โคเวลไลต์
ทั่วไป
หมวดหมู่	แร่ซัลไฟด์
สูตร	CuS ( คอปเปอร์โมโนซัลไฟด์ )
สัญลักษณ์ IMA	Cv [ 1 ]
การจำแนกประเภทของสตรุนซ์	2.CA.05a
การจำแนกประเภทของดาน่า	02.08.12.01
ระบบผลึก	หกเหลี่ยม
คลาสคริสตัล	สัญลักษณ์ H–Mไดเฮกซาโกนัลไดพิรามิดัล (6/มม.) (6/ม. 2/ม. 2/ม.)
กลุ่มอวกาศ	P 6 3 /mmc
หน่วยเซลล์	a = 3.7938 Å, c = 16.341 Å; ซี = 6
การระบุตัวตน
สี	สีน้ำเงินครามหรือเข้มกว่า มักมีประกายระยิบระยับสูง สีเหลืองทองแดงถึงสีแดงเข้ม
นิสัยคริสตัล	ผลึกหกเหลี่ยมแผ่นบางและรูปดอกกุหลาบ รวมถึงผลึกขนาดใหญ่ไปจนถึงผลึกละเอียด
ร่องอก	สมบูรณ์แบบบน {0001}
ความมุ่งมั่น	ยืดหยุ่นได้
ความแข็งตามมาตราโมห์ส	1.5–2
ความแวววาว	กึ่งโลหะ มีแนวโน้มเป็นเรซิน และด้าน
สตรีค	สีเทาตะกั่ว
ความโปร่งใส	ทึบแสง
ความถ่วงจำเพาะ	4.6–4.8
คุณสมบัติทางแสง	แกนเดียว (+)
ดัชนีหักเห	n ω = 1.450 n ε = 2.620
เพลโอโครอิซึม	มีเครื่องหมายสีน้ำเงินเข้มถึงสีน้ำเงินอ่อน
ความสามารถในการหลอมละลาย	2.5
ลักษณะอื่นๆ	การแตกตัวของไมกา
เอกสารอ้างอิง	[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]

โคเวลไลต์ (หรือที่รู้จักกันในชื่อโคเวลลีน ) เป็น แร่ ซัลไฟด์ทองแดง หายาก ที่มีสูตรทางเคมี CuS ^{[ 4 ]}แร่สีน้ำเงินครามนี้มักเป็นแร่รองที่มีปริมาณจำกัด และถึงแม้จะไม่ใช่แร่ทองแดงที่สำคัญ แต่ก็เป็นที่รู้จักกันดีในหมู่นักสะสมแร่^{[ 4 ]}

โดยทั่วไปแร่ชนิดนี้จะพบในบริเวณที่มีการสะสมตัวรอง ( ซูเปอร์จีน ) ของแหล่งแร่ทองแดงซัลไฟด์ มักพบเป็นสารเคลือบบนแร่ชาลโคไซต์ ชาลโคไพไรต์บอร์ไนต์เอนา ร์ไจ ต์ไพไรต์และซัลไฟด์อื่นๆ และมักพบเป็นการแทนที่แบบซูโดมอร์ฟิกของแร่ชนิดอื่นๆ บันทึกแรกสุดมาจากภูเขาไฟเวซูเวียสซึ่งได้รับการตั้งชื่ออย่างเป็นทางการในปี ค.ศ. 1832 ตามชื่อของนิโคลา โคเวลลี^{[ 4 ]}

โคเวลไลต์อยู่ในกลุ่มซัลไฟด์ทองแดงไบนารี ซึ่งมีสูตรCu _x S _yและสามารถมีอัตราส่วนทองแดง/กำมะถันได้หลากหลาย ตั้งแต่ 1:2 ถึง 2:1 (Cu/S) อย่างไรก็ตาม อนุกรมนี้ไม่ได้ต่อเนื่องกัน และช่วงความสม่ำเสมอของโคเวลไลต์ CuS นั้นแคบ วัสดุที่มีกำมะถันสูงCuS _xโดยที่ x~ 1.1- 1.2 มีอยู่จริง แต่จะแสดง " โครงสร้างซุปเปอร์ " ซึ่งเป็นการปรับเปลี่ยนระนาบพื้นฐานหกเหลี่ยมของโครงสร้างที่ครอบคลุมเซลล์หน่วยที่อยู่ติดกันจำนวนหนึ่ง^{[ 5 ]}สิ่งนี้บ่งชี้ว่าคุณสมบัติพิเศษหลายประการของโคเวลไลต์เป็นผลมาจากโครงสร้างโมเลกุลในระดับนี้

