SULFUR DE COURE: ESTRUCTURA, PROPIETATS, USOS - QUIMICA - 2025

El sulfur de coure és una família de compostos inorgànics la fórmula química general és Cu _x S _i. Si x és més gran que i significa que aquest sulfur és més ric en coure que en sofre; i si per contra, x és més petit que i, llavors el sulfur és més ric en sofre que en coure.

En la naturalesa predominen nombrosos minerals que representen fonts naturals d'aquest compost. Gairebé tots ells són més rics en coure que en sofre, i la seva composició ve expressada i simplificada per la fórmula Cu _x S; aquí x pot prendre fins i tot valors fraccionals, indicatiu d'un sòlid no estequiomètric (Cu _1.75 S, per exemple).

Una mostra de mineral covellita, una de les tantes fonts naturals de sulfur de coure. Font: James St. John

Encara que en estat elemental el sofre és de color groc, els seus compostos derivats llueixen colors foscos; tal ocorre també amb el sulfur de coure. No obstant això, el mineral covelita (imatge superior), el qual es compon principalment de CuS, exhibeix lluentors metàl·liques i una iridescència blavosa.

Poden preparar-se a partir de diferents fonts de coure i sofre, emprant per a això diferents tècniques i variant els paràmetres de síntesi. Així, pot obtenir nanopartícules de CuS amb interessants morfologies.

Estructura de l'sulfur de coure

Enllaços

Aquest compost té l'aparença de ser cristal·lí, de manera que es pot pensar immediatament que es compon d'ions Cu ⁺ (coure monovalent), Cu ²⁺ (coure divalent), S ^2- i, inclusivament, S ₂ ^- i S ₂ ^{2 -} (anions disulfurs), els quals interaccionen mitjançant forces electrostàtiques o enllaç iònic.

No obstant això, hi ha un lleuger caràcter covalent entre el Cu i S, i per tant, no pot descartar l'enllaç Cu-S. Des d'aquest raonament, l'estructura cristal·lina de l'CuS (i la de tots els seus sòlids derivats) comença a diferir de les trobades o caracteritzades per altres compostos iònics o covalents.

És a dir que no es pot parlar d'ions purs, sinó que enmig de les seves atraccions (catió-anió) hi ha un lleu solapament de les seves orbitals externs (compartició d'electrons).

Coordinacions a la covelita

Estructura cristal·lina de la covellita. Font: Benjah-bmm27.

Dit l'anterior, es mostra a la imatge superior l'estructura cristal·lina de la covelita. Consisteix de vidres hexagonals (definits pels paràmetres de les seves cel·les unitàries), on els ions s'uneixen i s'orienten en diferents coordinacions; aquestes són, amb un nombre variat de veïns propers.

A la imatge els ions de coure es representen amb esferes rosades, mentre que els de sofre amb esferes grogues.

Enfocant l'atenció primerament en les esferes rosades, es notarà que algunes estan envoltades per tres esferes grogues (coordinació pla trigonal), i altres per quatre (coordinació tetraèdrica).

El primer tipus de coure, trigonal, es pot identificar en els plànols perpendiculars a les cares hexagonals que donen cap al lector, en les quals estan al seu torn el segon tipus de carboni, tetraèdric.

Atenent ara Segonament a les esferes grogues, algunes tenen per veïnes a cinc esferes rosades (coordinació bipiràmide trigonal), i altres a tres i una esfera groga (novament, coordinació tetraèdrica); en aquestes últimes s'està davant l'anió disulfur, el qual pot visualitzar baix i dins de la mateixa estructura de la covelita:

Coordinació tetraèdrica de l'anió disulfur a la covellita. Font: Benjah-bmm27.

fórmula alternativa

Hi ha llavors ions Cu ²⁺, Cu ⁺, S ^2- i S ₂ ^2-. No obstant això, estudis realitzats amb espectroscòpia fotoelectrònica de raigs X (XPS), assenyalen que tot el coure està com cations Cu ⁺; i per tant, la fórmula inicial CuS, s'expressa "millor" com (Cu ⁺) _març (S ^2-) (S ₂) ^-.

Notin que la relació Cu: S per la fórmula anterior continua sent 1, ia més les càrregues es cancel·len.

altres vidres

Un sulfur de coure pot adoptar vidres ortorrómbicos, com en el polimorf, γ-Cu ₂ S, de la calcocita; cúbics, com en un altre polimorf de la calcocita, α-Cu ₂ S; tetragonals, en el mineral anilita, Cu _1.75 S; monoclínics, a la djurleita, Cu _1.96 S, entre d'altres.

Per a cada vidre definit es té un mineral, i al seu torn, cada mineral té les seves pròpies característiques i propietats.

propietats

Generals

Les propietats de l'sulfur de coure estan subjectes a la relació Cu: S de les seves sòlids. Per exemple, aquells que presenten anions S ₂ ^2- tenen estructures hexagonals, i poden ser o semiconductors o conductors metàl·lics.

