Моносульфид меди
Моносульфид меди
Имена
Название ИЮПАК
Сульфид меди
Другие имена
Ковеллин
Сульфид меди (II)
Сульфид меди
Идентификаторы
  • 1317-40-4 проверятьИ
3D модель ( JSmol )
  • Интерактивное изображение
ChemSpider
  • 14145 проверятьИ
Информационная карта ECHA100.013.884
Номер ЕС
  • 215-271-2
CID PubChem
  • 14831
Номер RTECS
  • GL8912000
УНИИ
  • KL4YU612X7 проверятьИ
  • DTXSID601316949 DTXSID0061666, DTXSID601316949
  • InChI=1S/Cu.S проверятьИ
    Ключ: BWFPGXWASODCHM-UHFFFAOYSA-N проверятьИ
  • InChI=1/Cu.S/rCuS/c1-2
    Ключ: BWFPGXWASODCHM-BLKBWTQCAT
  • [Cu]=S
Характеристики
CuS
Молярная масса95,611 г/моль
Появлениечерный порошок или комки
Плотность4,76 г/см 3
Температура плавлениявыше 500 °C (932 °F; 773 K) (разлагается) [2]
0,000033 г/100 мл (18 °C)
6 х 10 −37 [1]
Растворимостьрастворим в HNO 3 , NH 4 OH , KCN
нерастворим в HCl , H 2 SO 4
-2,0·10−6 см 3 / моль
Показатель преломления ( nD )
1.45
Структура
шестиугольный
Опасности
Маркировка СГС :
GHS09: Опасность для окружающей среды
H413
С273 , С501
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (допустимый)
TWA 1 мг/м 3 (как Cu) [3]
РЕЛ (рекомендуется)
TWA 1 мг/м 3 (как Cu) [3]
IDLH (Непосредственная опасность)
TWA 100 мг/м 3 (как Cu) [3]
Родственные соединения
Другие анионы
Оксид меди(II)
Другие катионы
сульфид цинка
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа).
проверятьИ проверить  ( что такое   ?)проверятьИ☒Н
Химическое соединение

Моносульфид меди — это химическое соединение меди и серы . Первоначально считалось, что он встречается в природе как темно-синий минерал ковеллин . Однако позже было показано, что это скорее медное соединение с формулой Cu3S ( S2 ) . [ 4] CuS является умеренным проводником электричества. [5] Черный коллоидный осадок CuS образуется при пропускании сероводорода , H2S , через растворы солей Cu(II). [6] Это одно из многих бинарных соединений меди и серы (см. сульфид меди для обзора этой темы), и оно привлекло внимание из-за его потенциального использования в катализе [7] и фотоэлектричестве . [8]

Производство

Моносульфид меди можно получить путем пропускания сероводорода в раствор соли меди(II) .

Альтернативно его можно получить путем плавления избытка серы с сульфидом меди(I) или осаждением сероводородом из раствора безводного хлорида меди(II) в безводном этаноле .

Реакция меди с расплавленной серой с последующим кипячением гидроксида натрия и реакция сульфида натрия с водным сульфатом меди также приведут к образованию сульфида меди.

Структура и связь CuS

Сульфид меди кристаллизуется в гексагональной кристаллической системе, и это форма минерала ковеллина . Существует также аморфная форма высокого давления [9] , которая на основе спектра Рамана была описана как имеющая искаженную структуру ковеллина. Сообщалось об аморфной полупроводниковой форме при комнатной температуре, полученной в результате реакции комплекса этилендиамина Cu(II) с тиомочевиной , которая трансформируется в кристаллическую форму ковеллина при 30 °C. [10]
Кристаллическая структура ковеллина была описана несколько раз, [11] [12] [13] и хотя эти исследования в целом согласны в назначении пространственной группы P6 3 /mmc, существуют небольшие расхождения в длинах связей и углах между ними. Структура была описана Уэллсом как «экстраординарная» [14] и сильно отличается от оксида меди(II) , но похожа на CuSe (клокманнит). Элементарная ячейка ковеллина содержит 6 формульных единиц (12 атомов), в которых:

