SULFURE DE CUIVRE: STRUCTURE, PROPRIÉTÉS, UTILISATIONS - CHIMIE - 2025

Le sulfure de cuivre est une famille de composés inorganiques dont la formule générale est Cu chimie _x S _et. Si x est plus grand que y cela signifie que ledit sulfure est plus riche en cuivre qu'en soufre; et si, au contraire, x est plus petit que y, alors le soufre est plus riche en soufre qu'en cuivre.

Dans la nature, de nombreux minéraux prédominent qui représentent des sources naturelles de ce composé. Presque tous sont plus riches en cuivre qu'en soufre, et leur composition est exprimée et simplifiée par la formule Cu _x S; ici x peut même prendre des valeurs fractionnaires, indicatives d'un solide non stoechiométrique (Cu _1,75 S, par exemple).

Un échantillon de minerai de covellite, l'une des nombreuses sources naturelles de sulfure de cuivre. Source: James St.John

Bien que le soufre soit jaune dans son état élémentaire, ses composés dérivés ont des couleurs foncées; C'est également le cas du sulfure de cuivre. Cependant, la covelite minérale (image du haut), qui est principalement composée de CuS, présente un éclat métallique et une irisation bleutée.

Ils peuvent être préparés à partir de différentes sources de cuivre et de soufre, en utilisant différentes techniques et en faisant varier les paramètres de synthèse. Ainsi, vous pouvez obtenir des nanoparticules de CuS avec des morphologies intéressantes.

Structure du sulfure de cuivre

Liens

Ce composé a l'apparence d'être cristallin, on peut donc immédiatement penser qu'il est composé d'ions Cu ⁺ (cuivre monovalent), Cu ²⁺ (cuivre divalent), S ^2- et, inclus, S ₂ ^- et S ₂ ^{2 -} (anions disulfure), qui interagissent par des forces électrostatiques ou des liaisons ioniques.

Cependant, il existe un léger caractère covalent entre Cu et S, et par conséquent, la liaison Cu-S ne peut être exclue. A partir de ce raisonnement, la structure cristalline du CuS (et celle de tous ses solides dérivés) commence à différer de celles trouvées ou caractérisées pour d'autres composés ioniques ou covalents.

En d'autres termes, on ne peut pas parler d'ions purs, mais plutôt qu'au milieu de leurs attractions (cation-anion) il y a un léger chevauchement de leurs orbitales externes (partage d'électrons).

Coordonnées à la covelita

Structure cristalline de la covellite. Source: Benjah-bmm27.

Cela dit, la structure cristalline de la covelite est montrée dans l'image supérieure. Il se compose de cristaux hexagonaux (définis par les paramètres de leurs cellules unitaires), dans lesquels les ions s'unissent et s'orientent dans des coordinations différentes; ce sont, avec un nombre varié de voisins proches.

Dans l'image, les ions cuivre sont représentés par des sphères roses, tandis que les ions soufre sont représentés par des sphères jaunes.

En focalisant d'abord l'attention sur les sphères roses, on notera que certaines sont entourées de trois sphères jaunes (coordination du plan trigonal), et d'autres de quatre (coordination tétraédrique).

Le premier type de cuivre, trigonal, peut être identifié dans les plans perpendiculaires aux faces hexagonales en regard du lecteur, dans lesquels le deuxième type de carbone, tétraédrique, est à son tour.

En ce qui concerne maintenant les sphères jaunes, certaines ont cinq sphères roses comme voisines (coordination bipyramide trigonale), et d'autres trois et une sphère jaune (encore une fois, coordination tétraédrique); Dans ce dernier, nous sommes confrontés à l'anion disulfure, visible ci-dessous et dans la même structure de la covelite:

Coordination tétraédrique de l'anion disulfure dans la covellite. Source: Benjah-bmm27.

Formule alternative

Il y a alors les ions Cu ²⁺, Cu ⁺, S ^2- et S ₂ ^2-. Cependant, des études réalisées avec la spectroscopie photoélectronique aux rayons X (XPS), indiquent que tout le cuivre est sous forme de cations Cu ⁺; et par conséquent, la formule initiale CuS, est exprimée «mieux» par (Cu ⁺) ₃ (S ²⁻) (S ₂) ^-.

Notez que le rapport Cu: S pour la formule ci-dessus reste 1, et en outre les charges s'annulent.

