كبريتيد النحاس: الهيكل والخصائص والاستخدامات - كيمياء - 2025

و كبريتيد النحاس هي عائلة من المركبات غير العضوية التي هي صيغة عامة النحاس الكيمياء _س S _و. إذا كانت x أكبر من y فهذا يعني أن الكبريتيد المذكور أغنى في النحاس منه في الكبريت ؛ وإذا كانت س ، على العكس من ذلك ، أصغر من ص ، فإن الكبريت يكون أغنى بالكبريت منه في النحاس.

في الطبيعة ، تسود العديد من المعادن التي تمثل المصادر الطبيعية لهذا المركب. جميعهم تقريبًا أكثر ثراءً بالنحاس منه في الكبريت ، ويتم التعبير عن تكوينهم وتبسيطه بواسطة الصيغة Cu _x S ؛ هنا يمكن أن تأخذ x قيمًا جزئية ، تدل على مادة صلبة غير متكافئة (Cu _1.75 S ، على سبيل المثال).

عينة من معدن الكوفليت ، أحد المصادر الطبيعية العديدة لكبريتيد النحاس. المصدر: جيمس سانت جون

على الرغم من أن الكبريت أصفر في حالته الأولية ، فإن مركباته المشتقة لها ألوان داكنة ؛ هذا هو الحال أيضًا مع كبريتيد النحاس. ومع ذلك ، فإن الغلاف المعدني (الصورة العلوية) ، الذي يتكون أساسًا من CuS ، يُظهر بريقًا معدنيًا وتقزحًا مزرقًا.

يمكن تحضيرها من مصادر مختلفة من النحاس والكبريت ، باستخدام تقنيات مختلفة وتغيير معايير التوليف. وبالتالي ، يمكنك الحصول على جسيمات نانوية CuS ذات أشكال مثيرة للاهتمام.

هيكل كبريتيد النحاس

الروابط

يبدو هذا المركب متبلورًا ، لذلك يمكن الاعتقاد فورًا أنه يتكون من أيونات Cu ⁺ (نحاس أحادي التكافؤ) ، و Cu ²⁺ (نحاس ثنائي التكافؤ) ، و S ² ، وشاملًا ، S ₂ ^- و S ₂ ^{2 -} (أنيونات ثاني كبريتيد) ، والتي تتفاعل من خلال القوى الكهروستاتيكية أو الرابطة الأيونية.

ومع ذلك ، هناك سمة تساهمية طفيفة بين Cu و S ، وبالتالي لا يمكن استبعاد رابطة Cu-S. من هذا المنطق ، يبدأ التركيب البلوري لـ CuS (وكل المواد الصلبة المشتقة منه) في الاختلاف عن تلك الموجودة أو المميزة للمركبات الأيونية أو التساهمية الأخرى.

بعبارة أخرى ، لا يمكننا التحدث عن الأيونات النقية ، ولكن بالأحرى يوجد تداخل طفيف في مداراتها الخارجية (مشاركة الإلكترون) في منتصف جاذبيتها (الكاتيون-الأنيون).

التنسيق في لا كوفيليتا

التركيب البلوري للأقمار الصناعية. المصدر: Benjah-bmm27.

بعد قولي هذا أعلاه ، يظهر التركيب البلوري للجوف في الصورة العلوية. يتكون من بلورات سداسية (محددة بواسطة معلمات خلايا الوحدة الخاصة بهم) ، حيث تتحد الأيونات وتوجه نفسها في تنسيقات مختلفة ؛ هؤلاء ، مع عدد متنوع من الجيران المقربين.

في الصورة ، يتم تمثيل أيونات النحاس بواسطة كرات وردية ، بينما يتم تمثيل أيونات الكبريت بواسطة كرات صفراء.

بتركيز الانتباه أولاً على المجالات الوردية ، سوف نلاحظ أن بعضها محاط بثلاثة مجالات صفراء (تنسيق ثلاثي الزوايا) ، والبعض الآخر بأربعة (تنسيق رباعي السطوح).

يمكن التعرف على النوع الأول من النحاس ، ثلاثي السطوح ، في المستويات المتعامدة مع الوجوه السداسية المواجهة للقارئ ، حيث يكون النوع الثاني من الكربون ، رباعي السطوح ، بدوره.