ดังที่อธิบายไว้สำหรับคอปเปอร์โมโนซัลไฟด์การกำหนดสถานะออกซิเดชัน อย่างเป็นทางการ ให้กับอะตอมที่ประกอบเป็นโคเวลไลต์นั้นอาจทำให้เข้าใจผิดได้^{[ 6 ]}สูตรอาจดูเหมือนจะแนะนำคำอธิบายCu ²⁺ , S ²⁻ในความเป็นจริงโครงสร้างอะตอมแสดงให้เห็นว่าทองแดงและกำมะถันต่างก็มีรูปทรงเรขาคณิตที่แตกต่างกันสองแบบ อย่างไรก็ตามสเปกโทรสโกปีโฟโตอิเล็กตรอนคุณสมบัติทางแม่เหล็กและ คุณสมบัติ ทางไฟฟ้าทั้งหมดบ่งชี้ว่าไม่มีไอออนCu ²⁺ (d ⁹ ) ^{[ 6 ]}ตรงกันข้ามกับออกไซด์ CuO วัสดุนี้ไม่ใช่สารกึ่งตัวนำ แม่เหล็ก แต่เป็นตัวนำโลหะที่มีพาราแมกเนติซึมแบบ Pauli ที่อ่อนแอ[ 7 ^{]ดังนั้นแร่}จึงอธิบายได้ดีกว่าว่าประกอบด้วยCu ⁺และS ⁻มากกว่าCu ²⁺และS ²⁻เมื่อเปรียบเทียบกับไพไรต์ที่มีเปลือกที่ไม่ปิดของS ⁻ที่จับคู่กันเพื่อสร้างS2−2มีเพียง 2/3 ของอะตอมซัลเฟอร์เท่านั้นที่ยึดไว้^{[ 6 ]}อีก 1/3 ที่เหลือยังคงไม่จับคู่และรวมกับอะตอม Cu ก่อตัวเป็นชั้นหกเหลี่ยมที่คล้ายกับโบรอนไนไตรด์ (โครงสร้างกราไฟต์) ^{[ 6 ]}ดังนั้น คำอธิบายCu+3ส⁻ส2−2ดูเหมือนจะเหมาะสมกับการมีรูที่ไม่จำกัดตำแหน่งในแถบวาเลนซ์ซึ่งนำไปสู่การนำไฟฟ้าแบบโลหะ อย่างไรก็ตาม การคำนวณโครงสร้างแถบพลังงานในภายหลังบ่งชี้ว่ารูนั้นกระจุกตัวอยู่บนคู่ของกำมะถันมากกว่าบนกำมะถันที่ไม่มีคู่ ซึ่งหมายความว่าCu+3S ²⁻ S−2การใช้กำมะถันที่มีสถานะออกซิเดชันผสมระหว่าง −2 และ −1/2 นั้นเหมาะสมกว่า นอกจากนี้ยังมีผู้เสนอรูปแบบอื่นๆ เช่นCu+4คู2+2(S ₂ ) ₂ S ₂ . ^{[ 8 ] [ 9 ]}

สำหรับคอปเปอร์ซัลไฟด์ โคเวลไลต์มีโครงสร้างแบบแผ่นที่ซับซ้อน โดยมีชั้นสลับกันของ CuS และCu₂S₂ โดยอะตอมของทองแดงมีการประสานงานแบบระนาบสามเหลี่ยม (ไม่พบบ่อย) และแบบทรงสี่หน้าตามลำดับ ชั้นต่างๆ เชื่อมต่อกันด้วยพันธะ SS (ขึ้นอยู่กับแรงแวนเดอร์วาลส์) ซึ่งรู้จักกันในชื่อ_{ไดเมอร์} S₂ [ ^{9 ] ชั้น} _Cu₂S₂มี พันธะ l/3 เพียงหนึ่งพันธะตามแกน c (ตั้งฉากกับชั้น) ดังนั้นจึง มี เพียงพันธะเดียวในทิศทางนั้นเพื่อสร้างการ แตกตัวที่สมบูรณ์แบบ {0001} ^{[ 6 ]}การนำไฟฟ้าจะมากขึ้นเมื่อผ่านชั้นต่างๆ เนื่องจากวงโคจร 3p ที่บรรจุไม่เต็ม ทำให้การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนง่ายขึ้น^{[ 9 ]}

โคเวลไลต์มักพบเป็นแร่ทองแดงรองในแหล่งแร่ โคเวลไลต์เป็นที่ทราบกันว่าเกิดขึ้นใน สภาพแวดล้อม การผุพังในแหล่งแร่ผิวดินซึ่งทองแดงเป็นซัลไฟด์หลัก^{[ 10 ]}ในฐานะแร่หลัก การก่อตัวของโคเวลไลต์ถูกจำกัดไว้เฉพาะ สภาวะ ไฮโดรเทอ ร์มอล ดังนั้นจึงพบได้น้อยมากในแหล่งแร่ทองแดงหรือในรูปของสารระเหยจากภูเขาไฟ^{[ 7 ]}

