คอปเปอร์ซัลไฟด์: โครงสร้างคุณสมบัติการใช้งาน - เคมี

ซัลไฟด์ทองแดงเป็นครอบครัวของสารอนินทรีที่มีสูตรทั่วไปเป็น Cu เคมี_x S และถ้า x มีค่ามากกว่า y หมายความว่าซัลไฟด์มีทองแดงมากกว่ากำมะถัน และถ้าในทางตรงกันข้าม x มีค่าน้อยกว่า y แสดงว่ากำมะถันมีกำมะถันเข้มข้นกว่าในทองแดง

ในธรรมชาติแร่ธาตุจำนวนมากมีอำนาจเหนือกว่าซึ่งเป็นตัวแทนของแหล่งธรรมชาติของสารประกอบนี้ เกือบทั้งหมดมีทองแดงที่สมบูรณ์กว่ากำมะถันและองค์ประกอบของมันจะแสดงและทำให้ง่ายขึ้นโดยสูตร Cu _x S ที่นี่ x สามารถรับค่าเศษส่วนได้ซึ่งบ่งบอกถึงของแข็งที่ไม่ใช่สโตอิชิโอเมตริก (Cu _1.75 S เป็นต้น)

ตัวอย่างแร่โคเวลไลต์ซึ่งเป็นหนึ่งในแหล่งคอปเปอร์ซัลไฟด์ตามธรรมชาติจำนวนมาก ที่มา: James St.John

แม้ว่ากำมะถันจะมีสีเหลืองในสภาพเป็นองค์ประกอบ แต่สารประกอบที่ได้มาจะมีสีเข้ม นอกจากนี้ยังเป็นกรณีของคอปเปอร์ซัลไฟด์ อย่างไรก็ตามโคฟไลต์แร่ (ภาพบนสุด) ซึ่งประกอบด้วย CuS เป็นหลักมีความมันวาวของโลหะและการเรืองแสงสีน้ำเงิน

สามารถเตรียมได้จากแหล่งทองแดงและกำมะถันที่แตกต่างกันโดยใช้เทคนิคที่แตกต่างกันและพารามิเตอร์การสังเคราะห์ที่แตกต่างกัน ดังนั้นคุณจะได้รับอนุภาคนาโนของ CuS ที่มีสัณฐานวิทยาที่น่าสนใจ

โครงสร้างของคอปเปอร์ซัลไฟด์

การเชื่อมโยง

สารประกอบนี้มีลักษณะเป็นผลึกดังนั้นจึงสามารถคิดได้ทันทีว่าประกอบด้วยไอออน Cu ⁺ (ทองแดงโมโนวาเลนต์) Cu ²⁺ (ทองแดงศักดิ์สิทธิ์) S ^2-และรวม S ₂^-และ S ₂^{2 -} (ไดซัลไฟด์แอนไอออน) ซึ่งโต้ตอบผ่านแรงไฟฟ้าสถิตหรือพันธะไอออนิก

อย่างไรก็ตามมีลักษณะโควาเลนต์เล็กน้อยระหว่าง Cu และ S ดังนั้นจึงไม่สามารถตัดพันธะ Cu-S ออกได้ จากเหตุผลนี้โครงสร้างผลึกของ CuS (และของของแข็งที่ได้มาทั้งหมด) เริ่มแตกต่างจากที่พบหรือมีลักษณะเฉพาะของสารประกอบไอออนิกหรือโควาเลนต์อื่น ๆ

กล่าวอีกนัยหนึ่งเราไม่สามารถพูดถึงไอออนบริสุทธิ์ได้ แต่ตรงกลางของสถานที่ท่องเที่ยว (ไอออนบวก - แอนไอออน) มีการทับซ้อนกันเล็กน้อยของวงโคจรภายนอกของพวกมัน (การแบ่งปันอิเล็กตรอน)

การประสานงานใน La Covelita

โครงสร้างผลึกของ Covellite ที่มา: Benjah-bmm27.

