KOBBERSULFID: STRUKTUR, EGENSKABER, ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den kobbersulfid er en familie af uorganiske forbindelser, hvis almene formel er Cu kemi _x S _og. Hvis x er større end y, betyder det, at sulfidet er rigere på kobber end på svovl; og hvis tværtimod x er mindre end y, er svovlen rigere på svovl end i kobber.

I naturen dominerer adskillige mineraler, der repræsenterer naturlige kilder til denne forbindelse. Næsten alle af dem er rigere på kobber end svovl, og deres sammensætning udtrykkes og forenkles med formlen Cu _x S; her kan x endda tage fraktionsværdier, hvilket indikerer et ikke-støkiometrisk fast stof (for eksempel Cu _1,75 S).

En prøve af covellitmineral, en af ​​de mange naturlige kilder til kobbersulfid. Kilde: James St. John

Selvom svovl er gul i sin grundtilstand, har dens afledte forbindelser mørke farver; Dette er også tilfældet med kobbersulfid. Mineral covelite (øverste billede), der primært er sammensat af CuS, udviser imidlertid metallisk glans og blålig iridescens.

De kan fremstilles fra forskellige kilder til kobber og svovl under anvendelse af forskellige teknikker og varierende synteseparametre. Således kan du få CuS-nanopartikler med interessante morfologier.

Struktur af kobbersulfid

Links

Denne forbindelse har udseende af at være krystallinsk, så det kan tænkte straks at det er sammensat af ioner Cu ⁺ (monovalent kobber), Cu ²⁺ (divalent kobber), S ^2- og inklusive, S ₂ ^- og S ₂ ^{2 -} (disulfid-anioner), som interagerer gennem elektrostatiske kræfter eller ionisk binding.

Der er imidlertid en let kovalent karakter mellem Cu og S, og derfor kan ikke Cu-S-bindingen udelukkes. Fra denne begrundelse begynder krystallstrukturen af ​​CuS (og strukturen for alle dens afledte faste stoffer) at adskille sig fra dem, der findes eller er karakteriseret for andre ioniske eller kovalente forbindelser.

Med andre ord kan vi ikke tale om rene ioner, men snarere at der midt i deres attraktioner (kation-anion) er en lille overlapning af deres eksterne orbitaler (elektronisk deling).

Koordinationer i la covelita

Krystallstruktur af covellit. Kilde: Benjah-bmm27.

Når det er sagt, er covelitets krystalstruktur vist i det øverste billede. Det består af hexagonale krystaller (defineret af parametrene for deres enhedsceller), hvor ionerne forenes og orienterer sig i forskellige koordinationer; disse er med et varieret antal nære naboer.

På billedet er kobberioner repræsenteret af lyserøde kugler, mens svovlioner er repræsenteret med gule kugler.

Fokuser først på de lyserøde kugler, det skal bemærkes, at nogle er omgivet af tre gule kugler (trigonalplankoordination) og andre af fire (tetrahedral koordinering).

Den første type kobber, trigonal, kan identificeres i flyene vinkelret på de sekskantede flader, der vender mod læseren, hvor den anden type kulstof, tetrahedral, er i sving.

Med henvisning til de gule kugler har nogle fem lyserøde sfærer som naboer (trigonal bipyramid-koordinering) og andre tre og en gul kugle (igen, tetrahedrisk koordinering); I sidstnævnte står vi over for disulfid-anionen, som kan ses nedenfor og inden for den samme struktur af coveliten:

Tetrahedral koordinering af disulfidanionen i covellit. Kilde: Benjah-bmm27.

Alternativ formel

Der er derefter ioner Cu ²⁺, Cu ⁺, S ^2- og S ₂ ^2-. Undersøgelser udført med røntgenfotoelektron-spektroskopi (XPS) indikerer imidlertid, at alt kobber er som Cu ⁺ -kationer; og derfor udtrykkes den oprindelige formel CuS "bedre" som (Cu ⁺) ₃ (S ²⁻) (S ₂) ^-.

Bemærk, at Cu: S-forholdet for ovennævnte formel forbliver 1, og at afgifterne desuden annulleres.

Andre krystaller

En kobbersulfid kan vedtage orthorhombiske krystaller, som i polymorfen, γ-Cu ₂ S, chalcocite; kubiske, som i en anden polymorf af chalcocite, α-Cu ₂ S; tetragonal, i mineralanilitten, Cu _1,75 S; monoklinikker, i djurleite, Cu _1,96 S, blandt andre.

For hver definerede krystal er der et mineral, og til gengæld har hvert mineral sine egne egenskaber og egenskaber.

Ejendomme

Generel

Egenskaberne ved kobbersulfid er underlagt Cu: S-forholdet for dets faste stoffer. For eksempel dem der er til stede S ₂ ^2- anioner har hexagonale strukturer, og kan enten være halvledere eller metalliske ledere.

Hvis på den anden side svovlindholdet blot består af S ^2- anioner, sulfiderne opfører sig som halvledere, og også til stede ioniske ledningsevner ved høje temperaturer. Dette skyldes, at dets ioner begynder at vibrere og bevæge sig inden i krystallerne og således bære elektriske ladninger.