بالانتقال الآن إلى الكرات الصفراء ، بعضها يحتوي على خمس كرات وردية كجيران (تنسيق مثلث ثنائي الهرم) ، وآخرون ثلاثة وكرة صفراء (مرة أخرى ، تنسيق رباعي السطوح) ؛ في الأخير ، نواجه أنيون ثنائي الكبريتيد ، والذي يمكن رؤيته أدناه وداخل نفس هيكل التغطيس:

تنسيق رباعي السطوح لأنيون ثاني كبريتيد في الأقمار الصناعية. المصدر: Benjah-bmm27.

صيغة بديلة

ثم هناك أيونات النحاس ²⁺ ، النحاس ⁺ ، S ^2- وS ₂ ^2-. ومع ذلك ، تشير الدراسات التي أجريت باستخدام التحليل الطيفي للإلكترون الضوئي بالأشعة السينية (XPS) ، إلى أن كل النحاس مثل الكاتيونات Cu ⁺ ؛ وبالتالي ، يتم التعبير عن الصيغة الأولية CuS بأنها "أفضل" مثل (Cu ⁺) ₃ (S ²⁻) (S ₂) ^-.

لاحظ أن نسبة Cu: S للصيغة أعلاه تظل 1 ، بالإضافة إلى إلغاء الرسوم.

بلورات أخرى

يمكن أن يتبنى كبريتيد النحاس بلورات معينية الشكل ، كما هو الحال في متعدد الأشكال ، γ-Cu ₂ S ، من الكالكوسايت ؛ مكعب ، كما هو الحال في متعدد الأشكال آخر من الكالكوسايت ، α-Cu ₂ S ؛ رباعي الزوايا ، في معدن الأنيليت ، Cu _1.75 S ؛ العيادات الأحادية ، في الجورليت ، النحاس _1.96 جنوبًا ، من بين أمور أخرى.

لكل بلورة محددة يوجد معدن ، وفي المقابل ، لكل معدن خصائصه وخصائصه.

الخصائص

جنرال لواء

تخضع خواص كبريتيد النحاس لنسبة Cu: S لموادها الصلبة. على سبيل المثال ، تلك التي تقدم S ₂ ² الأنيونات لها هياكل سداسية ، ويمكن أن تكون إما أشباه موصلات أو موصلات معدنية.

إذا، من ناحية أخرى، ومحتوى الكبريت ويتكون فقط من S ^2- الأنيونات ، وكبريتيد تتصرف كما أشباه الموصلات، وكذلك التوصيلات الأيونية الحالية في درجات حرارة عالية. وذلك لأن أيوناتها تبدأ في الاهتزاز والتحرك داخل البلورات ، وبالتالي تحمل الشحنات الكهربائية.

بصريًا ، على الرغم من أنها تعتمد أيضًا على تركيب النحاس والكبريت ، فقد تمتص الكبريتيدات أو لا تمتص الإشعاع في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي. هذه الخصائص الضوئية والكهربائية تجعلها مواد محتملة يمكن تنفيذها في نطاقات مختلفة من الأجهزة.

متغير آخر يجب مراعاته ، بالإضافة إلى نسبة Cu: S ، هو حجم البلورات. لا يتعلق الأمر فقط بوجود المزيد من كبريتيدات النحاس "الكبريتية" أو "النحاسية" ، ولكن أبعاد بلوراتها تضفي تأثيرًا غير دقيق على خصائصها ؛ وبالتالي ، فإن العلماء حريصون على دراسة والبحث عن تطبيقات للجسيمات النانوية Cu _x S _y.

كوفيليت

كل معدن أو كبريتيد النحاس له خصائص فريدة. ومع ذلك ، من بين كل منهم ، فإن كوفيليت هو الأكثر إثارة للاهتمام من وجهة نظر هيكلية وجمالية (بسبب تقزحها ونغماتها الزرقاء). لذلك ، بعض خصائصه مذكورة أدناه.

الكتلة المولية

95.611 جم / مول.

كثافة

4.76 جم / مل.

نقطة الانصهار

500 درجة مئوية ؛ لكنه ينهار.

الذوبان في الماء

3.3 · ^10-5 جم / 100 مل عند 18 درجة مئوية.

التطبيقات

الجسيمات النانوية في الطب

لا يختلف حجم الجسيمات فقط حتى تصل إلى أبعاد نانومترية ، ولكن يمكن أن تتقلب أيضًا أشكالها بشكل كبير. وبالتالي ، يمكن أن يشكل كبريتيد النحاس أغشية نانوية أو قضبان أو ألواح أو أغشية رقيقة أو أقفاص أو كابلات أو أنابيب.

