ĐỒNG SUNFUA: CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT, CÔNG DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các sunfua đồng là một gia đình của các hợp chất vô cơ có chung công thức là Củ hóa _x S _và . Nếu x lớn hơn y, điều đó có nghĩa là sunfua giàu đồng hơn lưu huỳnh; và ngược lại, nếu x nhỏ hơn y, thì lưu huỳnh giàu lưu huỳnh hơn đồng.

Trong tự nhiên, nhiều khoáng chất chiếm ưu thế đại diện cho các nguồn tự nhiên của hợp chất này. Hầu như tất cả chúng đều giàu đồng hơn lưu huỳnh, và thành phần của chúng được biểu thị và đơn giản hóa bằng công thức Cu _x S; ở đây x thậm chí có thể nhận các giá trị phân số, biểu thị của một chất rắn không phân đoạn ( ví dụ: Cu _1,75 S).

Một mẫu khoáng chất covellite, một trong nhiều nguồn tự nhiên của đồng sunfua. Nguồn: James St. John

Mặc dù lưu huỳnh có màu vàng ở trạng thái nguyên tố, nhưng các hợp chất dẫn xuất của nó có màu tối; Đây cũng là trường hợp của đồng sunfua. Tuy nhiên, khoáng vật covelit (hình trên), được cấu tạo chủ yếu bởi CuS, thể hiện ánh kim loại và ánh kim hơi xanh.

Chúng có thể được điều chế từ các nguồn đồng và lưu huỳnh khác nhau, sử dụng các kỹ thuật khác nhau và thay đổi các thông số tổng hợp. Do đó, bạn có thể thu được các hạt nano CuS với hình thái thú vị.

Cấu trúc của đồng sunfua

Liên kết

Hợp chất này có vẻ ngoài là tinh thể, vì vậy nó có thể được liên tưởng ngay đến nó được cấu tạo bởi các ion Cu ⁺ (đồng hóa trị đơn), Cu ²⁺ (đồng hóa trị hai), S ^2- và, bao gồm, S ₂ ^- và S ₂ ^{2 -} (anion disunfua), tương tác thông qua lực tĩnh điện hoặc liên kết ion.

Tuy nhiên, có một đặc tính cộng hóa trị nhỏ giữa Cu và S, và do đó không thể loại trừ liên kết Cu-S. Từ lý luận này, cấu trúc tinh thể của CuS (và của tất cả các chất rắn có nguồn gốc từ nó) bắt đầu khác với cấu trúc được tìm thấy hoặc đặc trưng cho các hợp chất ion hoặc cộng hóa trị khác.

Nói cách khác, chúng ta không thể nói về các ion thuần túy, mà đúng hơn là ở giữa các điểm hấp dẫn của chúng (cation-anion), có một sự xen phủ nhẹ của các obitan bên ngoài của chúng (chia sẻ electron).

Điều phối ở la covelita

Cấu trúc tinh thể của covellit. Nguồn: Benjah-bmm27.

Như đã nói ở trên, cấu trúc tinh thể của covelite được thể hiện trong hình trên. Nó bao gồm các tinh thể lục giác (được xác định bởi các thông số của các ô đơn vị của chúng), trong đó các ion hợp nhất và tự định hướng theo các cách phối trí khác nhau; chúng, với một số lượng lớn những người hàng xóm thân thiết.

Trong hình ảnh, các ion đồng được biểu thị bằng các quả cầu màu hồng, trong khi các ion lưu huỳnh được biểu thị bằng các quả cầu màu vàng.

Đầu tiên, tập trung vào các quả cầu màu hồng, sẽ lưu ý rằng một số được bao quanh bởi ba quả cầu màu vàng (phối trí mặt phẳng tam giác), và những quả khác là bốn (phối trí tứ diện).

Loại đồng đầu tiên, đồng tam giác, có thể được xác định trong các mặt phẳng vuông góc với các mặt lục giác đối diện với đầu đọc, trong đó loại cacbon thứ hai, tứ diện, lần lượt là.

