BAKIR SÜLFÜR: YAPI, ÖZELLIKLER, KULLANIMLAR - KIMYA - 2025

Bakır sülfür , genel formülü Cu kimyası _x S _ve . Olan inorganik bileşiklerin bir ailesidir . Eğer x, y'den büyükse, bu, bahsedilen sülfidin bakırda sülfürden daha zengin olduğu anlamına gelir; ve tersine, x, y'den küçükse, kükürt bakırdan daha kükürt bakımından daha zengindir.

Doğada, bu bileşiğin doğal kaynaklarını temsil eden çok sayıda mineral baskındır. Hemen hemen hepsi bakır bakımından sülfürden daha zengindir ve bileşimleri Cu _x S formülüyle ifade edilir ve basitleştirilir ; burada x, stokiyometrik olmayan bir katının göstergesi olan kesirli değerleri bile alabilir ( örneğin Cu _1.75 S).

Pek çok doğal bakır sülfür kaynaklarından biri olan kovelit minerali örneği. Kaynak: James St. John

Kükürt temel halinde sarı olmasına rağmen, türetilen bileşikleri koyu renklere sahiptir; Bu aynı zamanda bakır sülfür için de geçerlidir. Bununla birlikte, esas olarak CuS'den oluşan mineral covelit (üstteki resim), metalik parlaklık ve mavimsi yanardönerlik sergiler.

Farklı bakır ve kükürt kaynaklarından, farklı teknikler kullanılarak ve sentez parametrelerini değiştirerek hazırlanabilirler. Böylece ilginç morfolojilere sahip CuS nanopartikülleri elde edebilirsiniz.

Bakır sülfit yapısı

Bağlantılar

Bu bileşik kristal görünümündedir, bu nedenle hemen Cu ⁺ (tek değerlikli bakır), Cu ²⁺ (iki değerlikli bakır), S ^2- ve dahil, S ₂ ^- ve S ₂ ² iyonlarından oluştuğu düşünülebilir. ^- (disülfür anyonları), elektrostatik kuvvetler veya iyonik bağ yoluyla etkileşime girer.

Bununla birlikte, Cu ve S arasında hafif bir kovalent karakter vardır ve bu nedenle Cu-S bağı göz ardı edilemez. Bu mantıktan, CuS'nin (ve türetilmiş tüm katılarının) kristal yapısı, diğer iyonik veya kovalent bileşikler için bulunan veya karakterize edilenlerden farklı olmaya başlar.

Başka bir deyişle, saf iyonlardan bahsedemeyiz, bunun yerine çekimlerinin ortasında (katyon-anyon), dış yörüngelerinde (elektron paylaşımı) hafif bir örtüşme vardır.

La covelita'daki koordinasyonlar

Kovelitin kristal yapısı. Kaynak: Benjah-bmm27.

Yukarıdakileri söyledikten sonra, üstteki görüntüde kotitin kristal yapısı gösterilmiştir. İyonların farklı koordinasyonlarda birleşip kendilerini yönlendirdikleri altıgen kristallerden (birim hücrelerinin parametreleri ile tanımlanan) oluşur; bunlar çeşitli sayıda yakın komşularla birlikte.

Görüntüde bakır iyonları pembe kürelerle, kükürt iyonları ise sarı kürelerle temsil ediliyor.

Önce pembe kürelere odaklanıldığında, bazılarının üç sarı küre (trigonal düzlem koordinasyonu) ve diğerlerinin dört (dört yüzlü koordinasyon) ile çevrili olduğu not edilecektir.

Birinci tip bakır, trigonal, okuyucuya bakan altıgen yüzlere dik düzlemlerde tanımlanabilir, burada ikinci tip karbon, tetrahedral, sırayla bulunur.

