KUPRASULFIDI: RAKENNE, OMINAISUUDET, KÄYTTÖ - KEMIA - 2026

Kuparisulfidi on perheen epäorgaanisia yhdisteitä, joiden yleinen kaava on Cu kemia _x S _ja. Jos x on suurempi kuin y, se tarkoittaa, että mainittu sulfidi on rikkaampaa kuparissa kuin rikki; ja jos päinvastoin, x on pienempi kuin y, niin rikki on rikkiä rikkaampaa kuin kuparin.

Luonnossa vallitsee lukuisia mineraaleja, jotka edustavat tämän yhdisteen luonnollisia lähteitä. Lähes kaikki niistä ovat rikkaampia kuparia kuin rikkiä, ja niiden koostumus ilmaistaan ​​ja yksinkertaistetaan kaavalla Cu _x S; tässä x voi ottaa jopa murto-arvot, jotka osoittavat ei-stökiometrisen kiinteän aineen (esimerkiksi Cu _1,75 S).

Näyte covellite mineraalista, joka on yksi monista luonnollisista kuparisulfidin lähteistä. Lähde: James St. John

Vaikka rikki on alkuvaiheessaan keltaista, sen johdannaisilla on tummat värit; Näin on myös kuparisulfidilla. Pääasiassa CuS: stä koostuvassa mineraalikoveliitissa (yläkuva) on kuitenkin metallista kiiltoa ja sinertävää ihoa.

Ne voidaan valmistaa erilaisista kuparin ja rikin lähteistä käyttämällä erilaisia ​​tekniikoita ja vaihtamalla synteesiparametreja. Siten voit saada CuS-nanohiukkasia, joilla on mielenkiintoisia morfologioita.

Kuparisulfidin rakenne

Linkit

Tämä yhdiste on ulkonäkö on kiteistä, niin sitä voidaan heti ajatella koostuessa ionien Cu ⁺ (yksivalenssinen kupari), Cu ²⁺ (kaksiarvoisen kuparin), S ^-2- ja, mukaan lukien, S ₂ ^- ja S ₂ ^{2 -} (disulfidianionit), jotka ovat vuorovaikutuksessa sähköstaattisten voimien tai ionisen sidoksen kautta.

Cu: n ja S: n välillä on kuitenkin lievä kovalenttinen luonne, joten Cu-S-sidosta ei voida sulkea pois. Tästä päätelmästä CuS: n (ja kaikkien siitä johdettujen kiinteiden aineiden) kiderakenne alkaa erota niistä, jotka on löydetty tai karakterisoitu muille ionisille tai kovalenttisille yhdisteille.

Toisin sanoen, emme voi puhua puhtaista ioneista, vaan pikemminkin siitä, että heidän nähtävyyksiensä (kationianioni) keskellä on pieni päällekkäisyys heidän ulkoisissa kiertorajoissaan (elektronien jakaminen).

Koordinoinnit la covelitassa

Kvelliitin kiderakenne. Lähde: Benjah-bmm27.

Edellä mainitun jälkeen koveliitin kiderakenne on esitetty yläkuvassa. Se koostuu kuusikulmaisista kiteistä (määritelty yksikkökennojen parametreilla), joissa ionit yhdistyvät ja orientoituvat eri koordinaateissa; näillä on moninainen lukumäärä lähinaapureita.

Kuvassa kupari-ioneja edustavat vaaleanpunaiset pallot, kun taas rikki-ionit edustavat keltaisia ​​palloja.

Keskittymällä ensin vaaleanpunaisiin palloihin, todetaan, että osaa ympäröi kolme keltaista palloa (trigonaalitasokoordinaatio) ja toisia neljä (neliömäinen koordinaatio).

Ensimmäinen kuparityyppi, trigonaalinen, voidaan tunnistaa tasoista, jotka ovat kohtisuorassa lukijaa kohti oleviin kuusikulmaisiin pintoihin, joissa toisen tyyppinen hiili, tetraedrinen, on puolestaan.

