KUPFERSULFID: STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNGEN - CHEMIE - 2025

Das Kupfersulfid ist eine Familie anorganischer Verbindungen, deren allgemeine Formel Cu-Chemie _x S _und lautet . Wenn x größer als y ist, bedeutet dies, dass das Sulfid kupferreicher als schwefelhaltig ist; und wenn im Gegenteil x kleiner als y ist, dann ist der Schwefel schwefelreicher als Kupfer.

In der Natur überwiegen zahlreiche Mineralien, die natürliche Quellen dieser Verbindung darstellen. Fast alle von ihnen sind kupferreicher als Schwefel, und ihre Zusammensetzung wird durch die Formel Cu _x S ausgedrückt und vereinfacht ; hier kann x sogar Bruchwerte annehmen, was auf einen nichtstöchiometrischen Feststoff hinweist ( z. B. Cu _1,75 S).

Eine Probe von Covellitmineral, einer der vielen natürlichen Kupfersulfidquellen. Quelle: James St. John

Obwohl Schwefel in seinem elementaren Zustand gelb ist, haben seine abgeleiteten Verbindungen dunkle Farben; Dies ist auch bei Kupfersulfid der Fall. Das Mineral Covelit (oberes Bild), das hauptsächlich aus CuS besteht, zeigt jedoch metallischen Glanz und bläuliches Schillern.

Sie können aus verschiedenen Kupfer- und Schwefelquellen unter Verwendung verschiedener Techniken und unter Variation der Syntheseparameter hergestellt werden. So können Sie CuS-Nanopartikel mit interessanten Morphologien erhalten.

Struktur von Kupfersulfid

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Diese Verbindung scheint kristallin zu sein, so dass sofort angenommen werden kann, dass sie aus den Ionen Cu ⁺ (einwertiges Kupfer), Cu ²⁺ (zweiwertiges Kupfer), S ^2- und einschließlich S ₂ ^- und S ₂ ^{2 besteht -} (Disulfidanionen), die durch elektrostatische Kräfte oder Ionenbindung interagieren.

Es gibt jedoch einen leichten kovalenten Charakter zwischen Cu und S, und daher kann die Cu-S-Bindung nicht ausgeschlossen werden. Aus dieser Überlegung heraus beginnt sich die Kristallstruktur von CuS (und die aller abgeleiteten Feststoffe) von denen zu unterscheiden, die für andere ionische oder kovalente Verbindungen gefunden oder charakterisiert wurden.

Mit anderen Worten, wir können nicht von reinen Ionen sprechen, sondern dass es in der Mitte ihrer Anziehungskräfte (Kation-Anion) eine leichte Überlappung ihrer äußeren Orbitale gibt (Elektronenteilung).

Koordinationen in la covelita

Kristallstruktur von Covellit. Quelle: Benjah-bmm27.

Nachdem dies gesagt wurde, ist die Kristallstruktur des Covelits im oberen Bild gezeigt. Es besteht aus hexagonalen Kristallen (definiert durch die Parameter ihrer Einheitszellen), in denen sich die Ionen vereinigen und in unterschiedlichen Koordinationen orientieren; Dies sind mit einer unterschiedlichen Anzahl von nahen Nachbarn.

Im Bild werden Kupferionen durch rosa Kugeln dargestellt, während Schwefelionen durch gelbe Kugeln dargestellt werden.

Wenn man sich zuerst auf die rosa Kugeln konzentriert, wird man feststellen, dass einige von drei gelben Kugeln umgeben sind (Koordination der trigonalen Ebene) und andere von vier (tetraedrische Koordination).

Die erste Art von Kupfer, trigonal, kann in den Ebenen senkrecht zu den dem Leser zugewandten hexagonalen Flächen identifiziert werden, in denen sich wiederum die zweite Art von Kohlenstoff, die Tetraeder, befindet.

Wenden wir uns nun den gelben Kugeln zu: Einige haben fünf rosa Kugeln als Nachbarn (trigonale Bipyramiden-Koordination), andere drei und eine gelbe Kugel (wiederum tetraedrische Koordination). In letzterem sind wir mit dem Disulfidanion konfrontiert, das unterhalb und innerhalb derselben Struktur des Covelits zu sehen ist:

Tetraedrische Koordination des Disulfidanions in Covellit. Quelle: Benjah-bmm27.

Alternative Formel

Es gibt dann Ionen Cu ²⁺ , Cu ⁺ , S ^2- und S ₂ ^2- . Studien, die mit Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) durchgeführt wurden, zeigen jedoch, dass alles Kupfer als Cu ⁺ -Kationen vorliegt ; und daher wird die anfängliche Formel CuS, ausgedrückt "besser" als (Cu ⁺ ) ₃ (S ^2- ) (S ₂ ) ^- .