Şimdi sarı kürelere dönersek, bazılarının komşu olarak beş pembe küre (trigonal bipiramid koordinasyonu) ve diğerleri üç ve sarı bir küre (yine dört yüzlü koordinasyon); İkincisinde, altta ve aynı yapı içinde görülebilen disülfür anyonu ile karşı karşıyayız:

Kovelitteki disülfid anyonunun tetrahedral koordinasyonu. Kaynak: Benjah-bmm27.

Alternatif formül

Daha sonra Cu ²⁺ , Cu ⁺ , S ^2- ve S ₂ ^2- iyonları vardır . Ancak X-ışını fotoelektron spektroskopisi (XPS) ile yapılan çalışmalar bakırın tamamının Cu ⁺ katyonları olduğunu göstermektedir ; ve bu nedenle, ilk formül CuS olarak (Cu "daha iyi" olarak ifade edilir ⁺ ) ₃ (S ^2- ) (S ₂ ) ^- .

Yukarıdaki formül için Cu: S oranının 1 kaldığına ve ayrıca ücretlerin iptal olduğuna dikkat edin.

Diğer kristaller

Bir bakır sülfid polimorf olarak, ortorombik kristallerinin alabilir, γ-Cu ₂ S, kalkozin; kübik, α-Cu kalkozin bir polimorf olarak ₂ S'dir; tetragonal, mineral anilit içinde Cu _1.75 S; monoklinikler, murleitte, Cu _1.96 S ve diğerleri.

Tanımlanan her kristal için bir mineral vardır ve buna karşılık her mineralin kendine özgü özellikleri ve özellikleri vardır.

Özellikleri

Genel

Bakır sülfidin özellikleri, katılarının Cu: S oranına tabidir. Örneğin, bu S olanlar bu ₂ ^2- anyonlar altıgen yapılara sahiptir ve her iki yarı iletkenler ya da metalik iletken olabilir.

Diğer yandan, kükürt içeriği sadece S oluşuyorsa ^2- anyonlar , sülfitler, aynı zamanda yüksek sıcaklıklarda iyonik iletkenlik yarı iletken olarak davranır ve. Bunun nedeni, iyonlarının kristaller içinde titreşmeye ve hareket etmeye başlaması, dolayısıyla elektrik yükleri taşımasıdır.

Optik olarak, bakır ve sülfür bileşimlerine de bağlı olmakla birlikte, sülfitler elektromanyetik spektrumun kızılötesi bölgesinde radyasyonu emebilir veya almayabilir. Bu optik ve elektriksel özellikler, farklı cihaz aralıklarında uygulanacak potansiyel malzemeleri kılar.

Cu: S oranına ek olarak dikkate alınması gereken diğer bir değişken, kristallerin boyutudur. Sadece "kükürt" veya "bakırımsı" bakır sülfürlerin daha fazla olması değil, kristallerinin boyutları özellikleri üzerinde kesin olmayan bir etki yaratır; Bu nedenle, bilim adamları Cu _x S _y nanopartiküller için araştırma yapmak ve uygulamalar aramak için istekliler .

Kovelit

Her mineral veya bakır sülfit benzersiz özelliklere sahiptir. Bununla birlikte, hepsinden, yapısal ve estetik açıdan en ilginç olanı (yanardönerliği ve mavi tonları nedeniyle) covelittir. Bu nedenle, bazı özelliklerinden aşağıda bahsedilmiştir.

Molar kütle

95.611 g / mol.

Yoğunluk

4.76 g / mL.

Erime noktası

500 ° C; ama bozulur.

Su çözünürlüğü

18 ° C'de 3,3 · ^10-5 g / 100 mL

Uygulamalar

Tıpta nanopartiküller

Nanometrik boyutlara ulaşana kadar partiküllerin boyutu değişmekle kalmaz, aynı zamanda morfolojileri de büyük ölçüde dalgalanabilir. Böylece, bakır sülfür nanoküre, çubuk, levha, ince film, kafes, kablo veya tüp oluşturabilir.

Bu parçacıklar ve çekici morfolojileri, tıbbın farklı alanlarında bireysel uygulamalara sahiptir.