ดังที่ได้กล่าวไว้ข้างต้นโครงสร้างผลึกของโคฟไลต์จะแสดงในภาพด้านบน ประกอบด้วยผลึกหกเหลี่ยม (กำหนดโดยพารามิเตอร์ของหน่วยเซลล์) ซึ่งไอออนรวมตัวกันและปรับทิศทางตัวเองในการประสานงานที่แตกต่างกัน เหล่านี้มีเพื่อนบ้านใกล้ชิดจำนวนมาก

ในภาพไอออนของทองแดงจะแสดงด้วยทรงกลมสีชมพูในขณะที่ไอออนของกำมะถันแสดงด้วยทรงกลมสีเหลือง

โดยมุ่งเน้นไปที่ทรงกลมสีชมพูเป็นอันดับแรกจะสังเกตได้ว่าบางส่วนล้อมรอบด้วยทรงกลมสีเหลืองสามดวง (การประสานระนาบตรีโกณมิติ) และอื่น ๆ โดยสี่ (การประสานจัตุรมุข)

ทองแดงประเภทแรกคือตรีโกณมิติสามารถระบุได้ในระนาบที่ตั้งฉากกับใบหน้าหกเหลี่ยมที่หันเข้าหาผู้อ่านซึ่งคาร์บอนชนิดที่สองคือเตตระฮีดอล

ตอนนี้เปลี่ยนเป็นทรงกลมสีเหลืองบางอันมีทรงกลมสีชมพูห้าอันเป็นเพื่อนบ้าน (การประสานไบปิรามิดตรีโกณมิติ) และอีกสามอันและทรงกลมสีเหลือง ในตอนหลังเราต้องเผชิญกับไอออนไดซัลไฟด์ซึ่งสามารถมองเห็นได้ด้านล่างและภายในโครงสร้างเดียวกันของโคฟไลต์:

การประสานงาน Tetrahedral ของไอออนไดซัลไฟด์ใน covellite ที่มา: Benjah-bmm27.

สูตรทางเลือก

นอกจากนี้แล้วไอออน Cu ²⁺ , Cu ⁺ , S ²และ S ₂ 2-อย่างไรก็ตามการศึกษาดำเนินการกับ X-ray โฟโตอิเล็กตรอนสเปกโทรสโก (XPS) ระบุว่าทองแดงทั้งหมดเป็น Cu ⁺ไพเพอร์; และดังนั้นสูตรเริ่มต้น CUS จะแสดง "ดี" เป็น (Cu ⁺ ) ₃ (S ² ) (S ₂ ) -

โปรดทราบว่าอัตราส่วน Cu: S สำหรับสูตรข้างต้นยังคงเป็น 1 และนอกจากนี้ค่าธรรมเนียมจะยกเลิก

คริสตัลอื่น ๆ

คอปเปอร์ซัลไฟด์สามารถใช้ผลึกออร์โธร์มอร์บิกเช่นเดียวกับในโพลีมอร์ฟ,-Cu ₂ S ของชอลโคไซท์ ลูกบาศก์เช่นเดียวกับโพลีมอร์ฟอื่นของ chalcocite, α-Cu ₂ S; tetragonal ในแร่ anilite, Cu _1.75 S; monoclinics ใน djurleite, Cu _1.96 S และอื่น ๆ

สำหรับคริสตัลที่กำหนดแต่ละชนิดจะมีแร่อยู่และในทางกลับกันแร่แต่ละชนิดก็มีลักษณะและคุณสมบัติของตัวเอง

คุณสมบัติ

ทั่วไป

คุณสมบัติของคอปเปอร์ซัลไฟด์ขึ้นอยู่กับอัตราส่วน Cu: S ของของแข็ง ตัวอย่างเช่นแอนไอออน S ₂²มีโครงสร้างหกเหลี่ยมและอาจเป็นได้ทั้งเซมิคอนดักเตอร์หรือตัวนำโลหะ