โครงสร้างผลึกที่เป็นเอกลักษณ์ของโคเวลไลต์เกี่ยวข้องกับ สภาวะการเกิด ออกซิเดชัน ที่ซับซ้อน ดังที่เห็นได้เมื่อพยายามสังเคราะห์โคเวลไลต์^{[ 11 ]}การก่อตัวของมันยังขึ้นอยู่กับสถานะและประวัติของซัลไฟด์ที่เกี่ยวข้องที่มันได้รับมา หลักฐานเชิงทดลองแสดงให้เห็นว่าแอมโมเนียมเมตาแวนนาเดต ( NH ₄ VO ₃ ) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ที่สำคัญ สำหรับการเปลี่ยนแปลงสถานะของแข็งของโคเวลไลต์จากคอปเปอร์ซัลไฟด์อื่นๆ^{[ 12 ]}นักวิจัยค้นพบว่าโคเวลไลต์ยังสามารถผลิตได้ในห้องปฏิบัติการภายใต้ สภาวะ ไร้ออกซิเจนโดยแบคทีเรียลดซัลเฟตที่อุณหภูมิต่างๆ อย่างไรก็ตาม ยังคงต้องมีการวิจัยเพิ่มเติม เนื่องจากแม้ว่าโคเวลไลต์จะมีปริมาณมาก แต่การเติบโตของขนาดผลึกของมันถูกยับยั้งโดยข้อจำกัดทางกายภาพของแบคทีเรีย^{[ 13 ]}ได้มีการสาธิตเชิงทดลองแล้วว่าการมีอยู่ของแอมโมเนียมแวนนาเดตมีความสำคัญในการเปลี่ยนแปลงสถานะของแข็งของคอปเปอร์ซัลไฟด์อื่นๆ ไปเป็นผลึกโคเวลไลต์^{[ 11 ]}

การพบโคเวลไลต์ นั้นแพร่หลายไปทั่วโลก โดยมีแหล่งที่พบจำนวนมากในยุโรปกลาง จีน ออสเตรเลีย สหรัฐอเมริกาตะวันตกและอาร์เจนตินา[ 4 ] หลายแห่งพบใกล้^{กับแนว}เทือกเขาซึ่งการตกตะกอนจากภูมิประเทศมักมีบทบาทในการผุพัง ตัวอย่างของการเกิดแร่หลักคือในเส้นแร่ไฮโดรเทอร์มอลที่ระดับความลึก 1,150 เมตร (3,770 ฟุต) ที่พบในเขตซิลเวอร์โบว์ รัฐมอนแทนา^{[ 4 ] ใน}ฐานะแร่รอง โคเวลไลต์ยังเกิดขึ้นเมื่อน้ำผิวดินที่ไหลลงใน เขตเสริมความเข้มข้น ของซูเปอร์จีนออกซิไดซ์และตกตะกอนโคเวลไลต์ใหม่บน ซัลไฟด์ไฮโป จีน (ไพไรต์และแชลโคไพไรต์) ในบริเวณเดียวกัน^{[ 4 ]}การพบโคเวลไลต์ที่ผิดปกติพบว่าเกิดขึ้นแทนที่^เศษซากอินทรีย์ในชั้นหินสีแดงของนิวเม็กซิโก^[ 14 ^]

นิโคลา โคเวลลี (ค.ศ. 1790-1829) ผู้ค้นพบแร่ชนิดนี้ เป็นศาสตราจารย์ด้านพฤกษศาสตร์และเคมี แต่เขาสนใจด้านธรณีวิทยาและภูเขาไฟวิทยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งการปะทุของภูเขาไฟเวซูเวียส^{[ 4 ]}การศึกษาลาวาของเขานำไปสู่การค้นพบแร่ที่ไม่รู้จักหลายชนิด รวมถึงโคเวลไลต์

