VARA SULFĪDS: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, LIETOJUMI - ĶĪMIJA - 2025

Vara sulfīds ir ģimenes Neorganisko savienojumu, kuru vispārējā formula ir Cu chemistry _x S _un . Ja x ir lielāks par y, tas nozīmē, ka minētais sulfīds ir bagātāks ar vara nekā sēra saturu; un, ja gluži pretēji, x ir mazāks par y, tad sērs ir bagātāks par sēru nekā varš.

Dabā pārsvarā ir minerāli, kas pārstāv šī savienojuma dabiskos avotus. Gandrīz visi no tiem ir bagātāki ar varu nekā sēru, un to sastāvu izsaka un vienkāršo ar formulu Cu _x S; šeit x var būt pat frakcionētas vērtības, kas norāda uz nestehiometrisku cietu vielu (piemēram, Cu _1,75 S).

Kovellīta minerāla paraugs, kas ir viens no daudzajiem vara sulfīda dabiskajiem avotiem. Avots: Džeimss Sv

Kaut arī sērs elementārā stāvoklī ir dzeltens, tā atvasinātajiem savienojumiem ir tumšas krāsas; Tas attiecas arī uz vara sulfīdu. Tomēr minerālajam kovelītam (augšējais attēls), kas galvenokārt sastāv no CuS, piemīt metālisks spīdums un zilgana zaigošana.

Tos var pagatavot no dažādiem vara un sēra avotiem, izmantojot dažādas metodes un mainot sintēzes parametrus. Tādējādi jūs varat iegūt CuS nanodaļiņas ar interesantām morfoloģijām.

Vara sulfīda struktūra

Saites

Šim savienojumam ir kristālisks raksturs, tāpēc var uzreiz domāt, ka tas sastāv no joniem Cu ⁺ (monovalents varš), Cu ²⁺ (divvērtīgais varš), S ^2- un, ieskaitot, S ₂ ^- un S ₂ ^{2 -} (disulfīdu anjoni), kas mijiedarbojas ar elektrostatisko spēku vai jonu saiti.

Tomēr starp Cu un S ir neliels kovalents raksturs, un tāpēc nevar izslēgt Cu-S saiti. No šī spriešanas CuS (un visu no tā atvasināto cietvielu) kristālu struktūra sāk atšķirties no tiem, kas atrasti vai raksturoti citiem jonu vai kovalentiem savienojumiem.

Citiem vārdiem sakot, mēs nevaram runāt par tīriem joniem, bet gan par to, ka viņu atrakciju (katjonu-anjonu) vidū ir neliela viņu ārējo orbitāļu pārklāšanās (elektronu dalīšana).

Koordinācija la covelita

Kovellīta kristāla struktūra. Avots: Benjah-bmm27.

Ievērojot iepriekš teikto, augšējā attēlā parādīta covelīta kristāla struktūra. Tas sastāv no sešstūra kristāliem (ko nosaka to vienības parametri), kuros joni apvienojas un orientējas dažādās koordinātās; tie ir ar daudzveidīgu skaitu tuvu kaimiņu.

Attēlā vara jonus attēlo rozā sfēras, bet sēra jonus attēlo dzeltenās sfēras.

Vispirms koncentrējoties uz rozā sfērām, tiks atzīmēts, ka dažas ieskauj trīs dzeltenas sfēras (trigonālās plaknes koordinācija), bet citas - četras (tetraedriskā koordinācija).

Pirmo vara veidu, trigonālo, var identificēt plaknēs, kas ir perpendikulāras sešstūrainajām sejām, kas vērstas pret lasītāju, kurā savukārt atrodas otrais oglekļa tips - tetraedriskais.

Pievēršoties dzeltenajām sfērām, dažām kaimiņos ir piecas sārtas sfēras (trigonālā bipiramīdas koordinācija), bet citām trīs un dzeltenā sfēra (atkal tetraedriskā koordinācija); pēdējā ir redzams disulfīda anjons, kas redzams zem un tajā pašā kovelīta struktūrā:

Disulfīda anjona tetraedriskā koordinācija covellitē. Avots: Benjah-bmm27.