Es ist zu beachten, dass das Cu: S-Verhältnis für die obige Formel 1 bleibt und sich außerdem die Ladungen aufheben.

Andere Kristalle

Ein Kupfersulfid kann orthorhombische Kristalle annehmen, wie im Polymorph γ-Cu ₂ S von Chalcocit; kubisch, wie in einem anderen Polymorph von Chalcocit, α-Cu ₂ S; tetragonal im Mineral Anilit Cu _1,75 S; Monoklinik , unter anderem in Djurleit, Cu _1,96 S.

Für jeden definierten Kristall gibt es ein Mineral, und jedes Mineral hat wiederum seine eigenen Eigenschaften und Eigenschaften.

Eigenschaften

Allgemeines

Die Eigenschaften von Kupfersulfid hängen vom Cu: S-Verhältnis seiner Feststoffe ab. Beispielsweise weisen diejenigen, die S _{2 2} ^{-Anionen präsentieren} , hexagonale Strukturen auf und können entweder Halbleiter oder metallische Leiter sein.

Wenn andererseits der Schwefelgehalt lediglich aus S ² -Anionen besteht , verhalten sich die Sulfide wie Halbleiter und weisen auch bei hohen Temperaturen Ionenleitfähigkeiten auf. Dies liegt daran, dass seine Ionen zu schwingen beginnen und sich in den Kristallen bewegen und so elektrische Ladungen tragen.

Optisch können Sulfide, obwohl dies auch von ihrer Kupfer- und Schwefelzusammensetzung abhängt, Strahlung im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums absorbieren oder nicht. Diese optischen und elektrischen Eigenschaften machen es zu potenziellen Materialien, die in verschiedenen Gerätebereichen implementiert werden können.

Eine weitere zu berücksichtigende Variable ist neben dem Cu: S-Verhältnis die Größe der Kristalle. Es gibt nicht nur mehr "Schwefel" - oder "Kupfer" -Kupfersulfide, sondern die Abmessungen ihrer Kristalle wirken sich ungenau auf ihre Eigenschaften aus. Daher sind Wissenschaftler bestrebt, Anwendungen für Cu _x S _y -Nanopartikel zu untersuchen und zu suchen .

Covelite

Jedes Mineral oder Kupfersulfid hat einzigartige Eigenschaften. Von allen ist Covelit jedoch aus struktureller und ästhetischer Sicht am interessantesten (aufgrund seines Schillerns und seiner Blautöne). Daher werden einige seiner Eigenschaften unten erwähnt.

Molmasse

95,611 g / mol.

Dichte

4,76 g / ml.

Schmelzpunkt

500 ° C; aber es bricht zusammen.

Wasserlöslichkeit

3,3 · 10 & supmin; & ^sup5; g / 100 ml bei 18ºC.

Anwendungen

Nanopartikel in der Medizin

Die Größe der Partikel variiert nicht nur, bis sie nanometrische Dimensionen erreichen, sondern auch ihre Morphologien können stark schwanken. So kann Kupfersulfid Nanokugeln, Stäbe, Platten, Dünnfilme, Käfige, Kabel oder Röhren bilden.

Diese Partikel und ihre attraktiven Morphologien finden individuelle Anwendung in verschiedenen Bereichen der Medizin.

Beispielsweise können Nanokäfige oder leere Kugeln als Wirkstoffträger im Körper dienen. Nanokugeln wurden verwendet, unterstützt von Kohlenstoffglaselektroden und Kohlenstoffnanoröhren, um als Glucosedetektoren zu fungieren; sowie seine Aggregate reagieren empfindlich auf den Nachweis von Biomolekülen wie DNA.

CuS-Nanoröhren übertreffen Nanokugeln beim Nachweis von Glukose. Zusätzlich zu diesen Biomolekülen wurden Immunosensoren aus dünnen CuS-Filmen und bestimmten Trägern zum Nachweis von Krankheitserregern entwickelt.

Nanokristalle und amorphe Aggregate von CuS können sogar die Apoptose von Krebszellen verursachen, ohne gesunde Zellen zu schädigen.

Nanowissenschaften

Im vorherigen Unterabschnitt wurde gesagt, dass seine Nanopartikel Teil von Biosensoren und Elektroden waren. Zusätzlich zu solchen Anwendungen haben Wissenschaftler und Techniker ihre Eigenschaften genutzt, um Solarzellen, Kondensatoren, Lithiumbatterien und Katalysatoren für sehr spezifische organische Reaktionen zu entwickeln. Unverzichtbare Elemente in den Nanowissenschaften.

Es ist auch erwähnenswert, dass sich das NpCuS-CA-Set (CA: Activated Carbon und Np: Nanoparticles) als Träger von Farbstoffen erwies, die für den Menschen schädlich sind, und daher als Reinigungsmittel für Quellen von Wasser absorbiert unerwünschte Moleküle.

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