Si per altra banda el contingut sofre consisteix merament d'anions S ^2-, els sulfurs es comporten com semiconductors, i presenten a més conductivitats iòniques a altes temperatures. Això es deu al fet que els seus ions comencen a vibrar i desplaçar-se dins dels cristalls, transportant així càrregues elèctriques.

Òpticament, encara que també depèn de la seva composició de coure i sofre, els sulfurs poden o no absorbir radiació a la regió infraroig de l'espectre electromagnètic. Aquestes propietats òptiques i elèctriques ho fa potencials materials per a implementar-se en diferents gammes de dispositius.

Una altra variables a considerar, a més de la relació Cu: S, és la mida dels cristalls. No només es tracta que hi hagi sulfurs de coure més "ensofrats" o "rogencs", sinó que les dimensions dels seus cristalls imparteixen un efecte imprecís sobre les seves propietats; és així que els científics tinguin afany per estudiar i buscar-los aplicacions a les nanopartícules Cu _x S _i.

Covelita

Cada mineral o sulfur de coure compten amb propietats úniques. No obstant això, de tots ells la covelita és la més interessant des d'un punt de vista estructural i estètic (per la seva iridescència i tons blaus). Per tant, s'esmenten a continuació algunes de les seves propietats.

massa molar

95,611 g / mol.

densitat

4,76 g / ml.

Punt de fusió

500ºC; però es descompon.

Solubilitat en aigua

3,3 · 10 ^-5 g / 100 ml a 18ºC.

usos

Nanopartícules en medicina

No només varia la mida de les partícules fins arribar a dimensions nanomètriques, sinó que a més els seus morfologies poden oscil·lar en grans graus. Així, el sulfur de coure pot formar nanoesferes, varetes, plats, pel·lícules primes, gàbies, cables o tubs.

Aquestes partícules i les seves atractives morfologies adquireixen aplicacions individuals en diferents terrenys de la medicina.

Per exemple, les nanojaulas o esferes buides poden servir com transportadores de fàrmacs dins l'organisme. Les nanoesferes s'han utilitzat, suportades per elèctrodes de vidre de carboni i nanotubs de carboni, per exercir com a detectors de glucosa; així com també els seus agregats són sensibles a les deteccions de biomolècules com l'ADN.

Els nanotubs de CuS superen les nanoesferes en la detecció de glucosa. A més d'aquestes biomolècules, s'han dissenyat immunosensors a partir de pel·lícules primes de CuS i determinats suports per a la detecció de patògens.

Les nanocristalls i agregats amorfs de CuS poden inclusivament ocasionar l'apoptosi de cèl·lules cancerígenes, sense causar dany a les cèl·lules sanes.

Nanociència

En el subapartat anterior es va dir que els seus nanopartícules han format part de biosensors i elèctrodes. A més d'aquests usos, també els científics i tècnics han aprofitat les seves propietats per dissenyar cel·les solars, condensadors, bateries de liti, i catalitzadors per a reaccions orgàniques molt específiques; elements indispensables en nanociència.

També cal esmentar que quan estan suportades sobre carboni activat, el conjunt NpCuS-CA (CA: Carbó Activat, i Np: Nanopartícules) va demostrar servir com a transportista de tints nocius per als humans i, per tant, funciona com un purificador de fonts d' aigua absorbint molècules no desitjades.

referències

1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgànica. (Quarta edició). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Copper sulfide. Recuperat de: en.wikipedia.org
3. Ivan Grozdanov i Metodija Najdoski. (1995). Optical and Electrical Properties of Copper Sulfide Films of Variable Composition. Journal of Solid State Chemistry Volume 114, Issue 2, 1 February 1995, Pages 469-475. doi.org/10.1006/jssc.1995.1070
4. National Center for Biotechnology Information. (2019). Copper sulfide (CUS). PubChem Database. CID = 14831. Recuperat de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Peter A. Ajibade i Nandipha L. Botha. (2017). Synthesis, Optical and Structural Properties
6. of Copper Sulfide Nanocrystals from Single Molecule precursors. Department of Chemistry, University of Fort Hare, Private Bag X1314, Alice 5700, South Africa. Nanomaterials, 7, 32.
7. Collaboration: Authors and editors of the volumes III / 17I-17F-41C (sf). Copper sulfides (Cu2S, Cu (2-x) S) crystal structure, lattice parameters. In: Madelung O., Rössler U., Schulz M. (eds) Non-Tetrahedrally Bonded Elements and Binary Compounds I. Landolt-Börnstein- Group III Condensed Matter (Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology), vol 41C. Springer, Berlin, Heidelberg.
8. Momtazan, F., Vafaei, A., Ghaedi, M. et al. Korean J. Chem. Eng. (2018). Application of copper sulfide nanoparticles loaded activated carbon for simultaneous Adsorption of ternary dyes: Response surface methodology. 35: 1108. doi.org/10.1007/s11814-018-0012-1
9. Goel, S., Chen, F., & Cai, W. (2014). Synthesis and Biomedical applications of copper sulfide nanoparticles: from sensors to theranostics. Small (Weinheim an der Bergstrasse, Germany), 10 (4), 631-645. doi: 10.1002 / smll.201301174