Alternatīva formula

Tad ir joni Cu ²⁺ , Cu ⁺ , S ^2- un S ₂ ^2- . Tomēr pētījumi, kas veikti ar rentgena fotoelektronu spektroskopiju (XPS), norāda, ka viss varš ir kā Cu ⁺ katjoni ; un tāpēc sākotnējo formulu CuS izsaka "labāk" kā (Cu ⁺ ) ₃ (S ²⁻ ) (S ₂ ) ^- .

Ņemiet vērā, ka iepriekšminētās formulas Cu: S attiecība paliek 1, un turklāt maksa tiek atcelta.

Citi kristāli

Vara sulfīds var pieņemt Ortorombisks kristāli, kā polimorfa, γ-Cu ₂ S, no chalcocite; kubiskā, kā citā polimorfs chalcocite, α-Cu ₂ S; tetragonāls minerālā anilītā, Cu _1,75 S; monoklīnijas, djurleitā, Cu _1,96 S, cita starpā.

Katram definētajam kristālam ir minerāls, un tam, savukārt, katram minerālam ir savas īpašības un īpašības.

Īpašības

Vispārīgi

Vara sulfīda īpašības ir atkarīgas no tā cietvielu Cu: S attiecības. Piemēram, tiem, kuriem ir S ₂ ^2- aniji, ir sešstūrainas struktūras, un tie var būt gan pusvadītāji, gan metāla vadītāji.

No otras puses, ja sēra saturs sastāv tikai no S ^2- anjoniem , tad sulfīdi darbojas kā pusvadītāji, un augstās temperatūrās tiem ir arī jonu vadītspēja. Tas notiek tāpēc, ka tā joni sāk vibrēt un pārvietoties kristālu iekšienē, tādējādi pārvadājot elektriskos lādiņus.

Optiski, kaut arī tas ir atkarīgs arī no to vara un sēra sastāva, sulfīdi var vai nevar absorbēt starojumu elektromagnētiskā spektra infrasarkanajā apgabalā. Šīs optiskās un elektriskās īpašības padara tos par potenciāliem materiāliem, kurus var izmantot dažādos ierīču diapazonos.

Cits mainīgais lielums, kas jāņem vērā papildus Cu: S attiecībai, ir kristālu lielums. Ir ne tikai tas, ka ir vairāk “sēra” vai “vara” vara sulfīdu, bet arī to kristālu izmēri neprecīzi ietekmē to īpašības; Tādējādi zinātnieki vēlas pētīt un meklēt lietojumus Cu _x S _y nanodaļiņām .

Covelite

Katram minerālam vai vara sulfīdam ir unikālas īpašības. Tomēr no visiem tiem kovelīts ir visinteresantākais no strukturālā un estētiskā viedokļa (tā zīdīšanas un zilo toņu dēļ). Tāpēc dažas no tā īpašībām ir minētas zemāk.

Molārā masa

95,611 g / mol.

Blīvums

4,76 g / ml.

Kušanas punkts

500 ° C; bet tas sabojājas.

Šķīdība ūdenī

3,3 · ^10–5 g / 100 ml 18 ° C temperatūrā.

Lietojumprogrammas

Nanodaļiņas medicīnā

Daļiņu lielums ne tikai mainās, līdz tās sasniedz nanometriskos izmērus, bet arī to morfoloģijas var ievērojami svārstīties. Tādējādi vara sulfīds var veidot nanosfēras, stieņus, plāksnes, plānas plēves, būrus, kabeļus vai caurules.

Šīs daļiņas un to pievilcīgās morfoloģijas iegūst individuālu pielietojumu dažādās medicīnas jomās.