تكتسب هذه الجسيمات وأشكالها الجذابة تطبيقات فردية في مجالات الطب المختلفة.

على سبيل المثال ، يمكن أن تعمل الكرات النانوية أو المجالات الفارغة كناقلات للأدوية داخل الجسم. تم استخدام الكرات النانوية ، مدعومة بأقطاب زجاجية كربونية وأنابيب نانوية كربونية ، لتعمل ككاشفات للجلوكوز ؛ بالإضافة إلى مجاميعه حساسة للكشف عن الجزيئات الحيوية مثل الحمض النووي.

تتفوق الأنابيب النانوية CuS على الغلاف النانوي في الكشف عن الجلوكوز. بالإضافة إلى هذه الجزيئات الحيوية ، تم تصميم أجهزة الاستشعار المناعية من أغشية النحاس الرقيقة وبعض الدعامات للكشف عن مسببات الأمراض.

يمكن أن تسبب البلورات النانوية والتجمعات غير المتبلورة من CuS موت الخلايا المبرمج للخلايا السرطانية ، دون التسبب في تلف الخلايا السليمة.

علم النانو

قيل في القسم الفرعي السابق أن الجسيمات النانوية كانت جزءًا من أجهزة الاستشعار الحيوية والأقطاب الكهربائية. بالإضافة إلى هذه الاستخدامات ، استفاد العلماء والفنيون أيضًا من خصائصه لتصميم الخلايا الشمسية والمكثفات وبطاريات الليثيوم والمحفزات لتفاعلات عضوية محددة جدًا ؛ عناصر لا غنى عنها في علم النانو.

ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه عند دعمها بالكربون المنشط ، أثبتت مجموعة NpCuS-CA (CA: Activated Carbon و Np: Nanoparticles) أنها تعمل كمزيل للأصباغ الضارة بالإنسان ، وبالتالي فهي تعمل كمنقي لمصادر امتصاص الماء للجزيئات غير المرغوب فيها.

المراجع

1. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (طبعة رابعة). ماك جراو هيل.
2. ويكيبيديا. (2019). كبريتيد النحاس. تم الاسترجاع من: en.wikipedia.org
3. إيفان غروزدانوف وميتوديجا ناجدوسكي. (تسعة وتسعون وخمسة وتسعون). الخصائص البصرية والكهربائية لأغشية كبريتيد النحاس ذات التركيب المتغير. مجلة كيمياء الحالة الصلبة ، المجلد 114 ، العدد 2 ، 1 فبراير 1995 ، الصفحات 469-475. doi.org/10.1006/jssc.1995.1070
4. المركز الوطني لمعلومات التكنولوجيا الحيوية. (2019). كبريتيد النحاس (CuS). قاعدة بيانات PubChem. CID = 14831. تم الاسترجاع من: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. بيتر أ أجيباد ونانديفا إل بوتا. (2017). التوليف والخصائص البصرية والتركيب
6. من بلورات كبريتيد النحاس النانوية من سلائف جزيء واحد. قسم الكيمياء ، جامعة فورت هير ، حقيبة خاصة X1314 ، أليس 5700 ، جنوب إفريقيا. المواد النانوية ، 7 ، 32.
7. التعاون: مؤلفو ومحررو المجلدات III / 17E-17F-41C (nd). كبريتيدات النحاس (Cu2S ، Cu (2-x) S) هيكل بلوري ، معلمات شعرية. في: 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. سبرينغر ، برلين ، هايدلبرغ.
8. ممتاز ، ف ، فافائي ، أ ، غيدي ، م. وآخرون. كوري جي كيم المهندس (2018). تطبيق جزيئات كبريتيد النحاس النانوية المحملة بالكربون المنشط من أجل الامتزاز المتزامن للأصباغ الثلاثية: منهجية سطح الاستجابة. 35: 1108. doi.org/10.1007/s11814-018-0012-1
9. Goel، S.، Chen، F.، & Cai، W. (2014). التوليف والتطبيقات الطبية الحيوية لجسيمات كبريتيد النحاس النانوية: من المستشعرات إلى المعالجات الحرارية. صغير (Weinheim an der Bergstrasse ، ألمانيا) ، 10 (4) ، 631-645. دوى: 10.1002 / smll.201301174