SULFETO DE COBRE: ​​ESTRUTURA, PROPRIEDADES, USOS - QUÍMICA - 2025

O sulfureto de cobre é uma família de compostos inorgânicos cuja fórmula geral é Cu Química _x S _e. Se x for maior do que y, significa que o referido sulfeto é mais rico em cobre do que em enxofre; e se, ao contrário, x for menor que y, então o enxofre é mais rico em enxofre do que cobre.

Na natureza, predominam vários minerais que representam fontes naturais deste composto. Quase todos eles são mais ricos em cobre do que em enxofre, e sua composição é expressa e simplificada pela fórmula Cu _x S; aqui x pode até assumir valores fracionários, indicativos de um sólido não estequiométrico (Cu _1,75 S, por exemplo).

Uma amostra de mineral covelita, uma das muitas fontes naturais de sulfeto de cobre. Fonte: James St. John

Embora o enxofre seja amarelo em seu estado elementar, seus compostos derivados têm cores escuras; Este também é o caso do sulfeto de cobre. No entanto, o mineral covelita (imagem superior), que é composto principalmente de CuS, exibe brilho metálico e iridescência azulada.

Eles podem ser preparados a partir de diferentes fontes de cobre e enxofre, usando diferentes técnicas e variando os parâmetros de síntese. Assim, você pode obter nanopartículas de CuS com morfologias interessantes.

Estrutura do sulfeto de cobre

Links

Este composto tem a aparência de ser cristalino, portanto, pode-se pensar imediatamente que é composto por íons Cu ⁺ (cobre monovalente), Cu ²⁺ (cobre divalente), S ^2- e, inclusive, S ₂ ^- e S ₂ ^{2 -} (ânions dissulfeto), que interagem por meio de forças eletrostáticas ou ligações iônicas.

No entanto, há um leve caráter covalente entre Cu e S e, portanto, a ligação Cu-S não pode ser descartada. A partir desse raciocínio, a estrutura cristalina do CuS (e de todos os seus derivados sólidos) começa a diferir daquelas encontradas ou caracterizadas para outros compostos iônicos ou covalentes.

Em outras palavras, não podemos falar de íons puros, mas sim que no meio de suas atrações (cátion-ânion) há uma ligeira sobreposição de seus orbitais externos (compartilhamento de elétrons).

Coordenações em la covelita

Estrutura cristalina da covelita. Fonte: Benjah-bmm27.

Posto isto, a estrutura cristalina da covelite é apresentada na imagem superior. É composto por cristais hexagonais (definidos pelos parâmetros de suas células unitárias), onde os íons se unem e se orientam em diferentes coordenadas; estes são, com um número variado de vizinhos próximos.

Na imagem, os íons de cobre são representados por esferas rosa, enquanto os íons de enxofre são representados por esferas amarelas.

Focando a atenção primeiro nas esferas rosa, será notado que algumas são rodeadas por três esferas amarelas (coordenação do plano trigonal) e outras por quatro (coordenação tetraédrica).

O primeiro tipo de cobre, trigonal, pode ser identificado nos planos perpendiculares às faces hexagonais voltadas para o leitor, no qual o segundo tipo de carbono, tetraédrico, por sua vez.

Voltando agora para as esferas amarelas, algumas têm cinco esferas rosa como vizinhas (coordenação da bipirâmide trigonal), e outras três e uma esfera amarela (novamente, coordenação tetraédrica); neste último, vê-se o ânion dissulfeto, que pode ser visto abaixo e dentro da mesma estrutura da covelita:

Coordenação tetraédrica do ânion dissulfeto em covelita. Fonte: Benjah-bmm27.

Fórmula alternativa

Existem então íons Cu ²⁺, Cu ⁺, S ^2- e S ₂ ^2-. Porém, estudos realizados com espectroscopia de fotoelétrons de raios X (XPS), indicam que todo cobre é como cátions Cu ⁺; e, portanto, a fórmula inicial CuS, é expressa "melhor" como (Cu ⁺) ₃ (S ²⁻) (S ₂) ^-.

Observe que a proporção Cu: S para a fórmula acima permanece 1 e, além disso, as cobranças são canceladas.

Outros cristais

Um sulfeto de cobre pode adotar cristais ortorrômbicos, como no polimorfo, γ-Cu ₂ S, da calcocita; cúbico, como em outro polimorfo de calcocita, α-Cu ₂ S; tetragonal, na anilita mineral, Cu _1,75 S; monoclínicas, em djurleita, Cu _1,96 S, entre outras.

Para cada cristal definido existe um mineral e, por sua vez, cada mineral possui suas próprias características e propriedades.

Propriedades

Geral

As propriedades do sulfeto de cobre estão sujeitas à razão Cu: S de seus sólidos. Por exemplo, aqueles que apresentam ânions S ₂ ^2- têm estruturas hexagonais e podem ser semicondutores ou condutores metálicos.

Se, por outro lado, o teor de enxofre é constituído apenas por ânions S ², os sulfetos se comportam como semicondutores, e também apresentam condutividades iônicas em altas temperaturas. Isso ocorre porque seus íons começam a vibrar e se mover dentro dos cristais, transportando cargas elétricas.