Örneğin, nanokajlar veya boş küreler vücutta ilaç taşıyıcıları olarak hizmet edebilir. Glikoz detektörleri olarak işlev görmek için karbon cam elektrotlar ve karbon nanotüplerle desteklenen nanosferler kullanıldı; agregalarının yanı sıra DNA gibi biyomoleküllerin tespitine duyarlıdır.

CuS nanotüpleri, glikozu tespit etmede nanokürelerden daha iyi performans gösterir. Bu biyomoleküllere ek olarak, immünosensörler, ince CuS filmlerinden ve patojenlerin tespiti için belirli desteklerden tasarlanmıştır.

Nanokristaller ve CuS'nin amorf agregatları, sağlıklı hücrelere zarar vermeden kanser hücrelerinin apoptozuna bile neden olabilir.

Nanobilim

Önceki alt bölümde, nanopartiküllerinin biyosensörlerin ve elektrotların bir parçası olduğu söylendi. Bu tür kullanımlara ek olarak, bilim adamları ve teknisyenler, çok özel organik reaksiyonlar için güneş pilleri, kapasitörler, lityum piller ve katalizörler tasarlamak için özelliklerinden yararlandılar; Nanobilimde vazgeçilmez unsurlar.

Ayrıca aktif karbon üzerinde desteklendiğinde, NpCuS-CA setinin (CA: Aktif Karbon ve Np: Nanopartiküller) insanlara zararlı boyaların sökücü olarak hizmet ettiğini ve bu nedenle kaynakların temizleyicisi olarak çalıştığını belirtmek gerekir. istenmeyen molekülleri emen su.

Referanslar

1. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya. (Dördüncü baskı). Mc Graw Hill.
2. Vikipedi. (2019). Bakır sülfür. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
3. Ivan Grozdanov ve Metodija Najdoski. (bindokuzyüz doksan beş). Değişken Bileşimli Bakır Sülfür Filmlerin Optik ve Elektriksel Özellikleri. Journal of Solid State Chemistry Cilt 114, Sayı 2, 1 Şubat 1995, Sayfa 469-475. doi.org/10.1006/jssc.1995.1070
4. Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi. (2019). Bakır sülfür (CuS). PubChem Veritabanı. CID = 14831. Kaynak: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Peter A. Ajibade ve Nandipha L. Botha. (2017). Sentez, Optik ve Yapısal Özellikler
6. Tek Molekül Öncülerinden Bakır Sülfür Nanokristallerinin Eklenmesi. Kimya Bölümü, Fort Hare Üniversitesi, Özel Çanta X1314, Alice 5700, Güney Afrika. Nanomalzemeler, 7, 32.
7. İşbirliği: III / 17E-17F-41C (nd) ciltlerinin yazarları ve editörleri. Bakır sülfitler (Cu2S, Cu (2-x) S) kristal yapısı, örgü parametreleri. In: Madelung O., Rössler U., Schulz M. (eds) Tetrahedral Olmayan Elementler ve İkili Bileşikler I. Landolt-Börnstein- Grup III Yoğun Madde (Bilim ve Teknolojide Sayısal Veriler ve Fonksiyonel İlişkiler), cilt 41C. Springer, Berlin, Heidelberg.
8. Momtazan, F., Vafaei, A., Ghaedi, M. vd. Korece J. Kimya Müh. (2018). Üçlü boyaların eşzamanlı adsorpsiyonu için yüklenmiş aktif karbon yüklü bakır sülfit nanopartiküllerinin uygulanması: Tepki yüzeyi metodolojisi. 35: 1108. doi.org/10.1007/s11814-018-0012-1
9. Goel, S., Chen, F. ve Cai, W. (2014). Bakır sülfür nanopartiküllerinin sentezi ve biyomedikal uygulamaları: sensörlerden terapötiklere. Küçük (Weinheim an der Bergstrasse, Almanya), 10 (4), 631–645. doi: 10.1002 / smll.201301174