Bây giờ chuyển sang các quả cầu màu vàng, một số có năm quả cầu màu hồng là hàng xóm (phối trí bipyramid tam giác), và những quả khác là ba và quả cầu màu vàng (một lần nữa, phối hợp tứ diện); trong thứ hai, anion disulfua được nhìn thấy, có thể được nhìn thấy bên dưới và trong cùng một cấu trúc của covelit:

Sự phối trí tứ diện của anion disulfua trong covellit. Nguồn: Benjah-bmm27.

Công thức thay thế

Khi đó có các ion Cu ²⁺ , Cu ⁺ , S ^2- và S ₂ ^2- . Tuy nhiên, các nghiên cứu được thực hiện với quang phổ quang điện tử tia X (XPS), chỉ ra rằng tất cả đồng đều ở dạng cation Cu ⁺ ; và do đó, công thức ban đầu CuS, được biểu thị "tốt hơn" là (Cu ⁺ ) ₃ (S ²⁻ ) (S ₂ ) ^- .

Lưu ý rằng tỷ lệ Cu: S cho công thức trên vẫn là 1, và hơn nữa các điện tích bị hủy.

Tinh thể khác

Đồng sunfua có thể tạo ra các tinh thể trực thoi, như trong dạng đa hình, γ-Cu ₂ S, của chalcocite; khối, như trong một dạng đa hình khác của chalcocite, α-Cu ₂ S; tứ giác, trong khoáng vật anilit, Cu _1,75 S; đơn tà, trong djurleit, Cu _1,96 S, trong số những chất khác.

Đối với mỗi tinh thể xác định có một khoáng chất, và đến lượt nó, mỗi khoáng vật có những đặc điểm và tính chất riêng.

Tính chất

Chung

Các tính chất của đồng sunfua phụ thuộc vào tỷ lệ Cu: S trong chất rắn của nó. Ví dụ, những chất có mặt anion S ₂ ^2- có cấu trúc lục giác, và có thể là chất bán dẫn hoặc chất dẫn kim loại.

Mặt khác, nếu hàm lượng lưu huỳnh chỉ bao gồm các anion S ^2- , thì các sunfua hoạt động như chất bán dẫn và cũng thể hiện tính dẫn điện ion ở nhiệt độ cao. Điều này là do các ion của nó bắt đầu dao động và di chuyển trong các tinh thể, do đó mang điện tích.

Về mặt quang học, mặc dù nó cũng phụ thuộc vào thành phần đồng và lưu huỳnh của chúng, các sulfua có thể hấp thụ hoặc không hấp thụ bức xạ trong vùng hồng ngoại của phổ điện từ. Các đặc tính quang và điện này làm cho nó trở thành vật liệu tiềm năng để thực hiện trong các phạm vi thiết bị khác nhau.

Một biến số khác cần xem xét, ngoài tỷ lệ Cu: S, là kích thước của tinh thể. Không chỉ có nhiều sunfua đồng “lưu huỳnh” hoặc “đồng bạc”, mà kích thước của các tinh thể của chúng ảnh hưởng không chính xác đến tính chất của chúng; Vì vậy, các nhà khoa học đang ráo riết nghiên cứu và tìm kiếm ứng dụng cho hạt nano Cu _x S _y .

Covelite

Mỗi khoáng chất hoặc đồng sunfua có những đặc tính riêng biệt. Tuy nhiên, trong số tất cả chúng, covelite là thú vị nhất từ ​​quan điểm cấu trúc và thẩm mỹ (do ánh kim và tông màu xanh của nó). Do đó, một số thuộc tính của nó được đề cập dưới đây.

Khối lượng phân tử

95,611 g / mol.

Tỉ trọng

4,76 g / mL.

Độ nóng chảy

500 ° C; nhưng nó bị hỏng.

Khả năng hòa tan trong nước

3,3 · 10 ^-5 g / 100 mL ở 18 ° C.

Các ứng dụng

Hạt nano trong y học

Kích thước của các hạt không chỉ thay đổi cho đến khi chúng đạt đến kích thước nano, mà hình thái của chúng cũng có thể dao động rất lớn. Do đó, đồng sunfua có thể tạo thành các hạt nano, thanh, tấm, màng mỏng, lồng, cáp hoặc ống.

Các hạt này và hình thái hấp dẫn của chúng có được các ứng dụng riêng lẻ trong các lĩnh vực y học khác nhau.

