BAKROV SULFID: ZGRADBA, LASTNOSTI, UPORABE - KEMIJA - 2026

Bakra sulfid je družina anorganskih spojin, katerih splošna formula Cu kemija _x S _in . Če je x večji od y, to pomeni, da je navedeni žveplo bogatejši z bakrom kot z žveplom; in če je nasprotno x manjši od y, je žveplo bogatejše z žveplom kot z bakrom.

V naravi prevladujejo številni minerali, ki predstavljajo naravne vire te spojine. Skoraj vsi so bogatejši z bakrom kot z žveplom, njihova sestava pa je izražena in poenostavljena s formulo Cu _x S; tukaj lahko x celo vzame delne vrednosti, kar kaže na nestehiometrično trdno snov ( na primer Cu _1,75 S).

Vzorec minerala kovelit, eden izmed mnogih naravnih virov bakrovega sulfida. Vir: James St. John

Čeprav je žveplo v elementarnem stanju rumeno, imajo njegove pridobljene spojine temne barve; To velja tudi za bakrov sulfid. Vendar ima mineral kovelit (zgornja slika), ki je sestavljen predvsem iz CuS, kovinski sijaj in modrikasto preliv.

Pripravimo jih lahko iz različnih virov bakra in žvepla z uporabo različnih tehnik in različnih parametrov sinteze. Tako lahko dobite nanodelce CuS z zanimivimi morfologijami.

Struktura bakrovega sulfida

Povezave

Videti je, da je ta spojina kristalna, zato lahko takoj pomislimo, da je sestavljena iz ionov Cu ⁺ (monovalentni baker), Cu ²⁺ (dvovalentni baker), S ^2- in, vključno, S ₂ ^- in S ₂ ^{2 -} (disulfidni anioni), ki delujejo med elektrostatičnimi silami ali ionsko vezjo.

Vendar ima Cu in S rahlo kovalenten značaj, zato Cu-S vezi ni mogoče izključiti. Iz tega sklepa se začne kristalna struktura CuS (in vse njegove pridobljene trdne snovi) razlikovati od tistih, ki jih najdemo ali so značilne za druge ionske ali kovalentne spojine.

Z drugimi besedami, ne moremo govoriti o čistih ionih, temveč da se sredi njihovih atrakcij (kation-anion) rahlo prekriva njihova zunanja orbitala (delitev elektronov).

Koordinacije v kraju la covelita

Kristalna struktura kovelitita. Vir: Benjah-bmm27.

Po zgoraj navedenem je na zgornji sliki prikazana kristalna struktura kovelita. Sestavljen je iz šesterokotnih kristalov (definiranih s parametri njihovih enotnih celic), v katerih se ioni združijo in orientirajo v različnih koordinacijah; to so z raznolikim številom bližnjih sosedov.

Na sliki so bakrovi ioni predstavljeni z rožnatimi kroglami, ioni žvepla pa z rumenimi kroglami.

Najprej se bomo osredotočili na roza krogle, nekatere so obkrožene s tremi rumenimi kroglicami (trigonalna ravninska koordinacija), druge pa s štirimi (tetraedrska koordinacija).

Prvo vrsto bakra, trikotno, lahko prepoznamo v ravninah, ki so pravokotne na šestkotne obraze, obrnjene proti bralcu, v katerih je druga vrsta ogljika, tetraedra.

Zdaj se obrnemo na rumene krogle, nekatere imajo pet roza kroglic kot sosedov (trigonalna koordinacija bipiramidov), druge pa tri in rumeno kroglo (spet tetraedrska koordinacija); Pri slednjem se srečujemo z disulfidnim anionom, ki ga lahko vidimo spodaj in znotraj iste strukture kovelita:

Tetraedrska koordinacija disulfidnega aniona v kovelititu. Vir: Benjah-bmm27.

Alternativna formula

Obstajajo pa ionov Cu ²⁺ , Cu ⁺ , S ^2- in S ₂ ^2- . Vendar študije, izvedene z rentgensko fotoelektronsko spektroskopijo (XPS), kažejo, da je ves baker kot Cu ⁺ kationi ; in zato je začetna formula CuS izražena "bolje" kot (Cu ⁺ ) ₃ (S ²⁻ ) (S ₂ ) ^- .

Upoštevajte, da razmerje Cu: S za zgornjo formulo ostaja 1, poleg tega pa se stroški prekličejo.

Drugi kristali

Bakreni sulfid lahko sprejme ortorombični kristale, kot v polimorfa, γ-Cu ₂ S, od halkozin; kubični, po drugi polimorfa halkozin, α-Cu ₂ S; tetragonalni, v mineralnem anilitu, Cu _1,75 S; monoklinike, med drugim , djurleit, Cu _1,96 S.

Za vsakim opredeljenim kristalom obstaja mineral, zato ima vsak mineral svoje lastnosti in lastnosti.

Lastnosti

Splošno

Lastnosti bakrovega sulfida so podvržene razmerju njegovih trdnih snovi v razmerju Cu: S. Na primer tiste, prisotne S ₂ ^2- anioni imajo šesterokotne strukture, in lahko bodisi polprevodniki ali kovinskih prevodnikov.

Če po drugi strani vsebnost žvepla sestoji zgolj iz S ^2- anionov se sulfidi obnašajo kot polprevodnikov, in tudi trenutnih ionske prevodnosti pri visokih temperaturah. To je zato, ker njeni ioni začnejo vibrirati in se premikati znotraj kristalov in tako prenašati električne naboje.

