SULFURA DE CUPRU: STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI, UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Sulfura de cupru este o familie de compuși anorganici , a căror formulă generală este Cu chimie _x S _și . Dacă x este mai mare decât y înseamnă că sulfura menționată este mai bogată în cupru decât în ​​sulf; și dacă, dimpotrivă, x este mai mic decât y, atunci sulful este mai bogat în sulf decât în ​​cupru.

În natură predomină numeroase minerale care reprezintă surse naturale ale acestui compus. Aproape toate sunt mai bogate în cupru decât în ​​sulf, iar compoziția lor este exprimată și simplificată prin formula Cu _x S; aici x poate lua chiar valori fracționale, indicând un solid nestoichiometric (Cu _1,75 S, de exemplu).

Un eșantion de mineral covellit, una dintre numeroasele surse naturale de sulfură de cupru. Sursa: James St.

Deși sulful este galben în starea sa elementară, compușii săi derivați au culori închise; Acesta este și cazul sulfurii de cupru. Cu toate acestea, covelitul mineral (imaginea de sus), care este compus în principal din CuS, prezintă strălucire metalică și iridescență albăstruie.

Ele pot fi preparate din diferite surse de cupru și sulf, folosind diferite tehnici și variind parametrii de sinteză. Astfel, puteți obține nanoparticule CuS cu morfologii interesante.

Structura sulfurii de cupru

Link-uri

Acest compus are aspectul de a fi cristalin, deci poate fi gândit imediat că acesta este compus din ioni de Cu ⁺ (monovalent de cupru), Cu ²⁺ (cupru bivalent), S ² și, inclusiv, S ₂ ^- și S ₂ ^{2 -} (anioni disulfură), care interacționează prin forțe electrostatice sau legături ionice.

Cu toate acestea, există un caracter covalent ușor între Cu și S și, prin urmare, legătura Cu-S nu poate fi exclusă. Din acest raționament, structura cristalină a CuS (și cea a tuturor solidelor sale derivate) începe să difere de cele găsite sau caracterizate pentru alți compuși ionici sau covalenți.

Cu alte cuvinte, nu putem vorbi de ioni puri, ci mai degrabă că în mijlocul atracțiilor lor (cation-anion) există o ușoară suprapunere a orbitalelor lor externe (partajarea electronilor).

Coordonări în la covelita

Structura cristalină a covellitei. Sursa: Benjah-bmm27.

Acestea fiind spuse mai sus, structura cristalină a covelitei este prezentată în imaginea superioară. Este format din cristale hexagonale (definite de parametrii celulelor unității), unde ionii se alătură și se orientează în diferite coordonări; acestea sunt, cu un număr variat de vecini apropiați.

În imagine, ionii de cupru sunt reprezentați de sfere roz, în timp ce ionii de sulf sunt reprezentați de sfere galbene.

Concentrând mai întâi atenția asupra sferelor roz, se va remarca faptul că unele sunt înconjurate de trei sfere galbene (coordonarea planului trigonal), iar altele de patru (coordonarea tetraedrică).

Primul tip de cupru, trigonal, poate fi identificat în planurile perpendiculare pe fețele hexagonale orientate către cititor, în care este la rândul său cel de-al doilea tip de carbon, tetraedric.

Revenind acum la sferele galbene, unii au cinci sfere roz ca vecini (coordonarea bipiramidelor trigonale), iar alții trei și o sferă galbenă (din nou, coordonarea tetraedrică); În cea din urmă, ne confruntăm cu anionul disulfura, care poate fi văzut mai jos și în aceeași structură a covelitei:

Coordonarea tetraedrică a anionului disulfuric în covellit. Sursa: Benjah-bmm27.

Formula alternativă

Există apoi ioni Cu ²⁺ , Cu ⁺ , S ^2- și S ₂ ^2- . Cu toate acestea, studiile efectuate cu spectroscopie fotoelectronă cu raze X (XPS) indică faptul că tot cuprul este ca cationi Cu ⁺ ; și, prin urmare, formula inițială CuS, este exprimată „mai bine” ca (Cu ⁺ ) ₃ (S ²⁻ ) (S ₂ ) ^- .

Rețineți că raportul Cu: S pentru formula de mai sus rămâne 1 și, în plus, taxele se anulează.

Alte cristale

O sulfură de cupru poate adopta cristale ortorombice, ca și în forma polimorfă, γ-Cu ₂ S, a chalcocite; cubi, ca într -o altă formă polimorfă a chalcocite, α-Cu ₂ S; tetragonal, în anilitul mineral, Cu _1,75 S; monoclinice, în djurleit, Cu _1,96 S, printre altele.

Pentru fiecare cristal definit există un mineral și, la rândul său, fiecare mineral are propriile sale caracteristici și proprietăți.

Proprietăți

General

Proprietățile sulfurii de cupru sunt supuse raportului Cu: S al solidelor sale. De exemplu, cei care prezintă S ₂ ² anioni au structuri hexagonale, și pot fi fie semiconductori sau conductorilor metalici.

Dacă, pe de altă parte, conținutul de sulf constă doar din anioni S ^2- , sulfidele se comportă ca semiconductori și prezintă, de asemenea, conductivități ionice la temperaturi ridicate. Acest lucru se datorează faptului că ionii săi încep să vibreze și să se miște în cristale, ducând astfel sarcini electrice.