Siirryttäessä nyt keltaisiin palloihin, joillakin on viisi vaaleanpunaista palloa naapureina (trigonaalinen bipyramidikoordinaatio), ja toisissa kolme ja keltainen pallo (jälleen tetraedrinen koordinaatio); Jälkimmäisessä kohtaamme disulfidi-anionin, joka näkyy koveliitin samassa rakenteessa ja alapuolella:

Disulfidi-anionin tetraedrinen koordinaatio covelliitissä. Lähde: Benjah-bmm27.

Vaihtoehtoinen kaava

On sitten ionit Cu ²⁺, Cu ⁺, S ^-2- ja S ₂ ^2-. Röntgen-fotoelektronispektroskopialla (XPS) suoritetut tutkimukset kuitenkin osoittavat, että kaikki kupari on Cu ⁺ -kationeina; ja siksi, alkuperäisen kaavan CuS, ilmaistaan "parempi" kuten (Cu ⁺) ₃ (S ^2-) (S ₂) ^-.

Huomaa, että Cu: S -suhde yllä olevalle kaavalle on edelleen 1, ja lisäksi veloitukset peruutetaan.

Muut kiteet

Kupari-sulfidi voidaan hyväksyä ortorombisen kiteitä, kuten polymorfi, γ-Cu ₂ S, ja kalkosiitin; kuutiometriä, kuten toinen polymorfi kalkosiitti, α-Cu ₂ S; tetragonaalinen, mineraalianiliitissa, Cu _1,75 S; monoklinikat, muun muassa djurleiitissa, Cu _1,96 S.

Jokaisella määritellyllä kidellä on mineraali, ja puolestaan ​​jokaisella mineraalilla on omat ominaisuudet ja ominaisuudet.

ominaisuudet

yleinen

Kuparisulfidin ominaisuudet riippuvat sen kiintoaineiden Cu: S-suhteesta. Esimerkiksi ne, jotka esillä oleva S ₂ ^2- anioneja on kuusikulmainen rakenteita, ja voivat olla joko puolijohteita tai metallinen johtimia.

Jos toisaalta, rikkipitoisuus koostuu ainoastaan S ^-2- anioneja, sulfidit käyttäytyvät kuten puolijohteiden, ja myös esillä oleva ioninen johtavuus korkeissa lämpötiloissa. Tämä johtuu siitä, että sen ionit alkavat värähtellä ja liikkua kiteiden sisällä kuljettaen siten sähkövarauksia.

Optisesti, vaikka se riippuu myös niiden kupari- ja rikkikoostumuksesta, sulfidit saattavat absorboida säteilyä sähkömagneettisen spektrin infrapuna-alueella. Nämä optiset ja sähköiset ominaisuudet tekevät siitä potentiaalisia materiaaleja toteutettaviksi erilaisille laitealueille.

Toinen huomioon otettava muuttuja Cu: S-suhteen lisäksi on kiteiden koko. Ei vain, että on enemmän "rikki" tai "kopio" kuparisulfideja, vaan niiden kiteiden mitat antavat epätarkkoja vaikutuksia niiden ominaisuuksiin; Siksi tutkijat etsivät ja etsivät sovelluksia Cu _x S _y -nanohiukkasille.

Covelite

Jokaisella mineraalilla tai kuparisulfidilla on ainutlaatuiset ominaisuudet. Kaikista niistä covelite on kuitenkin kiinnostavin rakenteellisesta ja esteettisestä näkökulmasta (johtuen sen irinesenssista ja sinisistä sävyistä). Siksi jotkut sen ominaisuuksista mainitaan alla.

Moolimassa

95,611 g / mol.

Tiheys

4,76 g / ml.

Sulamispiste

500 ° C; mutta se hajoaa.

Vesiliukoisuus

3,3 · 10 - ⁵ g / 100 ml 18 ° C: ssa.

Sovellukset

Nanohiukkaset lääketieteessä

Hiukkasten koko ei vain vaihtele, kunnes ne saavuttavat nanometriset mitat, vaan myös niiden morfologiat voivat vaihdella suuresti. Siten kuparisulfidi voi muodostaa nanopalloja, tankoja, levyjä, ohutkalvoja, häkejä, kaapeleita tai putkia.