Ví dụ, nanocages hoặc hình cầu rỗng có thể đóng vai trò như chất vận chuyển thuốc trong cơ thể. Các hạt nano đã được sử dụng, được hỗ trợ bởi các điện cực thủy tinh carbon và ống nano carbon, để hoạt động như máy dò đường; cũng như các tập hợp của nó nhạy cảm với việc phát hiện các phân tử sinh học như DNA.

Các ống nano CuS vượt trội hơn các hạt nano trong việc phát hiện glucose. Ngoài các phân tử sinh học này, cảm biến miễn dịch đã được thiết kế từ màng CuS mỏng và hỗ trợ nhất định cho việc phát hiện mầm bệnh.

Các tinh thể nano và các tập hợp CuS vô định hình thậm chí có thể gây ra quá trình apoptosis của tế bào ung thư mà không gây tổn thương cho các tế bào khỏe mạnh.

Khoa học nano

Trong phần trước, người ta đã nói rằng các hạt nano của nó là một phần của cảm biến sinh học và điện cực. Ngoài những công dụng đó, các nhà khoa học và kỹ thuật cũng đã tận dụng các đặc tính của nó để thiết kế pin mặt trời, tụ điện, pin lithium, chất xúc tác cho các phản ứng hữu cơ rất cụ thể; Yếu tố không thể thiếu trong khoa học nano.

Cũng cần nhắc lại rằng khi được hỗ trợ trên than hoạt tính, bộ NpCuS-CA (CA: Than hoạt tính, và Np: Hạt nano) được chứng minh là loại bỏ thuốc nhuộm có hại cho con người và do đó, hoạt động như một bộ lọc các nguồn nước hấp thụ các phân tử không mong muốn.

Người giới thiệu

1. Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ. (Tái bản lần thứ tư). Đồi Mc Graw.
2. Wikipedia. (2019). Đồng sunfua. Khôi phục từ: en.wikipedia.org
3. Ivan Grozdanov và Metodija Najdoski. (1995). Tính chất quang và điện của màng đồng sunfua có thành phần biến đổi. Tạp chí Hóa học ở trạng thái rắn tập 114, số 2, ngày 1 tháng 2 năm 1995, trang 469-475. doi.org/10.1006/jssc.1995.1070
4. Trung tâm Thông tin Công nghệ Sinh học Quốc gia. (2019). Đồng sunfua (CuS). Cơ sở dữ liệu PubChem. CID = 14831. Được khôi phục từ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Peter A. Ajibade và Nandipha L. Botha. (2017). Tính chất tổng hợp, quang học và cấu trúc
6. tinh thể nano đồng sunfua từ tiền chất đơn phân tử. Khoa Hóa học, Đại học Fort Hare, Túi riêng X1314, Alice 5700, Nam Phi. Vật liệu nano, 7, 32.
7. Cộng tác: Tác giả và biên tập của tập III / 17E-17F-41C (nd). Đồng sunfua (Cu2S, Cu (2-x) S) cấu trúc tinh thể, thông số mạng tinh thể. Trong: Madelung O., Rössler U., Schulz M. (eds) Các nguyên tố liên kết không tứ diện và các hợp chất nhị phân I. Landolt-Börnstein- Nhóm III Vật chất ngưng tụ (Dữ liệu số và Mối quan hệ chức năng trong Khoa học và Công nghệ), tập 41C. Springer, Berlin, Heidelberg.
8. Momtazan, F., Vafaei, A., Ghaedi, M. et al. Hàn Quốc J. Chem. Eng. (2018). Ứng dụng của các hạt nano sulfua đồng nạp than hoạt tính để hấp phụ đồng thời thuốc nhuộm bậc ba: Phương pháp luận bề mặt đáp ứng. 35: 1108. doi.org/10.1007/s11814-018-0012-1
9. Goel, S., Chen, F., & Cai, W. (2014). Tổng hợp và ứng dụng y sinh của các hạt nano đồng sunfua: từ cảm biến đến quang học. Nhỏ (Weinheim an der Bergstrasse, Đức), 10 (4), 631–645. doi: 10.1002 / smll.201301174