โคเวลไลต์เป็นตัวนำยิ่งยวดที่มีอุณหภูมิวิกฤตที่ 1.6 K ^{[ 15 ] [ 16 ]}โครงสร้างของCuS ₃ / CuS ₂ช่วยให้มีอิเล็กตรอนส่วนเกินซึ่งอำนวยความสะดวกในการนำยิ่งยวดในช่วงสถานะเฉพาะ โดยมีการสูญเสียความร้อนต่ำเป็นพิเศษ ปัจจุบันวิทยาศาสตร์วัสดุตระหนักถึงคุณสมบัติที่น่าสนใจหลายประการของโคเวลไลต์ และนักวิจัยหลายคนกำลังมุ่งมั่นที่จะสังเคราะห์โคเวลไลต์^{[ 17 ] [ 18 ]}การใช้งานของการวิจัยการนำยิ่งยวดของโคเวลไลต์ CuS สามารถพบได้ในแคโทดของแบตเตอรี่ลิเธียม เซ็นเซอร์ก๊าซแอมโมเนีย และอุปกรณ์ไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ ที่มี ฟิล์มบาง ของโลหะ แคลโคเจนไนด์^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]}

การวิจัยเกี่ยวกับวัสดุแคโทดทางเลือกสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมมักจะตรวจสอบความแปรผันที่ซับซ้อนในสัดส่วนทางเคมีและโครงสร้างชั้นเตตระเฮดรอน ของคอปเปอร์ซัลไฟด์ ^{[ 22 ]}ข้อดี ได้แก่ ความเป็นพิษที่จำกัดและต้นทุนต่ำ^{[ 23 ]}การนำไฟฟ้าสูงของโคเวลไลต์ (10 × 10 ⁻³  S/cm ) และ ความจุเชิงทฤษฎีสูง(ความ จุ 560 mAh/g ) ที่มีเส้นโค้งการคายประจุแบบราบเรียบเมื่อหมุนเวียนเทียบกับ Li+/Li ได้รับการกำหนดว่ามีบทบาทสำคัญต่อความจุ^{[ 23 ]}วิธีการสร้างที่หลากหลายยังเป็นปัจจัยหนึ่งของต้นทุนที่ต่ำ อย่างไรก็ตาม ปัญหาเกี่ยวกับความเสถียรของวงจรและจลศาสตร์ได้จำกัดความก้าวหน้าของการใช้โคเวลไลต์ในแบตเตอรี่ลิเธียมกระแสหลักจนกว่าจะมีความก้าวหน้าในการวิจัย^{[ 23 ]}

คุณสมบัติ การเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนและความหนาแน่นของรูอิสระของโคเวลไลต์ ทำให้เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับนาโนเพลตและนาโนคริสตัล เนื่องจากโครงสร้างเหล่านี้สามารถเปลี่ยนแปลงขนาดได้ อย่างไรก็ตาม ความสามารถนี้อาจถูกจำกัดด้วยโครงสร้างแบบแผ่นที่ซัลไฟด์ทองแดงทั้งหมดมีอยู่ การนำไฟฟ้า แบบไม่เป็นไอ โซโทรปิกของมัน ได้รับการพิสูจน์แล้วจากการทดลองว่ามีค่ามากกว่าภายในชั้น (เช่น ตั้งฉากกับแกน c) นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่านาโนเพลตโคเวลไลต์ที่มีขนาดประมาณ...มีความหนา 2 นาโนเมตรประกอบด้วยหน่วยเซลล์เดียวและชั้นอะตอมทองแดงสองชั้น และมีเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณขนาด 100 นาโนเมตรเป็นขนาดที่เหมาะสมสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาไฟฟ้าในปฏิกิริยาลดออกซิเจน (ORR) ระนาบฐานมีการดูดซับออกซิเจนได้ดีกว่า และพื้นที่ผิวที่ใหญ่กว่าช่วยอำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนอิเล็กตรอน ในทางตรงกันข้าม ภายใต้สภาวะแวดล้อมปกติ นาโนเพลตที่มีขนาด 100 นาโนเมตรจะไม่มีประสิทธิภาพความกว้าง 4 นาโนเมตรและมากกว่าอนุภาคนาโนโคเวลไลต์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 30 นาโนเมตรได้รับการสังเคราะห์ขึ้นในเชิงทดลองด้วยต้นทุนและพลังงานที่ต่ำกว่า ปรากฏการณ์ เรโซแนนซ์พลาสมอนบนพื้นผิวเฉพาะที่สังเกตได้ในอนุภาคนาโนโคเวลไลต์เพิ่งได้รับการเชื่อมโยงกับช่องว่างแถบพลังงานที่ขึ้นอยู่ กับสัดส่วน ทางเคมีซึ่งเป็นกุญแจสำคัญสำหรับผลึกนาโน ดังนั้น อุปกรณ์ตรวจจับสารเคมี อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ และเครื่องมืออื่นๆ ในอนาคตที่ใช้โครงสร้างนาโนของโคเวลไลต์ CuS จึงกำลังได้รับการสำรวจ^{[ 24 ] [ 25 ]}

• รายชื่อแร่ธาตุ
• รายชื่อแร่ธาตุที่ตั้งชื่อตามบุคคล