SULFID MĚDI: STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ - CHEMIE - 2025

Sulfidu mědi je řada anorganických sloučenin, jejichž obecný vzorec je Cu chemie _x S _a. Pokud je x větší než y, znamená to, že uvedený sulfid je bohatší na měď než na síru; a pokud je naopak x menší než y, pak je síra bohatší na síru než na měď.

V přírodě převládá řada minerálů, které představují přírodní zdroje této sloučeniny. Téměř všechny z nich jsou bohatší na měď než na síru a jejich složení je vyjádřeno a zjednodušeno vzorcem Cu _x S; zde x může dokonce brát zlomkové hodnoty, což ukazuje na nestechiometrickou pevnou látku (například Cu _1,75 S).

Vzorek covellitového minerálu, jednoho z mnoha přírodních zdrojů sirníku mědi. Zdroj: James St. John

Ačkoli síra je ve svém elementárním stavu žlutá, její odvozené sloučeniny mají tmavé barvy; To je také případ sulfidu mědi. Avšak minerální covelit (horní obrázek), který je složen převážně z CuS, vykazuje kovový lesk a namodralou iridescenci.

Mohou být připraveny z různých zdrojů mědi a síry, s použitím různých technik a změnou parametrů syntézy. Takto můžete získat nanočástice CuS se zajímavými morfologiemi.

Struktura sulfidu mědi

Odkazy

Tato sloučenina má dojem, že jsou krystalické, tak to může být okamžitě za to, že se skládá z iontů Cu ⁺ (jednomocné mědi), Cu ²⁺ (dvojmocné mědi), S ² a, včetně, S ₂ ^- a S ₂ ^{2 -} (disulfidové anionty), které interagují prostřednictvím elektrostatických sil nebo iontových vazeb.

Mezi Cu a S však existuje mírný kovalentní charakter, a proto nelze Cu-S vazbu vyloučit. Z tohoto zdůvodnění se krystalová struktura CuS (a struktura všech odvozených pevných látek) začíná lišit od struktur, které byly nalezeny nebo charakterizovány pro jiné iontové nebo kovalentní sloučeniny.

Jinými slovy, nemůžeme mluvit o čistých iontech, ale spíše o tom, že uprostřed jejich atrakcí (kation-anion) dochází k mírnému překrývání jejich vnějších orbitálů (sdílení elektronů).

Koordinace v la covelita

Krystalová struktura covellitu. Zdroj: Benjah-bmm27.

Po výše uvedeném je krystalová struktura covelitu zobrazena na horním obrázku. Skládá se z hexagonálních krystalů (definovaných parametry jejich jednotkových buněk), kde se ionty spojují a orientují v různých souřadnicích; jedná se o různý počet blízkých sousedů.

Na obrázku jsou ionty mědi znázorněny růžovými koulí, zatímco ionty síry jsou znázorněny žlutými koulí.

Zaměříme-li se nejprve na růžové koule, je třeba poznamenat, že některé jsou obklopeny třemi žlutými koulí (koordinace trigonální roviny) a jiné čtyřmi (tetrahedrální koordinace).

První typ mědi, trigonální, lze identifikovat v rovinách kolmých na hexagonální plochy směřující ke čtečce, ve které je zase druhý typ uhlíku, tetrahedrální.

Nyní se obrací ke žlutým sférám, některé mají pět růžových koulí jako sousedy (trigonální bipyramidová koordinace), jiné tři a žlutou kouli (opět tetrahedrální koordinace); V posledně jmenovaném je člověk konfrontován s disulfidovým aniontem, který lze vidět níže a ve stejné struktuře covelitu:

Tetraedrická koordinace disulfidového aniontu v covellite. Zdroj: Benjah-bmm27.

Alternativní vzorec

K dispozici jsou pak ionty Cu ²⁺, Cu ⁺, S ^-2- a S ₂ ^2-. Studie prováděné s rentgenovou fotoelektronovou spektroskopií (XPS) však ukazují, že veškerá měď je kationty Cu ⁺; a proto je počáteční vzorec CuS, je vyjádřen "lepší", jak je (Cu ⁺) ₃ (S ²) (S ₂) ^-.

Všimněte si, že poměr Cu: S pro výše uvedený vzorec zůstává 1 a poplatky se navíc zruší.

Ostatní krystaly

Sulfid mědi může přijmout ortorombické krystaly, jako v polymorfu, y-Cu ₂ S, chalcocitu; krychlový, jak je v dalším polymorf chalcocite, α-Cu ₂ S; tetragonální, v minerálním anilitu, Cu _1,75 S; monoclinics, v djurleite, Cu _1,96 S, mezi ostatními.

Pro každý definovaný krystal je minerál a každý minerál má zase své vlastní vlastnosti a vlastnosti.

Vlastnosti

Všeobecné

Vlastnosti sulfidu mědi podléhají poměru Cu: S jeho pevných látek. Například ty, které přítomné S ₂ ^2- anionty hexagonální struktury, a mohou být buď polovodiče nebo kovové vodiče.

