestos.
El azufre, por otro lado, tiene configuración electrónica [Ne]3s23p4, y necesita de dos electrones para completar su octeto de valencia. Cuando gana estos dos electrones (de la plata), se transforma en el anión sulfuro, S2-, con configuración [Ar]. Es decir, es isoelectrónico al gas noble argón.
De modo que el Ag2S debe llamarse de acuerdo a las siguientes nomenclaturas:
Sistemática
Monosulfuro de diplata. Aquí se considera el número de átomos de cada elemento y se señalan con los prefijos de numeradores griegos.
Stock
Sulfuro de plata. Al tener valencia única de +1, no se especifica con números romanos entre paréntesis: sulfuro de plata (I); lo cual es incorrecto.
Tradicional
Sulfuro argéntico. Como la plata “trabaja” con valencia de +1, se le agrega el sufijo –ico a su nombre argentum en latín.
Usos del sulfuro de plata
Algunos de los usos novedosos para el Ag2S son los que siguen a continuación:
- Las soluciones coloidades de sus nanopartículas (con diferentes tamaños), tienen actividad antibacteriana, no son tóxicas y, por lo tanto, pueden emplearse en los campos de la medicina y la biología.
- Sus nanopartículas pueden formar lo que se conoce como puntos cuánticos. Estos absorben y emiten radiación con mayor intensidad que muchas moléculas orgánicas fluorescentes, por lo que pueden suplantar a estas últimas como marcadores biológicos.
- Las estructuras del α-Ag2S hacen que exhiba propiedades electrónicas llamativas para utilizarse como celdas solares. Asimismo, representa un punto de partida para la síntesis de nuevos materiales termoeléctricos y sensores.
Referencias
- Mark Peplow (17 de abril de 2018). Semiconductor silver sulfide stretches like metal. Tomado de: cen.acs.org
- Wikipedia (2018). Silver sulfide. Tomado de: en.wikipedia.org
- Stanislav I. Sadovnikov & col. (Julio de 2016). Ag2S silver sulfide nanoparticles and colloidal solutions: Synthesis and properties. Tomado de: sciencedirect.com
- Azo Materials (2018). Silver Sulfide (Ag2S) Semiconductors. Tomado de: azom.com
- UMassAmherst (2011). Lecture Demonstrations: cleaning tarnished silver. Tomado de: lecturedemos.chem.umass.edu
- Study (2018). What is Silver Sulfide? – Chemical Formula & Uses. Tomado de: study.com