Nämä hiukkaset ja niiden houkuttelevat morfologiat saavat yksittäisiä sovelluksia lääketieteen eri aloilla.

Esimerkiksi nanokortit tai tyhjät pallot voivat toimia huumeiden kantajina kehossa. Nanopalloja on käytetty hiililasielektrodien ja hiilinanoputkien tukemana toimimaan glukoosinilmaisimina; samoin kuin sen aggregaatit ovat herkkiä biomolekyylien, kuten DNA: n, havaitsemiselle.

CuS-nanoputket ovat parempia kuin nanopallot glukoosin havaitsemisessa. Näiden biomolekyylien lisäksi ohuista CuS-kalvoista ja tietyistä alustoista on suunniteltu immunosensoreita patogeenien havaitsemiseksi.

Nanokiteet ja amorfiset CuS-aggregaatit voivat jopa aiheuttaa syöpäsolujen apoptoosia vahingoittamatta terveitä soluja.

Nanoscience

Edellisessä osiossa sanottiin, että sen nanohiukkaset ovat olleet osa biosensoreita ja elektrodeja. Tällaisten käyttötarkoitusten lisäksi tutkijat ja teknikot ovat hyödyntäneet sen ominaisuuksia myös suunnittelemalla aurinkokennot, kondensaattorit, litiumparistot ja katalyytit erittäin spesifisiin orgaanisiin reaktioihin; Nanotieteen välttämättömät elementit.

On myös syytä mainita, että NpCuS-CA-setti (CA: aktiivihiili ja Np: nanohiukkaset), kun sitä tuettiin aktiivihiilellä, osoittautui toimivan ihmisille haitallisten väriaineiden poistoaineena ja toimii siten siksi, että se puhdistaa lähteiden lähteitä. vettä imevät ei-toivotut molekyylit.

Viitteet

1. Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Kuparisulfidi. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
3. Ivan Grozdanov ja Metodija Najdoski. (tuhatyhdeksänsataayhdeksänkymmentäviisi). Muuttuvan koostumuksen kuparisulfidikalvojen optiset ja sähköiset ominaisuudet. Journal of Solid State Chemistry, osa 114, numero 2, 1. helmikuuta 1995, sivut 469-475. doi.org/10.1006/jssc.1995.1070
4. Kansallinen bioteknologiatietokeskus. (2019). Kuprasulfidi (CuS). PubChem-tietokanta. CID = 14831. Palautettu: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Peter A. Ajibade ja Nandipha L. Botha. (2017). Synteesi, optiset ja rakenteelliset ominaisuudet
6. kuparisulfid nanokiteitä yksimolekyylisistä esiasteista. Kemian laitos, Fort Hare University, Yksityinen laukku X1314, Alice 5700, Etelä-Afrikka. Nanomateriaalit, 7, 32.
7. Yhteistyö: Nide III / 17E-17F-41C (nd) tekijät ja toimittajat. Kuprasulfidien (Cu2S, Cu (2-x) S) kiderakenne, hilaparametrit. Julkaisussa: Madelung O., Rössler U., Schulz M. (toim.) Ei-tetraedraalisesti sitoutuneet elementit ja binaariset yhdisteet I. Landolt-Börnstein - ryhmän III tiivistetty aine (numeeriset tiedot ja funktionaaliset suhteet tieteessä ja tekniikassa), osa 41C. Springer, Berliini, Heidelberg.
8. Momtazan, F., Vafaei, A., Ghaedi, M. et ai. Korean J. Chem. Eng. (2018). Kuparisulfidiananohiukkasten käyttö aktiivihiilellä ternaarivärien samanaikaiseen adsorptioon: Vastepinnan menetelmä. 35: 1108. doi.org/10.1007/s11814-018-0012-1
9. Goel, S., Chen, F., ja Cai, W. (2014). Kuparisulfidinanohiukkasten synteesi ja biolääketieteelliset sovellukset: antureista Theranosticsiin. Pieni (Weinheim an der Bergstrasse, Saksa), 10 (4), 631–645. doi: 10.1002 / smll.201301174