Optično gledano, čeprav je to odvisno tudi od sestave bakra in žvepla, sulfidi lahko ali ne absorbirajo sevanja v infrardečem območju elektromagnetnega spektra. Te optične in električne lastnosti omogočajo uporabo potencialnih materialov v različnih razponih naprav.

Poleg spremenljivke Cu: S je treba upoštevati tudi velikost kristalov. Ne le, da obstaja več "žvepla" ali "bakrenih" bakrovih sulfidov, ampak dimenzije njihovih kristalov dajejo natančen vpliv na njihove lastnosti; Tako so znanstveniki željni študija in iskanja aplikacij za nanodelce Cu _x S _y .

Kovelit

Vsak mineralni ali bakrov sulfid ima edinstvene lastnosti. Vendar je od vseh njih kovelit s strukturnega in estetskega vidika (zaradi svoje prelivnosti in modrih tonov) najbolj zanimiv. Zato so nekatere njegove lastnosti navedene spodaj.

Molarna masa

95.611 g / mol.

Gostota

4,76 g / ml.

Tališče

500 ° C; vendar se pokvari.

Topnost v vodi

3,3 · 10 ^-5 g / 100 ml pri 18 ° C.

Prijave

Nanodelci v medicini

Ne le, da se velikost delcev spreminja, dokler ne dosežejo nanometričnih dimenzij, ampak tudi njihove morfologije lahko močno nihajo. Tako lahko bakrov sulfid tvori nanosfere, palice, plošče, tanke filme, kletke, kable ali cevi.

Ti delci in njihova privlačna morfologija pridobijo posamezne aplikacije na različnih področjih medicine.

Na primer, nanokruhe ali prazne krogle lahko služijo kot prenašalci drog v telesu. Nanosfere so bile uporabljene, podprte z ogrodnimi steklenimi elektrodami in ogljikovimi nanocevkami, da delujejo kot detektorji glukoze; kot tudi njeni agregati so občutljivi za odkrivanje biomolekul, kot je DNK.

Nanocevke CuS presegajo nanosfere pri zaznavanju glukoze. Poleg teh biomolekul so imunosenzorji zasnovani iz tankih folij CuS in določenih nosilcev za odkrivanje patogenov.

Nanokristali in amorfni agregati CuS lahko celo povzročijo apoptozo rakavih celic, ne da bi pri tem škodili zdravim celicam.

Nanoznanost

V prejšnjem pododdelku je bilo rečeno, da so bili njegovi nanodelci del biosenzorjev in elektrod. Poleg takšne uporabe so znanstveniki in tehniki izkoristili tudi njegove lastnosti za načrtovanje sončnih celic, kondenzatorjev, litijevih baterij in katalizatorjev za zelo specifične organske reakcije; Nepogrešljivi elementi nanoznanosti.

Omeniti velja tudi, da se je NpCuS-CA (podprta z aktivnim ogljikom in Np: nanodelci), ko je podprta na aktivnem oglju, izkazala kot odstranjevalec barvil, škodljivih za človeka, zato deluje kot čistilec virov voda absorbira neželene molekule.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). Mc Graw Hill.
2. Wikipedija. (2019). Bakrov sulfid. Pridobljeno: en.wikipedia.org
3. Ivan Grozdanov in Metodija Najdoski. (devetnajst devetdeset pet). Optične in električne lastnosti folij bakrovega sulfida s spremenljivo sestavo. Časopis za kemijo trdnih snovi letnik 114, številka 2, 1. februar 1995, strani 469-475. doi.org/10.1006/jssc.1995.1070
4. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Bakrov sulfid (CuS). Baza podatkov PubChem. CID = 14831. Pridobljeno: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Peter A. Ajibade in Nandipha L. Botha. (2017). Sinteze, optične in strukturne lastnosti
6. nanokristalov bakrovega sulfida iz enojnih molekulskih predhodnikov. Oddelek za kemijo, Univerza v Fort Hareju, zasebna torba X1314, Alice 5700, Južna Afrika. Nanomateriali, 7, 32.
7. Sodelovanje: avtorji in uredniki zvezkov III / 17E-17F-41C (drugi). Bakreni sulfidi (Cu2S, Cu (2-x) S) kristalna struktura, parametri rešetke. V: Madelung O., Rössler U., Schulz M. (eds) Nemetalno vezani elementi in dvokomponentne spojine I. Landolt-Börnstein - Kondenzirana zadeva III. Skupine (številčni podatki in funkcionalna razmerja v znanosti in tehnologiji), vol. 41C. Springer, Berlin, Heidelberg.
8. Momtazan, F., Vafaei, A., Ghaedi, M. et al. Korejka J. Chem. Eng. (2018). Uporaba aktivnega oglja, napolnjenega z nanodelci bakrovega sulfida, za hkratno adsorpcijo tribarvnih barvil: Metoda odzivne površine. 35: 1108. doi.org/10.1007/s11814-018-0012-1
9. Goel, S., Chen, F., & Cai, W. (2014). Sinteza in biomedicinska uporaba nanodelcev bakrovega sulfida: od senzorjev do teranosti. Majhna (Weinheim an der Bergstrasse, Nemčija), 10 (4), 631–645. doi: 10.1002 / smll.201301174