Selv om det også afhænger af deres kobber- og svovlsammensætning, kan sulfider muligvis ikke absorbere stråling i det infrarøde område af det elektromagnetiske spektrum. Disse optiske og elektriske egenskaber gør det til potentielle materialer, der skal implementeres i forskellige enheder.

En anden variabel at overveje, udover Cu: S-forholdet, er størrelsen på krystallerne. Det er ikke kun, at der er flere "svovl" eller "coppery" kobbersulfider, men dimensionerne af deres krystaller har en upræcis effekt på deres egenskaber; Forskere er således ivrige efter at studere og søge applikationer til Cu _x S _y nanopartikler.

Covelite

Hvert mineral- eller kobbersulfid har unikke egenskaber. Imidlertid er covelite af dem alle de mest interessante fra et strukturelt og æstetisk synspunkt (på grund af dets iriserende og blå nuancer). Derfor er nogle af dens egenskaber nævnt nedenfor.

Molar masse

95,611 g / mol.

Massefylde

4,76 g / ml.

Smeltepunkt

500 ° C; men det bryder sammen.

Vandopløselighed

3,3 · 10 ^-5 g / 100 ml ved 18 ° C

Applikationer

Nanopartikler i medicin

Ikke kun varierer partiklernes størrelse, indtil de når nanometriske dimensioner, men deres morfologier kan også variere meget. Således kan kobbersulfid danne nanosfærer, stænger, plader, tynde film, bur, kabler eller rør.

Disse partikler og deres attraktive morfologier får individuelle anvendelser inden for forskellige medicinske områder.

For eksempel kan nanokage eller tomme kugler tjene som medikamentbærere i kroppen. Nanosfærer er blevet anvendt, understøttet af carbonglaselektroder og carbonananorør, til at fungere som glukosedetektorer; såvel som dens aggregater er følsomme over for påvisning af biomolekyler, såsom DNA.

CuS-nanorør overgår nanosfærer til påvisning af glukose. Foruden disse biomolekyler er immunosensorer designet fra tynde CuS-film og visse understøtninger til påvisning af patogener.

Nanokrystaller og amorfe aggregater af CuS kan endda forårsage apoptose af kræftceller uden at forårsage skade på sunde celler.

Nanoscience

I det foregående afsnit blev det sagt, at dets nanopartikler har været en del af biosensorer og elektroder. Foruden sådanne anvendelser har forskere og teknikere også draget fordel af dets egenskaber til at designe solceller, kondensatorer, lithiumbatterier og katalysatorer til meget specifikke organiske reaktioner; Uundværlige elementer i nanovidenskab.

Det er også værd at nævne, at når NpCuS-CA-sæt (CA: Activated Carbon og Np: Nanoparticles) understøttes med aktivt kul, viste sig at tjene som en fjernelse af farvestoffer, der er skadelige for mennesker, og fungerer derfor som en renser af kilder til vandabsorberende uønskede molekyler.

Referencer

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kemi. (Fjerde udgave). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Kobbersulfid. Gendannet fra: en.wikipedia.org
3. Ivan Grozdanov og Metodija Najdoski. (nitten femoghalvfems). Optiske og elektriske egenskaber ved kobbersulfidfilm med variabel sammensætning. Journal for Solid State Chemistry bind 114, udgave 2, 1. februar 1995, sider 469-475. doi.org/10.1006/jssc.1995.1070
4. National Center for Biotechnology Information. (2019). Kobbersulfid (CuS). PubChem-database. CID = 14831. Gendannes fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Peter A. Ajibade og Nandipha L. Botha. (2017). Syntese, optiske og strukturelle egenskaber
6. af kobbersulfid-nanokrystaller fra enkeltmolekylforstadier. Institut for Kemi, University of Fort Hare, Privat taske X1314, Alice 5700, Sydafrika. Nanomaterialer, 7, 32.
7. Samarbejde: Forfattere og redaktører af bind III / 17E-17F-41C (nd). Kobbersulfider (Cu2S, Cu (2-x) S) krystalstruktur, gitterparametre. I: Madelung O., Rössler U., Schulz M. (red.) Ikke-tetrahedrisk bundne elementer og binære forbindelser I. Landolt-Börnstein-gruppe III kondenseret materie (numeriske data og funktionelle forhold i videnskab og teknologi), vol 41C. Springer, Berlin, Heidelberg.
8. Momtazan, F., Vafaei, A., Ghaedi, M. et al. Korean J. Chem. Eng. (2018). Anvendelse af kobbersulfid nanopartikler fyldt aktivt kul til samtidig adsorption af ternære farvestoffer: Response overflademetodik. 35: 1108. doi.org/10.1007/s11814-018-0012-1
9. Goel, S., Chen, F., & Cai, W. (2014). Syntese og biomedicinske anvendelser af kobbersulfid-nanopartikler: fra sensorer til theranostik. Lille (Weinheim an der Bergstrasse, Tyskland), 10 (4), 631–645. doi: 10.1002 / smll.201301174