Pokud, na druhé straně, je obsah síry podobu pouze S ^2- anionty, sulfidy chovají jako polovodiče, a také přítomné iontové vodivosti při vysokých teplotách. Je to proto, že jeho ionty začnou vibrovat a pohybovat se uvnitř krystalů, čímž přenášejí elektrické náboje.

Opticky, ačkoli to také záleží na jejich složení mědi a síry, sulfidy mohou nebo nemusí absorbovat záření v infračervené oblasti elektromagnetického spektra. Díky těmto optickým a elektrickým vlastnostem jsou potenciální materiály implementovány do různých rozsahů zařízení.

Další proměnnou, která je třeba zvážit, kromě poměru Cu: S, je velikost krystalů. Nejenže existuje více „sirných“ nebo „měděných“ sulfidů mědi, ale rozměry jejich krystalů dodávají nepřesný účinek na jejich vlastnosti; Vědci tak dychtí studovat a hledat aplikace nanočástic Cu _x S _y.

Covelite

Každý minerál nebo sulfid mědi má jedinečné vlastnosti. Ze všech je však covelit nejzajímavější ze strukturálního a estetického hlediska (kvůli jeho iridescenci a modrým tónům). Některé jeho vlastnosti jsou proto uvedeny níže.

Molární hmotnost

95,611 g / mol.

Hustota

4,76 g / ml.

Bod tání

500 ° C; ale to se pokazí.

Rozpustnost ve vodě

3,3 · 10 ^-5 g / 100 ml při 18 ° C

Aplikace

Nanočástice v medicíně

Velikost částic se nejen mění, dokud nedosáhnou nanometrických rozměrů, ale také jejich morfologie mohou značně kolísat. Sulfid mědi tak může tvořit nanosféry, pruty, desky, tenké filmy, klece, kabely nebo trubky.

Tyto částice a jejich atraktivní morfologie získávají jednotlivé aplikace v různých oborech medicíny.

Například nano klece nebo prázdné koule mohou sloužit jako nosiče léků v těle. Nanospheres byly použity, podporované elektrodami z uhlíkového skla a uhlíkovými nanotrubicemi, aby fungovaly jako detektory glukózy; stejně jako jeho agregáty jsou citlivé na detekci biomolekul, jako je DNA.

CuS nanotrubice překonávají nanosféry v detekci glukózy. Kromě těchto biomolekul byly vyvinuty imunosenzory z tenkých filmů CuS a určité podpory pro detekci patogenů.

Nanokrystaly a amorfní agregáty CuS mohou dokonce způsobit apoptózu rakovinných buněk, aniž by poškodily zdravé buňky.

Nanovědy

V předchozí podkapitole bylo řečeno, že její nanočástice byly součástí biosenzorů a elektrod. Kromě těchto použití vědci a technici také využili svých vlastností k návrhu solárních článků, kondenzátorů, lithiových baterií a katalyzátorů pro velmi specifické organické reakce; Nepostradatelné prvky v nanovědě.

Rovněž stojí za zmínku, že při podpoře na aktivním uhlí se ukázalo, že sada NpCuS-CA (CA: aktivní uhlí a Np: nanočástice) slouží jako odstraňovač barviv škodlivých pro člověka, a proto funguje jako čistička zdrojů voda absorbující nežádoucí molekuly.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganická chemie. (Čtvrté vydání). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Sulfid mědi. Obnoveno z: en.wikipedia.org
3. Ivan Grozdanov a Metodija Najdoski. (devatenáct devadesát pět). Optické a elektrické vlastnosti filmů sulfidu mědi různého složení. Journal of Solid State Chemistry, svazek 114, vydání 2, 1. února 1995, strany 469-475. doi.org/10.1006/jssc.1995.1070
4. Národní centrum pro biotechnologické informace. (2019). Sulfid mědi (CuS). PubChem Database. CID = 14831. Obnoveno z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Peter A. Ajibade a Nandipha L. Botha. (2017). Syntéza, optické a strukturální vlastnosti
6. nanokrystalů sulfidu měďnatého z prekurzorů jednotlivých molekul. Katedra chemie, University of Fort Hare, Soukromá taška X1314, Alice 5700, Jižní Afrika. Nanomaterials, 7, 32.
7. Spolupráce: Autoři a editoři svazků III / 17E-17F-41C (nd). Krystalová struktura sulfidů mědi (Cu2S, Cu (2-x) S), parametry mříže. In: Madelung O., Rössler U., Schulz M. (eds) Non-Tetrahedrally bonded Elements and Binary Compounds I. Landolt-Börnstein-Group III Condensed Matter (Numerické údaje a funkční vztahy ve vědě a technologii), svazek 41C. Springer, Berlín, Heidelberg.
8. Momtazan, F., Vafaei, A., Ghaedi, M. a kol. Korean J. Chem. Eng. (2018). Aplikace aktivních uhlí nanesených sulfidem mědi pro současnou adsorpci ternárních barviv: Metodika povrchové reakce. 35: 1108. doi.org/10.1007/s11814-018-0012-1
9. Goel, S., Chen, F. a Cai, W. (2014). Syntéza a biomedicínské aplikace nanočástic sirníku mědi: od senzorů po terapeutika. Malý (Weinheim an der Bergstrasse, Německo), 10 (4), 631–645. doi: 10.1002 / smll.201301174