  • 4 атома Cu имеют тетраэдрическую координацию (см. иллюстрацию).
  • 2 атома Cu имеют тригональную плоскую координацию (см. иллюстрацию).
  • Две пары атомов S находятся на расстоянии всего 207,1 пм друг от друга [13], что указывает на существование связи SS (дисульфидной единицы).
  • Два оставшихся атома S образуют треугольные плоские треугольники вокруг атомов меди и окружены пятью атомами Cu в пентагональной бипирамиде (см. иллюстрацию).
  • Атомы S на каждом конце дисульфидной единицы тетраэдрически координированы с 3 тетраэдрически координированными атомами Cu и другим атомом S в дисульфидной единице (см. иллюстрацию).

Формулировка сульфида меди как Cu II S (т.е. не содержащая связи сера-сера) явно несовместима с кристаллической структурой, а также противоречит наблюдаемому диамагнетизму [15], поскольку соединение Cu(II) имело бы конфигурацию ad 9 и, как ожидается, было бы парамагнитным. [6]
Исследования с использованием XPS [16] [17] [18] [19] показывают, что все атомы меди имеют степень окисления +1. Это противоречит формулировке, основанной на кристаллической структуре и подчиняющейся правилу октета , которое встречается во многих учебниках (например, [6] [20] ), описывающих CuS как содержащий как Cu I , так и Cu II , т.е. (Cu + ) 2 Cu 2+ (S 2 ) 2− S 2− . Альтернативная формулировка как (Cu + ) 3 (S 2− )(S 2 ) − была предложена и поддержана расчетами. [21] Формулу не следует интерпретировать как содержащую радикальный анион, а скорее как то, что существует делокализованная валентная «дырка». [21] [22] Исследования электронного парамагнитного резонанса при осаждении солей Cu(II) показывают, что восстановление Cu(II) до Cu(I) происходит в растворе. [23]

шаростержневая модель части
кристаллической структуры ковеллита		тригонально-плоская
координация меди		тетраэдрическая
координация меди		тригонально-бипирамидальная
координация серы		тетраэдрическая
координация дисульфидной единицы серы

