СУЛЬФИД МЕДИ: СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ. - ХИМИЯ

Сульфид меди представляет собой семейство неорганических соединений, общая формула Cu химии _х S _и . Если x больше, чем y, это означает, что указанный сульфид богаче медью, чем серой; а если, наоборот, x меньше y, то сера богаче серой, чем медью.

В природе преобладают многочисленные минералы, которые представляют собой естественные источники этого соединения. Почти все они богаче медью, чем серой, и их состав выражается и упрощается формулой Cu _x S; здесь x может даже принимать дробные значения, указывающие на нестехиометрическое твердое вещество (например, Cu _1,75 S).

Образец минерала ковеллита, одного из многих природных источников сульфида меди. Источник: Джеймс Сент-Джон

Хотя сера в своем элементарном состоянии имеет желтый цвет, производные от нее соединения имеют темный цвет; То же самое и с сульфидом меди. Однако минерал ковелит (верхнее изображение), состоящий в основном из CuS, имеет металлический блеск и голубоватую переливчатость.

Их можно получить из разных источников меди и серы, используя разные технологии и варьируя параметры синтеза. Таким образом, можно получить наночастицы CuS с интересной морфологией.

Структура сульфида меди

связи

Это соединение имеет вид кристаллического, поэтому сразу же можно подумать, что оно состоит из ионов Cu ⁺ (одновалентная медь), Cu ²⁺ (двухвалентная медь), S ^2- и, включительно, S ₂^- и S ₂^{2. -} (дисульфидные анионы), которые взаимодействуют посредством электростатических сил или ионной связи.

Однако существует небольшая ковалентность между Cu и S, и поэтому нельзя исключать связь Cu-S. Исходя из этого, кристаллическая структура CuS (и всех производных от него твердых веществ) начинает отличаться от структур, обнаруженных или охарактеризованных для других ионных или ковалентных соединений.

Другими словами, мы не можем говорить о чистых ионах, а скорее о том, что в середине их притяжения (катион-анион) есть небольшое перекрытие их внешних орбиталей (обмен электронами).

Координаты в ла-ковелите

Кристаллическая структура ковеллита. Источник: Benjah-bmm27.

При этом кристаллическая структура ковелита показана на верхнем изображении. Он состоит из гексагональных кристаллов (определяемых параметрами их элементарных ячеек), в которых ионы объединяются и ориентируются в различных координатах; это, с различным количеством близких соседей.

На изображении ионы меди представлены розовыми сферами, а ионы серы представлены желтыми сферами.

Сосредоточившись сначала на розовых сферах, можно заметить, что некоторые из них окружены тремя желтыми сферами (координация тригональной плоскости), а другие - четырьмя (координация тетраэдра).

Первый тип меди, тригональный, может быть идентифицирован в плоскостях, перпендикулярных шестиугольным граням, обращенным к читателю, в которых, в свою очередь, находится второй тип углерода, тетраэдрический.

Обращаясь теперь к желтым сферам, у некоторых есть пять розовых сфер в качестве соседей (тригональная бипирамидная координация), а у других три и желтая сфера (опять же, тетраэдрическая координация); В последнем мы сталкиваемся с дисульфид-анионом, который можно увидеть ниже и в той же структуре ковелита:

Тетраэдрическая координация дисульфид-аниона в ковеллите. Источник: Benjah-bmm27.

Альтернативная формула

Затем существуют ионы Cu ²⁺ , Cu ⁺ , S ^2- и S ₂^2- . Однако исследования, проведенные с помощью рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (XPS), показывают, что вся медь представляет собой катионы Cu ⁺ ; и поэтому исходная формула CuS «лучше» выражается как (Cu ⁺ ) ₃ (S ^2- ) (S ₂ ) ^- .

Обратите внимание, что соотношение Cu: S для приведенной выше формулы остается равным 1, и, кроме того, заряды отменяются.

Другие кристаллы

Сульфид меди может иметь орторомбические кристаллы, как в полиморфе, γ-Cu ₂ S, халькоцита; кубический, как в другом полиморфе халькоцита, α-Cu ₂ S; тетрагональный, в минерале анилите, Cu _1,75 S; моноклинные, в джурлеите, Cu _1.96 S и др.

Для каждого определенного кристалла существует минерал, и, в свою очередь, каждый минерал имеет свои собственные характеристики и свойства.

Свойства

Общее

Свойства сульфида меди зависят от соотношения Cu: S в его твердом веществе. Например, те, которые представляют собой анионы S ₂^2-, имеют гексагональную структуру и могут быть либо полупроводниками, либо металлическими проводниками.

Если, с другой стороны, сера состоит только из анионов S ^2- , сульфиды ведут себя как полупроводники, а также обладают ионной проводимостью при высоких температурах. Это связано с тем, что его ионы начинают вибрировать и двигаться внутри кристаллов, неся электрические заряды.

