KOPPARSULFID: STRUKTUR, EGENSKAPER, ANVÄNDNINGSOMRÅDEN - KEMI - 2026

Den kopparsulfid är en familj av oorganiska föreningar, vars allmänna formel är Cu kemi _x S _och . Om x är större än y betyder det att nämnda sulfid är rikare på koppar än svavel; och om tvärtom x är mindre än y, är svaveln rikare på svavel än i koppar.

I naturen dominerar många mineraler som representerar naturliga källor till denna förening. Nästan alla av dem är rikare på koppar än svavel, och deras sammansättning uttrycks och förenklas med formeln Cu _x S; här kan x till och med ta fraktionsvärden, vilket indikerar ett icke-stökiometriskt fast ämne (till exempel Cu _1,75 S).

Ett prov av kovellitmineral, en av de många naturliga källorna till kopparsulfid. Källa: James St. John

Även om svavel är gul i sitt elementära tillstånd, har dess härledda föreningar mörka färger; Detta är också fallet med kopparsulfid. Mineralen covelite (toppbild), som huvudsakligen består av CuS, uppvisar dock metalliskt glans och blåaktig irisercens.

De kan framställas från olika källor av koppar och svavel med olika tekniker och varierande syntesparametrar. Således kan du få CuS-nanopartiklar med intressanta morfologier.

Struktur av kopparsulfid

länkar

Denna förening har utseendet av att vara kristallin, så det kan omedelbart trodde att den är sammansatt av joner Cu ⁺ (monovalent koppar), Cu ²⁺ (tvåvärd koppar), S ^2- och, inklusive, S ₂ ^- och S ₂ ^{2 -} (disulfidanjoner), som interagerar genom elektrostatiska krafter eller jonbindning.

Det finns emellertid en liten kovalent karaktär mellan Cu och S, och därför kan inte Cu-S-bindningen uteslutas. Från detta resonemang börjar kristallstrukturen hos CuS (och den av alla dess härledda fasta ämnen) att skilja sig från de som finns eller kännetecknas av andra joniska eller kovalenta föreningar.

Med andra ord kan vi inte tala om rena joner, utan snarare att mitt i deras attraktioner (katjon-anjon) finns det en liten överlappning mellan deras externa orbitaler (elektrondelning).

Koordinationer i la covelita

Kristallstruktur av covellite. Källa: Benjah-bmm27.

Med det ovan nämnda, visas kristallstrukturen hos coveliten i den övre bilden. Den består av hexagonala kristaller (definieras av parametrarna för deras enhetsceller), i vilka jonerna förenas och orienterar sig i olika koordinationer; dessa är, med ett varierat antal nära grannar.

På bilden representeras kopparjoner av rosa sfärer, medan svaveljoner representeras av gula sfärer.

Fokusera först på de rosa sfärerna och det kommer att noteras att vissa är omgiven av tre gula sfärer (trigonalplankoordination) och andra av fyra (tetraedralkoordinering).

Den första typen av koppar, trigonal, kan identifieras i planen vinkelrätt mot de sexkantiga ytorna som vetter mot läsaren, där den andra koltypen, tetraedral, är i tur och ordning.

Vänder sig nu till de gula sfärerna, några har fem rosa sfärer som grannar (trigonal bipyramid-koordination), och andra tre och en gul sfär (igen, tetraedrisk koordination); I det senare står vi inför disulfidanjonen, som kan ses nedan och inom samma struktur som coveliten:

Tetrahedral koordinering av disulfidanjonen i covellite. Källa: Benjah-bmm27.

Alternativ formel

Det finns då joner Cu ²⁺ , Cu ⁺ , S ^2- och S ₂ ^2- . Studier utförda med röntgenfotoelektronspektroskopi (XPS) indikerar emellertid att all koppar är som Cu ⁺ -kationer ; och därför, den initiala formeln CuS, uttrycks "bättre" som (Cu ⁺ ) ₃ (S ^2- ) (S ₂ ) ^- .

Observera att Cu: S-förhållandet för ovanstående formel förblir 1 och dessutom avbryter avgifterna.

Andra kristaller

En kopparsulfid kan anta ortorombiska kristaller, som i polymorf, γ-Cu ₂ S, av kopparglans; kubisk, som i en annan polymorf av kopparglans, α-Cu ₂ S; tetragonal, i mineralaniliten, Cu _1,75 S; monokliniker, bland djurleite, Cu _1,96 S, bland andra.

För varje definierad kristall finns det ett mineral, och i sin tur har varje mineral sina egna egenskaper och egenskaper.

Egenskaper

Allmän

Egenskaperna hos kopparsulfid är föremål för Cu: S-förhållandet för dess fasta ämnen. Till exempel, de som före S ₂ ^2- anjoner har hexagonala strukturer, och kan vara antingen halvledare eller metalledare.