Opticamente, embora também dependa de sua composição de cobre e enxofre, os sulfetos podem ou não absorver radiação na região do infravermelho do espectro eletromagnético. Essas propriedades ópticas e elétricas tornam os materiais potenciais para serem implementados em diferentes gamas de dispositivos.

Outra variável a se considerar, além da relação Cu: S, é o tamanho dos cristais. Não é apenas que existem mais sulfuretos de cobre “enxofre” ou “acobreados”, mas as dimensões de seus cristais conferem um efeito impreciso sobre suas propriedades; Assim, os cientistas estão ansiosos para estudar e buscar aplicações para nanopartículas de Cu _x S _y.

Covelite

Cada sulfeto mineral ou de cobre tem propriedades exclusivas. Porém, de todas elas, a covelite é a mais interessante do ponto de vista estrutural e estético (pela sua iridescência e tons de azul). Portanto, algumas de suas propriedades são mencionadas a seguir.

Massa molar

95,611 g / mol.

Densidade

4,76 g / mL.

Ponto de fusão

500 ° C; mas ele quebra.

Solubilidade em água

3,3 · 10 ^-5 g / 100 mL a 18 ° C

Formulários

Nanopartículas na medicina

Não apenas o tamanho das partículas varia até atingirem dimensões nanométricas, mas também suas morfologias podem flutuar muito. Assim, o sulfeto de cobre pode formar nanoesferas, hastes, placas, filmes finos, gaiolas, cabos ou tubos.

Essas partículas e suas morfologias atraentes adquirem aplicações individuais em diferentes campos da medicina.

Por exemplo, nanocages ou esferas vazias podem servir como transportadores de drogas dentro do corpo. Nanoesferas têm sido utilizadas, apoiadas por eletrodos de vidro de carbono e nanotubos de carbono, para funcionar como detectores de glicose; assim como seus agregados são sensíveis à detecção de biomoléculas como o DNA.

Os nanotubos CuS superam as nanoesferas na detecção de glicose. Além dessas biomoléculas, os imunossensores foram projetados a partir de filmes finos de CuS e certos suportes para a detecção de patógenos.

Nanocristais e agregados amorfos de CuS podem até causar apoptose de células cancerosas, sem causar danos às células saudáveis.

Nanociência

Na subseção anterior foi dito que suas nanopartículas fizeram parte de biossensores e eletrodos. Além de tais usos, cientistas e técnicos também tiraram proveito de suas propriedades para projetar células solares, capacitores, baterias de lítio e catalisadores para reações orgânicas muito específicas; Elementos indispensáveis ​​em nanociência.

Também vale ressaltar que quando suportado em carvão ativado, o conjunto NpCuS-CA (CA: Carvão Ativado, e Np: Nanopartículas) provou servir como removedor de corantes prejudiciais ao homem e, portanto, funciona como purificador de fontes de água absorvendo moléculas indesejadas.

Referências

1. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica. (Quarta edição). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Sulfeto de cobre. Recuperado de: en.wikipedia.org
3. Ivan Grozdanov e Metodija Najdoski. (novecentos e noventa e cinco). Propriedades ópticas e elétricas de filmes de sulfeto de cobre de composição variável. Journal of Solid State Chemistry Volume 114, Issue 2, 1 de fevereiro de 1995, Pages 469-475. doi.org/10.1006/jssc.1995.1070
4. Centro Nacional de Informações sobre Biotecnologia. (2019). Sulfeto de cobre (CuS). Banco de dados PubChem. CID = 14831. Recuperado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Peter A. Ajibade e Nandipha L. Botha. (2017). Síntese, propriedades ópticas e estruturais
6. of Copper Sulfide Nanocrystals from Single Molecule Precursors. Departamento de Química, Universidade de Fort Hare, Private Bag X1314, Alice 5700, South Africa. Nanomateriais, 7, 32.
7. Colaboração: Autores e editores dos volumes III / 17E-17F-41C (nd). Sulfuretos de cobre (Cu2S, Cu (2-x) S) estrutura cristalina, parâmetros de rede. Em: Madelung O., Rössler U., Schulz M. (eds) Non-Tetrahedrally Bonded Elements and Binary Compounds I. Landolt-Börnstein- Grupo III Condensed Matter (Dados Numéricos e Relações Funcionais em Ciência e Tecnologia), vol 41C. Springer, Berlim, Heidelberg.
8. Momtazan, F., Vafaei, A., Ghaedi, M. et al. Korean J. Chem. Eng. (2018). Aplicação de nanopartículas de sulfeto de cobre com carvão ativado para adsorção simultânea de corantes ternários: Metodologia de superfície de resposta. 35: 1108. doi.org/10.1007/s11814-018-0012-1
9. Goel, S., Chen, F., & Cai, W. (2014). Síntese e aplicações biomédicas de nanopartículas de sulfeto de cobre: ​​dos sensores à teranóstica. Small (Weinheim an der Bergstrasse, Alemanha), 10 (4), 631-645. doi: 10.1002 / smll.201301174