Piemēram, nanokrāti vai tukšas sfēras var kalpot par narkotiku nesējiem organismā. Nanosfēras ir izmantotas kā oglekļa stikla elektrodi un oglekļa nanocaurules, lai darbotos kā glikozes detektori; kā arī tā agregāti ir jutīgi pret tādu biomolekulu kā DNS atklāšanu.

CuS nanocaurulītes pārspēj nanosfēras glikozes noteikšanā. Papildus šīm biomolekulēm no plānām CuS plēvēm un noteiktiem balstiem patogēnu noteikšanai ir izstrādāti imūnsensori.

Nanokristāli un amorfie CuS agregāti var izraisīt pat vēža šūnu apoptozi, neradot kaitējumu veselām šūnām.

Nanozinātne

Iepriekšējā apakšnodaļā tika teikts, ka tā nanodaļiņas ir bijuši biosensoru un elektrodu sastāvdaļa. Papildus šādiem lietojumiem zinātnieki un tehniķi ir izmantojuši arī tā īpašības, lai izstrādātu saules baterijas, kondensatorus, litija baterijas un katalizatorus ļoti specifiskām organiskām reakcijām; Nanozinātnes neaizstājami elementi.

Ir arī vērts pieminēt, ka NpCuS-CA komplekts (CA: aktivētā ogle un Np: nanodaļiņas), kad tas tika atbalstīts uz aktīvās ogles, izrādījās kalpo par cilvēkiem kaitīgu krāsvielu noņemšanas līdzekli un tāpēc darbojas kā avotu attīrītājs. ūdeni absorbējošas nevēlamas molekulas.

Atsauces

1. Šiveris un Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija. (Ceturtais izdevums). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019. gads). Vara sulfīds. Atgūts no: en.wikipedia.org
3. Ivans Grozdanovs un Metodija Najdoski. (deviņpadsmit deviņdesmit pieci). Mainīga sastāva vara sulfīda plēvju optiskās un elektriskās īpašības. Journal of Solid State Chemistry 114. sējums, 2. izdevums, 1995. gada 1. februāris, 469. – 475. Lpp. doi.org/10.1006/jssc.1995.1070
4. Nacionālais biotehnoloģijas informācijas centrs. (2019. gads). Vara sulfīds (CuS). PubChem datu bāze. CID = 14831. Atgūts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Pēteris A. Ajibade un Nandipha L. Botha. (2017). Sintēze, optiskās un strukturālās īpašības
6. vara sulfīda nanokristālu atdalīšana no vienas molekulas prekursoriem. Forthare Universitātes Ķīmijas departaments, privāta soma X1314, Alise 5700, Dienvidāfrika. Nanomateriāli, 7, 32.
7. Sadarbība: III / 17E-17F-41C (nd) sējumu autori un redaktori. Vara sulfīdu (Cu2S, Cu (2-x) S) kristālu struktūra, režģa parametri. In: Madelung O., Rössler U., Schulz M. (red.) Netetraedriski saistītie elementi un binārie savienojumi I. Landolt-Börnstein - III grupas kondensētais materiāls (skaitliskie dati un funkcionālās attiecības zinātnē un tehnoloģijā), 41.sēj. Springers, Berlīne, Heidelberga.
8. Momtazan, F., Vafaei, A., Ghaedi, M. et al. Korejietis J. Chem. Eng. (2018). Vara sulfīda nanodaļiņu pielietošana ar aktīvo ogli trīskāršo krāsu vienlaicīgai adsorbcijai: reaģēšanas virsmas metodika. 35: 1108. doi.org/10.1007/s11814-018-0012-1
9. Goel, S., Chen, F., & Cai, W. (2014). Vara sulfīda nanodaļiņu sintēze un biomedicīnas pielietojums: no sensoriem līdz theranostikai. Maza (Weinheim an der Bergstrasse, Vācija), 10 (4), 631–645. doi: 10.1002 / smll.201301174