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硫化銅

化合物

硫化銅是一種銅和硫的化合物，化學式CuS，在自然界中以深藍色的靛銅礦形式存在。它是一種中等導電性的導體。[4] 硫化氫氣體通入銅鹽溶液時可形成硫化銅的膠狀沉澱。[5] 目前也有研究發現硫化銅可用在催化[6] 和光電性[7] 的應用上。

硫化銅
IUPAC名
Copper(II) sulfide
硫化銅
別名 靛銅礦
硫化銅(II)
識別
CAS號 1317-40-4 ?
PubChem 14831
SMILES
 
  • [Cu+2].[S-2]
RTECS GL8912000
性質
化學式 CuS
摩爾質量 95.611[1] g·mol⁻¹
外觀 黑色六方晶體[1]
密度 4.76 g/cm3[1]
熔點 507°C[1]（轉化為硫化亞銅 [1][3]）
溶解性（水） 難溶[1]
溶度積Ksp 8.0 x 10-34
溶解性 難溶於稀酸，強鹼溶液，乙醇[1]溶於硝酸、氰化鉀
折光度n
D 		1.45 [2]
結構
晶體結構 六方[1]
相關物質
其他陰離子 氧化銅
其他陽離子 硫化鋅
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

結構

硫化銅（靛銅礦）以六方晶系形式結晶，也存在一種不定型的高壓形式，[8] 是以拉曼光譜學為基礎，被描述為一種扭曲的靛銅礦形式的結構。由銅(II)乙二胺配合物與硫脲在常溫下反應也可得一種不定型的半導體硫化銅，在30°C時轉化為靛銅礦結構。[9]
硫化銅的晶體結構被多次報道。[10][11][12] Wells形容此結構「特別」，[13] 它與氧化銅的晶體結構很不相同，但與硒化銅（CuSe）的結構相似。硫化銅晶胞包含6個CuS（12個原子），其中

  • 4個銅原子成四面體結構。
  • 2個銅原子成平面三角形結構。
  • 2對硫原子的距離僅207.1 pm，[12] 證明了S-S鍵（二硫鍵）的存在。
  • 剩下的兩個硫原子形成圍繞銅原子的三角形結構，並且這兩個硫原子也被5個構成五角雙錐結構的銅原子圍繞。
  • 二硫鍵中的兩個硫原子中的一個與3個四面體構型的銅原子配位。

硫化銅CuIIS（不含硫硫鍵）與晶體結構不相符合，與觀測到的抗磁性不吻合，[14] 因為Cu(II)化合物具d9排布，應為順磁性物質。[5]
使用XPS技術的研究[15][16][17][18] 表明所有的銅原子均具有+1的氧化態。這與許多課本中的八隅律相違背。[5] 通常課本認為CuS同時具有CuI和CuII，也就是(Cu+)2Cu2+(S2)2–S2–。另外一種化學式(Cu+)3(S2–)(S2)–則收到了計算數據的支持。[19] 這種化學式不應被認為是含有自由離子，而是存在價「空洞」。[19][20] 對Cu(II)鹽沉澱的電子順磁共振研究也顯示出溶液中Cu(II)被還原至Cu(I)的過程的存在。[21]

 
 
 
 
 
部分結構的球棍模型
銅原子的三角形構型
銅原子的四面體構型
硫原子的三角雙錐構型
二硫鍵的四面體構型

參見

參考

  1. ^ 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 CRC Handbook of Chemistry and Physics 97th Edition. 2016-06-24: 4–60. ISBN 1-4987-5428-7 （英語）. 
  2. ^ Pradyot Patnaik. Handbook of Inorganic Chemicals. McGraw-Hill, 2002, ISBN 0070494398
  3. ^ Blachnik, R.; Müller, A., The formation of Cu2S from the elements I. Copper used in form of powders, Thermochimica Acta, 2000, 361 (1–2): 31–52, doi:10.1016/S0040-6031(00)00545-1 
  4. ^ Wells A.F. (1962) Structural Inorganic Chemistry 3d edition Oxford University Press
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements 2nd. Oxford:Butterworth-Heinemann. 1997. ISBN 0-7506-3365-4. 
  6. ^ Kuchmii, S.Y.; Korzhak A.V., Raevskaya A.E.,Kryukov A.I. Catalysis of the Sodium Sulfide Reduction of Methylviologene by CuS Nanoparticles. Theoretical and Experimental Chemistry (New York: Springer). 2001, 37 (1): 36–41. doi:10.1023/A:1010465823376. 
  7. ^ Mane, R.S.; Lokhande C.D. Chemical deposition method for metal chalcogenide thin films. Materials Chemistry and Physics. June 2000, 65: 1–31. doi:10.1016/S0254-0584(00)00217-0. 
  8. ^ Peiris, M; Sweeney, J.S.; Campbell, A.J.; Heinz D. L. Pressure-induced amorphization of covellite, CuS. J. Chem. Phys. 1996, 104: 11–16. doi:10.1063/1.470870. 
  9. ^ Grijalva, H.; Inoue, M.; Boggavarapu, S.; Calvert, P. Amorphous and crystalline copper sulfides, CuS. J. Mater. Chem. 1996, 6: 1157–1160. doi:10.1039/JM9960601157. 
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  11. ^ Berry, L. G. The crystal structure of covellite CuS and klockmannite CuSe. American Mineralogist. 1954, 39: 504. 
  12. ^ 12.0 12.1 Evans, H.T. Jr.; Konnert J. Crystal structure refinement of covellite. American Mineralogist. 1976, 61: 996–1000. 
  13. ^ Wells A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry 5th edition Oxford Science Publications ISBN 0-19-855370-6
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  18. ^ Goh, S.W.; Buckley A.N., Lamb R.N. Copper(II) sulfide?. Minerals Engineering. 2006年2月, 19 (2): 204–208. doi:10.1016/j.mineng.2005.09.003. 
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  20. ^ Nozaki, H; Shibata, K; Ohhashi,N. Metallic hole conduction in CuS. Journal of Solid State Chemistry. 1991年4月, 91 (2): 306–311. doi:10.1016/0022-4596(91)90085-V. 
  21. ^ Luther, GW; Theberge SM, Rozan TF, Rickard D, Rowlands CC, Oldroyd A. Aqueous copper sulfide clusters as intermediates during copper sulfide formation.. Environ. Sci. Technol. 2002年2月, 36 (3): 394–402. doi:10.1021/es010906k. 
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