ในทางกลับกันถ้าปริมาณกำมะถันประกอบด้วย S ^2-แอนไอออนซัลไฟด์จะทำหน้าที่เป็นสารกึ่งตัวนำและยังมีการนำไอออนิกที่อุณหภูมิสูง เนื่องจากไอออนของมันเริ่มสั่นสะเทือนและเคลื่อนที่ภายในผลึกจึงมีประจุไฟฟ้า

แม้ว่าจะขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของทองแดงและกำมะถัน แต่ซัลไฟด์อาจหรือไม่ดูดซับรังสีในย่านอินฟราเรดของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า คุณสมบัติทางแสงและไฟฟ้าเหล่านี้ทำให้เป็นวัสดุที่มีศักยภาพที่จะนำไปใช้ในอุปกรณ์ต่างๆ

ตัวแปรอื่นที่ต้องพิจารณานอกเหนือจากอัตราส่วน Cu: S คือขนาดของผลึก ไม่เพียง แต่มีคอปเปอร์ซัลไฟด์ "กำมะถัน" หรือ "คอปเปอร์" มากขึ้นเท่านั้น แต่ขนาดของผลึกของพวกมันให้ผลที่ไม่ชัดเจนต่อคุณสมบัติของมัน ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์มีความกระตือรือร้นที่จะศึกษาและแสวงหาการใช้งานสำหรับ Cu _x S _Yอนุภาคนาโน

Covelite

แร่ธาตุหรือคอปเปอร์ซัลไฟด์แต่ละชนิดมีคุณสมบัติเฉพาะตัว อย่างไรก็ตามโคฟไลต์ทั้งหมดเป็นสิ่งที่น่าสนใจที่สุดจากมุมมองของโครงสร้างและความสวยงาม (เนื่องจากมีสีรุ้งและโทนสีน้ำเงิน) ดังนั้นคุณสมบัติบางประการจึงกล่าวถึงด้านล่าง

มวลโมลาร์

95.611 ก. / โมล.

ความหนาแน่น

4.76 ก. / มล.

จุดหลอมเหลว

500 ° C; แต่มันพังทลาย

ความสามารถในการละลายน้ำ

3.3 · 10 ^-5 g / 100 mL ที่ 18 ° C

การประยุกต์ใช้งาน

อนุภาคนาโนในการแพทย์

ไม่เพียง แต่ขนาดของอนุภาคจะแตกต่างกันไปจนกว่าจะถึงขนาดนาโนเมตริกเท่านั้น แต่ยังมีการเปลี่ยนแปลงสัณฐานของมันอย่างมากอีกด้วย ดังนั้นคอปเปอร์ซัลไฟด์สามารถสร้างนาโนสเฟียร์แท่งแผ่นฟิล์มบางกรงสายเคเบิลหรือท่อ

อนุภาคเหล่านี้และสัณฐานวิทยาที่น่าสนใจของพวกมันได้มาจากการใช้งานส่วนบุคคลในสาขาการแพทย์ที่แตกต่างกัน

ตัวอย่างเช่นนาโนคาจหรือทรงกลมว่างเปล่าสามารถใช้เป็นตัวพายาภายในร่างกายได้ มีการใช้นาโนสเฟียร์ซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยอิเล็กโทรดแก้วคาร์บอนและท่อนาโนคาร์บอนเพื่อทำหน้าที่เป็นเครื่องตรวจจับน้ำตาลกลูโคส เช่นเดียวกับมวลรวมของมันมีความไวต่อการตรวจจับสารชีวโมเลกุลเช่น DNA

ท่อนาโน CuS มีประสิทธิภาพดีกว่านาโนสเฟียร์ในการตรวจจับกลูโคส นอกจากชีวโมเลกุลเหล่านี้แล้วภูมิคุ้มกันยังได้รับการออกแบบจากฟิล์ม CuS บาง ๆ และรองรับการตรวจหาเชื้อโรค

Nanocrystals และมวลรวมอสัณฐานของ CuS อาจทำให้เกิดการตายของเซลล์มะเร็งได้โดยไม่ก่อให้เกิดความเสียหายต่อเซลล์ที่มีสุขภาพดี