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Ролли Дж. Майерс (1986). «Новое низкое значение второй константы диссоциации для H2S: его история, его лучшее значение и его влияние на преподавание сульфидных равновесий». J. Chem. Educ . 63 (8): 687. Bibcode :1986JChEd..63..687M. doi :10.1021/ed063p687.
  2. ^ Блахник, Р.; Мюллер, А. (2000). «Образование Cu2S из элементов I. Медь, используемая в виде порошков». Thermochimica Acta . 361 ( 1–2 ): 31–52 . doi :10.1016/S0040-6031(00)00545-1.
  3. ^ abc NIOSH Карманный справочник по химическим опасностям. "#0150". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  4. ^ Liang, W., Whangbo, MH (1993) Анизотропия проводимости и структурный фазовый переход в ковеллите CuS Solid State Communications, 85(5), 405-408
  5. ^ Уэллс А.Ф. (1962) Структурная неорганическая химия , 3-е издание, Oxford University Press
  6. ^ abc Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8.
  7. ^ Кучмий, С.Ю.; Коржак АВ; Раевская А.Е.; Крюков А.И. (2001). "Катализ восстановления метилвиологена сульфидом натрия наночастицами CuS". Теоретическая и экспериментальная химия . 37 (1). New York: Springer: 36–41 . doi :10.1023/A:1010465823376. S2CID  91893521.
  8. ^ Mane, RS; Lokhande CD (июнь 2000). "Метод химического осаждения тонких пленок халькогенидов металлов". Materials Chemistry and Physics . 65 (1): 1– 31. doi :10.1016/S0254-0584(00)00217-0.
  9. ^ Peiris, M; Sweeney, JS; Campbell, AJ; Heinz DL (1996). "Аморфизация ковеллина, вызванная давлением, CuS". J. Chem. Phys . 104 (1): 11– 16. Bibcode :1996JChPh.104...11P. doi :10.1063/1.470870.
  10. ^ Грихальва, Х.; Иноуэ, М.; Боггаварапу, С.; Калверт, П. (1996). «Аморфные и кристаллические сульфиды меди, CuS». J. Mater. Chem . 6 (7): 1157– 1160. doi :10.1039/JM9960601157.
  11. ^ Офтедал, И. (1932). «Die Kristallstruktur des Covellins (CuS)». З. Кристаллогр . 83 ( 1–6 ): 9–25 . doi :10.1524/zkri.1932.83.1.9. S2CID  101164006.
  12. ^ Берри, LG (1954). «Кристаллическая структура ковеллина CuS и клокманнита CuSe». American Mineralogist . 39 : 504.
  13. ^ ab Evans, HT Jr.; Konnert J. (1976). «Уточнение кристаллической структуры ковеллина». American Mineralogist . 61 : 996–1000 .
  14. ^ Уэллс А.Ф. (1984) Структурная неорганическая химия 5-е издание Oxford Science Publications ISBN 0-19-855370-6 
  15. ^ Магнитная восприимчивость элементов и неорганических соединений Архивировано 2012-01-12 на Wayback Machine
  16. ^ Накаи, И.; Сугитани, И.; Нагашима, К.; Нива, И. (1978). «Рентгеновское фотоэлектронное спектроскопическое исследование медных минералов». Журнал неорганической и ядерной химии . 40 (5): 789– 791. doi :10.1016/0022-1902(78)80152-3.
  17. ^ Folmer, JCW; Jellinek F. (1980). «Валентность меди в сульфидах и селенидах: исследование рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии». Journal of the Less Common Metals . 76 ( 1– 2): 789– 791. doi :10.1016/0022-5088(80)90019-3.
  18. ^ Folmer, JCW; Jellinek F.; Calis GHM (1988). «Электронная структура пиритов, в частности CuS 2 и Fe 1− x Cu x Se 2 : XPS и мёссбауэровское исследование». Журнал химии твёрдого тела . 72 (1): 137– 144. Bibcode : 1988JSSCh..72..137F. doi : 10.1016/0022-4596(88)90017-5.
  19. ^ Goh, SW; Buckley AN; Lamb RN (февраль 2006 г.). «Copper(II) sulfide?». Minerals Engineering . 19 (2): 204–208 . doi :10.1016/j.mineng.2005.09.003.
  20. ^ Коттон, Ф. Альберт ; Уилкинсон, Джеффри ; Мурильо, Карлос А.; Бохманн, Манфред (1999), Advanced Inorganic Chemistry (6-е изд.), Нью-Йорк: Wiley-Interscience, ISBN 0-471-19957-5
  21. ^ ab Liang, W.; Whangbo M, -H (февраль 1993 г.). "Анизотропия проводимости и структурный фазовый переход в ковеллине CuS". Solid State Communications . 85 (5): 405– 408. Bibcode : 1993SSCom..85..405L. doi : 10.1016/0038-1098(93)90689-K.
  22. ^ Nozaki, H; Shibata, K; Ohhashi, N. (апрель 1991 г.). «Металлическая дырочная проводимость в CuS». Журнал химии твердого тела . 91 (2): 306– 311. Bibcode :1991JSSCh..91..306N. doi :10.1016/0022-4596(91)90085-V.
  23. ^ Luther, GW; Theberge SM; Rozan TF; Rickard D; Rowlands CC; Oldroyd A. (февраль 2002 г.). «Водные кластеры сульфида меди как промежуточные продукты при образовании сульфида меди». Environ. Sci. Technol . 36 (3): 394– 402. Bibcode :2002EnST...36..394L. doi :10.1021/es010906k. PMID  11871554.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Моносульфид_меди&oldid=1242907267"