คอปเปอร์โมโนซัลไฟด์

ชื่อ
ชื่อ IUPAC คอปเปอร์ซัลไฟด์
ชื่ออื่นๆ โคเวลไลต์ คอปเปอร์(II) ซัลไฟด์ คิวปริกซัลไฟด์
ตัวระบุ
หมายเลข CAS	1317-40-4 วาย
โมเดล 3 มิติ ( JSmol )	ภาพแบบโต้ตอบ
เคมสไปเดอร์	14145 วาย
บัตรข้อมูล ECHA	100.013.884
หมายเลข EC	215-271-2
PubChem CID	14831
หมายเลข RTECS	GL8912000
มหาวิทยาลัย	KL4YU612X7 วาย
แดชบอร์ด CompTox ( EPA )	DTXSID601316949 DTXSID0061666, DTXSID601316949
อินชิ InChI=1S/Cu.S วาย รหัส: BWFPGXWASODCHM-UHFFFAOYSA-N วาย InChI=1/Cu.S/rCuS/c1-2 รหัส: BWFPGXWASODCHM-BLKBWTQCAT
รอยยิ้ม [Cu]=S
คุณสมบัติ[ 2 ]
สูตรเคมี	คิวเอส
มวลโมลาร์	95.61  กรัม·โมล−1
รูปร่าง	ผลึกหกเหลี่ยมสีดำ
ความหนาแน่น	4.76 กรัม/ซม³
จุดหลอมเหลว	507 °C (945 °F; 780 K) (การเปลี่ยนสถานะ)
ความสามารถในการละลายในน้ำ	3.3 × 10 −5  กรัม/100 มล. (18 °C (64 °F))
ผลคูณการละลาย( Ksp )ของ CuS	6 × 10 −37 (25 °C (77 °F)) [ 1 ]
ความไวต่อสนามแม่เหล็ก (χ)	−2.0 × 10 −6  cm 3 /mol
ดัชนีหักเห ( n D )	1.45
โครงสร้าง
โครงสร้างผลึก	หกเหลี่ยม
เทอร์โมเคมี[ 2 ]
ความจุความร้อน( C )	47.8 J⋅mol −1 ·K -1
เอนโทรปีโมลาร์มาตรฐาน( S ⦵ 298 )	66.5 J⋅mol −1 ·K -1
เอนทาลปีมาตรฐานของการเกิด(Δ f H ⦵ 298 )	−53.1 kJ⋅mol −1
พลังงานอิสระของกิบส์(Δ f G ⦵ )	−53.6 kJ⋅mol −1
อันตราย
NIOSH (ขีดจำกัดการสัมผัสต่อสุขภาพของสหรัฐอเมริกา): [ 3 ]
PEL (อนุญาต)	ทีดับเบิลยู1 มก./ลบ.ม. (ในรูปของ Cu)
REL (แนะนำ)	ทีดับเบิลยู1 มก./ลบ.ม. (ในรูปของ Cu)
IDLH (อันตรายทันที)	ทีดับเบิลยู100 มก./ ลบ.ม. (ในรูปของ Cu)
สารประกอบที่เกี่ยวข้อง
แอนไอออนอื่นๆ	คอปเปอร์(II) โบรไมด์ คอปเปอร์(II) คลอไรด์ คอปเปอร์(II) ฟลูออไรด์ คอปเปอร์(II) ออกไซด์ คอปเปอร์(II) เซเลไนด์
ไอออนบวกอื่นๆ	แคดเมียม(II) ซัลไฟด์ เหล็ก(II) ซัลไฟด์ ตะกั่ว(II) ซัลไฟด์ แมงกานีส(II) ซัลไฟด์ เมอร์คิวรี(II) ซัลไฟด์ ทิน(II) ซัลไฟด์ ซิงค์ซัลไฟด์
เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ข้อมูลที่ให้ไว้เป็นข้อมูลสำหรับวัสดุในสภาวะมาตรฐาน (ที่อุณหภูมิ 25 °C [77 °F] ความดัน 100 kPa) วาย ตรวจสอบ  (คืออะไร   ?) วายเอ็น ข้อมูลอ้างอิงในกล่องข้อมูล