Optic, deși depinde și de compoziția lor de cupru și sulf, sulfidele pot sau nu pot absorbi radiații în regiunea infraroșu a spectrului electromagnetic. Aceste proprietăți optice și electrice fac ca materialele potențiale să fie implementate în diferite game de dispozitive.

O altă variabilă de luat în considerare, pe lângă raportul Cu: S, este dimensiunea cristalelor. Nu numai că există mai multe sulfuri de cupru „sulf” sau „cupru”, dar dimensiunile cristalelor lor au un efect imprecis asupra proprietăților lor; Astfel, oamenii de știință sunt dornici să studieze și să caute aplicații pentru Cu _x S _și nanoparticule .

Covelite

Fiecare sulfură minerală sau de cupru are proprietăți unice. Cu toate acestea, dintre toate, covelitul este cel mai interesant din punct de vedere structural și estetic (datorită iridescenței și tonurilor sale de albastru). Prin urmare, unele dintre proprietățile sale sunt menționate mai jos.

Masă molară

95,611 g / mol.

Densitate

4,76 g / ml.

Punct de topire

500 ° C; dar se descompune.

Solubilitatea apei

3,3 · 10 ^-5 g / 100 ml la 18 ° C.

Aplicații

Nanoparticule în medicină

Nu numai că mărimea particulelor variază până când ating dimensiunile nanometrice, dar și morfologiile lor pot fluctua foarte mult. Astfel, sulfura de cupru poate forma nanosfere, tije, plăci, pelicule subțiri, cuști, cabluri sau tuburi.

Aceste particule și morfologiile lor atractive dobândesc aplicații individuale în diferite domenii ale medicinei.

De exemplu, nanocage sau sfere goale pot servi ca purtători de medicamente în interiorul corpului. Nanoferele au fost utilizate, susținute de electrozi din sticlă de carbon și nanotuburi de carbon, pentru a funcționa ca detectori de glucoză; precum și agregatele sale sunt sensibile la detectarea biomoleculelor precum ADN-ul.

Nanotuburile CuS depășesc nanosferele în detectarea glucozei. În plus față de aceste biomolecule, imunosenzorii au fost proiectați din filme CuS subțiri și anumite suporturi pentru detectarea agenților patogeni.

Nanocristalele și agregatele amorfe de CuS pot provoca chiar apoptoza celulelor canceroase, fără a provoca leziuni ale celulelor sănătoase.

NanoSci

În subsecțiunea anterioară s-a spus că nanoparticulele sale au făcut parte din biosenzori și electrozi. Pe lângă aceste utilizări, oamenii de știință și tehnicienii au profitat, de asemenea, de proprietățile sale pentru a proiecta celule solare, condensatoare, baterii de litiu și catalizatori pentru reacții organice foarte specifice; Elemente indispensabile în nanoștiință.

De menționat, de asemenea, că atunci când este sprijinit pe cărbune activat, setul NpCuS-CA (CA: Activated Carbon și Np: Nanoparticule) s-a dovedit a fi un demachiant al coloranților nocivi pentru oameni și, prin urmare, funcționează ca un purificator al surselor de absorbind apa molecule nedorite.

Referințe

1. Shiver & Atkins. (2008). Chimie anorganică. (A patra editie). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Sulfură de cupru. Recuperat de la: en.wikipedia.org
3. Ivan Grozdanov și Metodija Najdoski. (o mie noua sute nouazeci si cinci). Proprietăți optice și electrice ale filmelor cu compoziție variabilă cu sulfură de cupru. Journal of Solid State Chemistry Volume 114, Numărul 2, 1 februarie 1995, Pagini 469-475. doi.org/10.1006/jssc.1995.1070
4. Centrul Național de Informații Biotehnologice. (2019). Sulfură de cupru (CuS). Baza de date PubChem. CID = 14831. Recuperat din: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Peter A. Ajibade și Nandipha L. Botha. (2017). Sinteză, proprietăți optice și structurale
6. nanocristalelor cu sulfă de cupru de la precursorii unei singure molecule. Departamentul de Chimie, Universitatea Fort Hare, geantă privată X1314, Alice 5700, Africa de Sud. Nanomateriale, 7, 32.
7. Colaborare: Autori și editori ai volumelor III / 17E-17F-41C (nd). Sulfuri de cupru (Cu2S, Cu (2-x) S) structură cristalină, parametri de zăbrele. În: Madelung O., Rössler U., Schulz M. (eds) Elemente cu adaos netetetraetric și compuși binari I. Landolt-Börnstein- Grupa III Materia condensată (Date numerice și relații funcționale în știință și tehnologie), vol. 41C. Springer, Berlin, Heidelberg.
8. Momtazan, F., Vafaei, A., Ghaedi, M. și colab. Coreeanul J. Chem. Ing. (2018). Aplicarea nanoparticulelor cu sulfură de cupru încărcate cu carbon activat pentru adsorbția simultană a coloranților ternari: Metodologia suprafeței de răspuns. 35: 1108. doi.org/10.1007/s11814-018-0012-1
9. Goel, S., Chen, F., & Cai, W. (2014). Sinteză și aplicații biomedicale ale nanoparticulelor cu sulfură de cupru: de la senzori la theranostici. Mic (Weinheim an der Bergstrasse, Germania), 10 (4), 631–645. doi: 10.1002 / smll.201301174