นาโนศาสตร์

ในส่วนย่อยก่อนหน้านี้มีการกล่าวว่าอนุภาคนาโนของมันเป็นส่วนหนึ่งของไบโอเซนเซอร์และอิเล็กโทรด นอกเหนือจากการใช้งานดังกล่าวแล้วนักวิทยาศาสตร์และช่างเทคนิคยังได้ใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติในการออกแบบเซลล์แสงอาทิตย์ตัวเก็บประจุแบตเตอรี่ลิเธียมและตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับปฏิกิริยาอินทรีย์ที่เฉพาะเจาะจง องค์ประกอบที่ขาดไม่ได้ในนาโนศาสตร์

นอกจากนี้ยังควรค่าแก่การกล่าวถึงว่าเมื่อรองรับถ่านกัมมันต์ชุด NpCuS-CA (CA: ถ่านกัมมันต์และ Np: อนุภาคนาโน) ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าใช้เป็นตัวกำจัดสีย้อมที่เป็นอันตรายต่อมนุษย์ดังนั้นจึงทำงานเป็นเครื่องกรองแหล่งที่มาของ น้ำดูดซับโมเลกุลที่ไม่ต้องการ

อ้างอิง

ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
วิกิพีเดีย (2019). คอปเปอร์ซัลไฟด์ สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
Ivan Grozdanov และ Metodija Najdoski (1995). สมบัติทางแสงและไฟฟ้าของฟิล์มคอปเปอร์ซัลไฟด์ขององค์ประกอบตัวแปร Journal of Solid State Chemistry เล่มที่ 114, ฉบับที่ 2, 1 กุมภาพันธ์ 1995, หน้า 469-475 doi.org/10.1006/jssc.1995.1070
ศูนย์ข้อมูลเทคโนโลยีชีวภาพแห่งชาติ (2019). คอปเปอร์ซัลไฟด์ (CuS) ฐานข้อมูล PubChem CID = 14831 สืบค้นจาก: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
Peter A. Ajibade และ Nandipha L. Botha (2017) การสังเคราะห์คุณสมบัติทางแสงและโครงสร้าง
ของคอปเปอร์ซัลไฟด์นาโนคริสตัลจากสารตั้งต้นโมเลกุลเดี่ยว ภาควิชาเคมี University of Fort Hare, Private Bag X1314, Alice 5700, South Africa วัสดุนาโน, 7, 32.
การทำงานร่วมกัน: ผู้เขียนและบรรณาธิการของเล่ม III / 17E-17F-41C (nd) โครงสร้างผลึกของคอปเปอร์ซัลไฟด์ (Cu2S, Cu (2-x) S) พารามิเตอร์ตาข่าย ใน: Madelung O. , Rössler U. , Schulz M. (eds) Non-Tetrahedrally Bonded Elements and Binary Compounds I. Landolt-Börnstein- Group III Condensed Matter (ข้อมูลเชิงตัวเลขและความสัมพันธ์เชิงฟังก์ชันในวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี), เล่ม 41C. สปริงเกอร์เบอร์ลินไฮเดลเบิร์ก
Momtazan, F. , Vafaei, A. , Ghaedi, M. et al. Korean J. Chem. Eng. (2018). การประยุกต์ใช้อนุภาคนาโนของคอปเปอร์ซัลไฟด์ที่บรรจุถ่านกัมมันต์สำหรับการดูดซับสีย้อมพร้อมกัน: วิธีการพื้นผิวตอบสนอง 35: 1108. doi.org/10.1007/s11814-018-0012-1
Goel, S. , Chen, F. , & Cai, W. (2014). การสังเคราะห์และการใช้งานทางชีวการแพทย์ของอนุภาคนาโนของคอปเปอร์ซัลไฟด์: จากเซนเซอร์ไปจนถึงเทราโนสติกส์ Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany), 10 (4), 631–645 ดอย: 10.1002 / smll.201301174

คอปเปอร์ซัลไฟด์: โครงสร้างคุณสมบัติการใช้งาน - เคมี - 2025