คอปเปอร์โมโนซัลไฟด์^{เป็นสารประกอบทางเคมีของทองแดงและกำมะถันที่มีสูตรเชิงประจักษ์ CuS [} 4 ]พบได้ในธรรมชาติในรูปของแร่^{โคเวลไลต์สีน้ำเงิน}ครามเข้ม[ 4 ^{]เป็นหนึ่ง}ในสารประกอบไบนารีของทองแดงและกำมะถันจำนวนหนึ่ง (ดูคอปเปอร์ซัลไฟด์สำหรับภาพรวมของหัวข้อนี้) และได้รับความสนใจเนื่องจากศักยภาพในการใช้งานในด้านตัวเร่งปฏิกิริยาและเซลล์แสงอาทิตย์^{[ 5 ] [ 6 ]}เป็นตัวนำไฟฟ้าปานกลาง^{[ 7 ]}

ตะกอนคอลลอยด์สีดำของคอปเปอร์โมโนซัลไฟด์จะเกิดขึ้นเมื่อไฮโดรเจนซัลไฟด์( H₂S )ถูกเป่าผ่านสารละลายของเกลือ Cu(II) _[ ^{8 ] นี่}คือพื้นฐานของการผลิตในอุตสาหกรรม

CuS รูปแบบพิเศษสำหรับการใช้งานบางอย่างสามารถเตรียมได้โดยการหลอมกำมะถันส่วนเกินกับคอปเปอร์(I) ซัลไฟด์หรือโดยการตกตะกอนด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์จากสารละลายคอปเปอร์(II) คลอไรด์ ปราศจากน้ำ ในเอทานอลปราศจาก น้ำ อนุภาคนาโนของ CuS สามารถเตรียมได้โดยปฏิกิริยาของคอปเปอร์(II) คลอไรด์ ที่ละลาย กับกรดไทโอไกลโคลิก^{[ 9 ]}

ปฏิกิริยาระหว่างทองแดงกับกำมะถันหลอมเหลวตามด้วยโซเดียมไฮดรอกไซด์ เดือด และปฏิกิริยาระหว่างโซเดียมซัลไฟด์กับคอปเปอร์ซัลเฟต ในสารละลาย จะทำให้เกิดคอปเปอร์ซัลไฟด์เช่นกัน

คอปเปอร์ซัลไฟด์ตกผลึกในระบบผลึกหกเหลี่ยม และนี่คือรูปแบบของแร่โคเวลไลต์ นอกจากนี้ยังมีรูปแบบอสัณฐานความดันสูง ซึ่งจากสเปกตรัมรามานได้มีการอธิบายว่ามีโครงสร้างโคเวลไลต์ที่บิดเบี้ยว^{[ 10 ]}มีการรายงานรูปแบบกึ่งตัวนำอสัณฐานที่อุณหภูมิห้องซึ่งเกิดจากปฏิกิริยาของสารเชิงซ้อน Cu(II) เอทิลีนไดอะมีนกับไทโอยูเรียซึ่งจะเปลี่ยนไปเป็นรูปแบบโคเวลไลต์ผลึกที่ 30 °C (86 °F) ^{[ 11 ]}

โครงสร้างผลึกของโคเวลไลต์ได้รับการรายงานหลายครั้ง และในขณะที่การศึกษาเหล่านี้โดยทั่วไปเห็นพ้องกันในการกำหนดกลุ่มพื้นที่P 6 ₃ /mmc แต่ก็มีความคลาดเคลื่อนเล็กน้อยในความยาวพันธะและมุมระหว่างกัน^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}โครงสร้างนี้ได้รับการอธิบายว่า "พิเศษ" โดย Wells และค่อนข้างแตกต่างจากคอปเปอร์(II) ออกไซด์แต่คล้ายกับคอปเปอร์(II) เซเลไนด์ (เรียกว่า Klockmannite) ^{[ 15 ]}เซลล์หน่วยของโคเวลไลต์ประกอบด้วยหน่วยสูตร 6 หน่วย (12 อะตอม) ซึ่ง:

• อะตอม Cu ทั้ง 4 อะตอมมีการจัดเรียงตัวแบบทรงสี่หน้า (ดูภาพประกอบ)
• อะตอม Cu 2 อะตอมมีการจัดเรียงตัวแบบระนาบสามเหลี่ยม (ดูภาพประกอบ)
• อะตอม S เพียง 2 คู่เท่านั้นห่างกัน207.1 พิโคเมตร^{[ 14 ]}ซึ่งบ่งชี้ถึงการมีอยู่ของพันธะ SS (หน่วยไดซัลไฟด์)
• อะตอม S ที่เหลืออีก 2 อะตอมจะก่อตัวเป็นรูปสามเหลี่ยมระนาบสามเหลี่ยมรอบอะตอมทองแดง และถูกล้อมรอบด้วยอะตอม Cu ห้าอะตอมในรูปทรงพีระมิดคู่ห้าเหลี่ยม (ดูภาพประกอบ)
• อะตอม S ที่ปลายแต่ละด้านของหน่วยไดซัลไฟด์จะถูกประสานแบบทรงสี่หน้ากับอะตอม Cu ที่ประสานแบบทรงสี่หน้า 3 อะตอม และอะตอม S อีกอะตอมหนึ่งในหน่วยไดซัลไฟด์ (ดูภาพประกอบ)

การกำหนดสูตรของคอปเปอร์ซัลไฟด์เป็นCu ^II S (เช่น ไม่มีพันธะซัลเฟอร์-ซัลเฟอร์) นั้นไม่สอดคล้องกับโครงสร้างผลึกอย่างชัดเจน และยังขัดแย้งกับไดอะแมกเนติซึมที่สังเกตได้ เนื่องจากสารประกอบ Cu(II) จะมีโครงสร้าง ad ⁹และคาดว่าจะเป็นพาราแมกเนติก^{[ 16 ] [ 8 ]}

การศึกษาโดยใช้สเปกโทรสโกปีโฟโตอิเล็กตรอนเอ็กซ์เรย์ (XPS) ระบุว่าอะตอมทองแดงทั้งหมดมีสถานะออกซิเดชันเป็น +1 ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}ซึ่งขัดแย้งกับสูตรที่อิงตามโครงสร้างผลึกและปฏิบัติตามกฎออกเตตที่พบในตำราเรียนหลายเล่ม (เช่น^{[ 8 ] [ 21 ]} ) ที่อธิบาย CuS ว่าประกอบด้วยทั้งCu ^IและCu ^II กล่าว คือ(Cu ⁺ ) ₂ Cu ²⁺ (S ₂ ) ²⁻ S ²⁻สูตรทางเลือกคือ(Cu ⁺ ) ₃ (S ²⁻ )(S ₂ ) ⁻ได้รับการเสนอและได้รับการสนับสนุนโดยการคำนวณ สูตรนี้ไม่ควรตีความว่ามีแอนไอออนอนุมูลอิสระ แต่ควรมี "รู" วาเลนซ์ที่กระจายตัวอยู่^{[ 22 ] [ 4 ]} การศึกษา การเรโซแนนซ์พาราแมกเนติกของอิเล็กตรอนเกี่ยวกับการตกตะกอนของเกลือ Cu(II) บ่งชี้ว่าการลด Cu(II) เป็น Cu(I) เกิดขึ้นในสารละลาย^{[ 23 ]}

• คอปเปอร์ซัลไฟด์สำหรับภาพรวมของสารประกอบคอปเปอร์ซัลไฟด์ทุกเฟส
• คอปเปอร์(I) ซัลไฟด์ ( Cu ₂ S )
• โคเวลไลต์