Autres cristaux

Un sulfure de cuivre peut adopter des cristaux orthorhombiques, comme dans le polymorphe γ-Cu ₂ S de la chalcocite; cubique, comme dans un autre polymorphe de chalcocite, α-Cu ₂ S; tétragonale, dans l'anilite minérale, Cu _1,75 S; monocliniques, en djurleite, Cu _1,96 S, entre autres.

Pour chaque cristal défini, il y a un minéral, et à son tour, chaque minéral a ses propres caractéristiques et propriétés.

Propriétés

Général

Les propriétés du sulfure de cuivre sont soumises au rapport Cu: S de ses solides. Par exemple, ceux qui présentent des anions S ₂ ^2- ont des structures hexagonales, et peuvent être soit des semi-conducteurs, soit des conducteurs métalliques.

Si, au contraire, la teneur en soufre consiste simplement en anions S ², les sulfures se comportent comme des semi-conducteurs et présentent également des conductivités ioniques à des températures élevées. En effet, ses ions commencent à vibrer et à se déplacer dans les cristaux, transportant ainsi des charges électriques.

Optiquement, bien que cela dépende également de leur composition en cuivre et en soufre, les sulfures peuvent ou non absorber un rayonnement dans la région infrarouge du spectre électromagnétique. Ces propriétés optiques et électriques en font des matériaux potentiels à mettre en œuvre dans différentes gammes d'appareils.

Une autre variable à considérer, en plus du rapport Cu: S, est la taille des cristaux. Ce n'est pas seulement qu'il y a plus de sulfures de cuivre «soufre» ou «cuivré», mais les dimensions de leurs cristaux confèrent un effet imprécis sur leurs propriétés; Ainsi, les scientifiques sont impatients d'étudier et de rechercher des applications pour les nanoparticules Cu _x S _y.

Covelite

Chaque sulfure de minerai ou de cuivre a des propriétés uniques. Cependant, de tous, la covelite est la plus intéressante d'un point de vue structurel et esthétique (en raison de son irisation et de ses tons bleus). Par conséquent, certaines de ses propriétés sont mentionnées ci-dessous.

Masse molaire

95,611 g / mol.

Densité

4,76 g / ml.

Point de fusion

500 ° C; mais il tombe en panne.

Solubilité dans l'eau

3,3 · 10 ^-5 g / 100 mL à 18 ° C

Applications

Nanoparticules en médecine

Non seulement la taille des particules varie jusqu'à ce qu'elles atteignent des dimensions nanométriques, mais aussi leurs morphologies peuvent fortement fluctuer. Ainsi, le sulfure de cuivre peut former des nanosphères, des tiges, des plaques, des films minces, des cages, des câbles ou des tubes.

Ces particules et leurs morphologies attractives acquièrent des applications individuelles dans différents domaines de la médecine.

Par exemple, des nanocages ou des sphères vides peuvent servir de vecteurs de médicaments dans le corps. Des nanosphères ont été utilisées, soutenues par des électrodes en verre de carbone et des nanotubes de carbone, pour fonctionner comme des détecteurs de glucose; ainsi que ses agrégats sont sensibles à la détection de biomolécules telles que l'ADN.

Les nanotubes CuS surpassent les nanosphères dans la détection du glucose. En plus de ces biomolécules, des immunocapteurs ont été conçus à partir de couches minces de CuS et de certains supports pour la détection d'agents pathogènes.

Les nanocristaux et les agrégats amorphes de CuS peuvent même provoquer l'apoptose des cellules cancéreuses, sans endommager les cellules saines.

Nanoscience

Dans la sous-section précédente, il était dit que ses nanoparticules faisaient partie de biocapteurs et d'électrodes. En plus de ces utilisations, scientifiques et techniciens ont également profité de ses propriétés pour concevoir des cellules solaires, des condensateurs, des batteries au lithium et des catalyseurs pour des réactions organiques très spécifiques; Éléments indispensables en nanoscience.

Il convient également de mentionner que lorsqu'il est supporté sur du charbon actif, l'ensemble NpCuS-CA (CA: Activated Carbon et Np: Nanoparticles) s'est avéré servir d'élimination des colorants nocifs pour l'homme et, par conséquent, fonctionne comme un purificateur de sources de l'eau absorbant les molécules indésirables.

Références

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