Om svavelhalten å andra sidan endast består av ^S2- anjoner , uppträder sulfiderna som halvledare och uppvisar också jonledningsförmåga vid höga temperaturer. Detta beror på att dess joner börjar vibrera och röra sig inom kristallerna och därmed bära elektriska laddningar.

Optiskt, även om det också beror på deras koppar- och svavelsammansättning, kan sulfider absorbera strålning i det infraröda området i det elektromagnetiska spektrumet. Dessa optiska och elektriska egenskaper gör det till potentiella material som kan implementeras i olika enheter.

En annan variabel att ta hänsyn till, förutom Cu: S-förhållandet, är storleken på kristallerna. Det är inte bara att det finns mer "svavel" eller "coppery" kopparsulfider, utan dimensionerna på deras kristaller ger en exakt effekt på deras egenskaper; Således är forskare ivriga att studera och söka applikationer för Cu _x S _y nanopartiklar .

Covelite

Varje mineral- eller kopparsulfid har unika egenskaper. Men av alla är covelite det mest intressanta ur strukturell och estetisk synvinkel (på grund av dess iridescens och blåtoner). Därför nämns några av dess egenskaper nedan.

Molmassa

95,611 g / mol.

Densitet

4,76 g / ml.

Smältpunkt

500 ° C; men det går sönder.

Vattenlöslighet

3,3 · 10 ^-5 g / 100 ml vid 18 ° C

tillämpningar

Nanopartiklar i medicin

Storleken på partiklarna varierar inte bara tills de når nanometriska dimensioner, utan också deras morfologier kan variera kraftigt. Således kan kopparsulfid bilda nanosfärer, stänger, plattor, tunna filmer, burar, kablar eller rör.

Dessa partiklar och deras attraktiva morfologier får individuella tillämpningar inom olika medicinområden.

Till exempel kan nanocages eller tomma sfärer tjäna som läkemedelsbärare i kroppen. Nanosfärer har använts med stöd av kolglaselektroder och kolananorör för att fungera som glukosdetektorer; liksom dess aggregat är känsliga för detektering av biomolekyler såsom DNA.

CuS-nanorör överträffar nanosfärer när det gäller att upptäcka glukos. Förutom dessa biomolekyler har immunosensorer utformats av tunna CuS-filmer och vissa stöd för detektering av patogener.

Nanokristaller och amorfa aggregat av CuS kan till och med orsaka apoptos av cancerceller utan att orsaka skada på friska celler.

Nanovetenskap

I föregående underavsnitt sades att dess nanopartiklar har varit en del av biosensorer och elektroder. Förutom sådana användningar har forskare och tekniker också utnyttjat dess egenskaper för att utforma solceller, kondensatorer, litiumbatterier och katalysatorer för mycket specifika organiska reaktioner; Oundgängliga element i nanovetenskapen.

Det är också värt att nämna att när NpCuS-CA-uppsättningen (CA: Activated Carbon och Np: Nanoparticles) stöds på aktivt kol visade sig fungera som en avlägsnande av färgämnen som är skadliga för människor och fungerar därför som en renare av källor till vattenabsorberande oönskade molekyler.

referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi. (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Kopparsulfid. Återställd från: en.wikipedia.org
3. Ivan Grozdanov och Metodija Najdoski. (nittonhundranittiofem). Optiska och elektriska egenskaper hos kopparsulfidfilmer med variabel sammansättning. Journal of Solid State Chemistry Volym 114, nummer 2, 1 februari 1995, sidorna 469-475. doi.org/10.1006/jssc.1995.1070
4. National Center for Biotechnology Information. (2019). Kopparsulfid (CuS). PubChem-databas. CID = 14831. Återställd från: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Peter A. Ajibade och Nandipha L. Botha. (2017). Syntes, optiska och strukturella egenskaper
6. av kopparsulfid-nanokristaller från enstaka molekylförstadier. Institutionen för kemi, University of Fort Hare, Private Bag X1314, Alice 5700, Sydafrika. Nanomaterial, 7, 32.
7. Samarbete: Författare och redaktörer av volymerna III / 17E-17F-41C (nd). Kopparsulfider (Cu2S, Cu (2-x) S) kristallstruktur, gitterparametrar. I: Madelung O., Rössler U., Schulz M. (eds) Non-Tetrahedrally Bonded Elements and Binary Compounds I. Landolt-Börnstein- Group III Condensed Matter (Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology), vol 41C. Springer, Berlin, Heidelberg.
8. Momtazan, F., Vafaei, A., Ghaedi, M. et al. Koreanska J. Chem. Eng. (2018). Användning av kopparsulfid-nanopartiklar laddade aktivt kol för samtidig adsorption av ternära färgämnen: Metod för responsyta. 35: 1108. doi.org/10.1007/s11814-018-0012-1
9. Goel, S., Chen, F., & Cai, W. (2014). Syntes och biomedicinska tillämpningar av kopparsulfid-nanopartiklar: från sensorer till theranostics. Liten (Weinheim an der Bergstrasse, Tyskland), 10 (4), 631–645. doi: 10.1002 / smll.201301174