Оптически, хотя это также зависит от состава меди и серы, сульфиды могут поглощать или не поглощать излучение в инфракрасной области электромагнитного спектра. Эти оптические и электрические свойства позволяют использовать материалы в различных устройствах.

Еще одна переменная, которую следует учитывать, помимо отношения Cu: S, - это размер кристаллов. Дело не только в том, что существует больше «серных» или «медных» сульфидов меди, но и в том, что размеры их кристаллов неточно влияют на их свойства; Таким образом, ученые стремятся изучать и искать возможности применения наночастиц Cu _x S _y .

Ковелит

Каждый минерал или сульфид меди обладает уникальными свойствами. Однако из всех них ковелит наиболее интересен с точки зрения строения и эстетики (благодаря переливчатости и голубым тонам). Поэтому ниже указаны некоторые его свойства.

Молярная масса

95,611 г / моль.

плотность

4,76 г / мл.

Температура плавления

500 ° С; но ломается.

Растворимость воды

3,3 · 10 ^-5 г / 100 мл при 18 ° С.

Приложения

Наночастицы в медицине

Меняется не только размер частиц, пока они не достигнут нанометрового размера, но и их морфология может сильно колебаться. Таким образом, сульфид меди может образовывать наносферы, стержни, пластины, тонкие пленки, клетки, кабели или трубки.

Эти частицы и их привлекательная морфология находят индивидуальное применение в различных областях медицины.

Например, наноклетки или пустые сферы могут служить переносчиками лекарств в организме. Наносферы, поддерживаемые электродами из углеродного стекла и углеродными нанотрубками, использовались в качестве детекторов глюкозы; а также его агрегаты чувствительны к обнаружению биомолекул, таких как ДНК.

Нанотрубки CuS превосходят наносферы в обнаружении глюкозы. В дополнение к этим биомолекулам, иммуносенсоры были разработаны из тонких пленок CuS и определенных опор для обнаружения патогенов.

Нанокристаллы и аморфные агрегаты CuS могут даже вызывать апоптоз раковых клеток, не причиняя вреда здоровым клеткам.

Nanoscience

В предыдущем подразделе было сказано, что его наночастицы были частью биосенсоров и электродов. Помимо такого использования, ученые и техники также использовали его свойства для разработки солнечных элементов, конденсаторов, литиевых батарей и катализаторов для очень специфических органических реакций; Незаменимые элементы в нанонауке.

Также стоит упомянуть, что при нанесении на активированный уголь набор NpCuS-CA (CA: активированный уголь и Np: наночастицы) оказался удаляющим красители, вредные для человека, и, следовательно, работает как очиститель источников вода поглощает нежелательные молекулы.

Ссылки

Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. (Четвертое издание). Мак Гроу Хилл.
Wikipedia. (2019). Сульфид меди. Получено с: en.wikipedia.org
Иван Грозданов и Методия Найдоски. (тысяча девятьсот девяносто пятый год). Оптические и электрические свойства пленок сульфида меди переменного состава. Журнал химии твердого тела, том 114, выпуск 2, 1 февраля 1995 г., страницы 469-475. doi.org/10.1006/jssc.1995.1070
Национальный центр биотехнологической информации. (2019). Сульфид меди (CuS). База данных PubChem. CID = 14831. Получено с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Питер А. Аджибаде и Нандифа Л. Бота. (2017). Синтез, оптические и структурные свойства.
нанокристаллов сульфида меди из одиночных молекул-предшественников. Кафедра химии, Университет Форт-Хейра, Private Bag X1314, Алиса 5700, Южная Африка. Наноматериалы, 7, 32.
Сотрудничество: Авторы и редакторы томов III / 17E-17F-41C (nd). Кристаллическая структура сульфидов меди (Cu2S, Cu (2-x) S), параметры решетки. В: Маделунг О., Рёсслер У., Шульц М. (ред.) Элементы с нететраэдрическими связями и бинарные соединения I. Ландольт-Бёрнштейн - Конденсированное вещество группы III (Числовые данные и функциональные отношения в науке и технике), том 41C. Шпрингер, Берлин, Гейдельберг.
Momtazan, F., Vafaei, A., Ghaedi, M. et al. Корейский J. Chem. Eng. (2018). Применение наночастиц сульфида меди, загруженных активированным углем, для одновременной адсорбции тройных красителей: методология поверхности отклика. 35: 1108. doi.org/10.1007/s11814-018-0012-1
Гоэль, С., Чен, Ф., и Цай, В. (2014). Синтез и биомедицинские применения наночастиц сульфида меди: от сенсоров до тераностики. Small (Weinheim an der Bergstrasse, Германия), 10 (4), 631–645. DOI: 10.1002 / smll.201301174

СУЛЬФИД МЕДИ: СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ. - ХИМИЯ - 2026