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sulfuro de cobre

Los sulfuros de cobre describen una familia de compuestos químicos y minerales con la fórmula Cu x S y . Tanto los minerales como los materiales sintéticos contienen estos compu...

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Los sulfuros de cobre describen una familia de compuestos químicos y minerales con la fórmula Cu x S y . Tanto los minerales como los materiales sintéticos contienen estos compuestos. Algunos sulfuros de cobre son menas de importancia económica .

Entre los minerales de sulfuro de cobre más destacados se encuentran el Cu₂S ( calcocita ) y el CuS ( covelita ). En la industria minera, los minerales bornita o calcopirita , que consisten en sulfuros mixtos de cobre y hierro, se denominan a menudo "sulfuros de cobre". En química , un "sulfuro de cobre binario" es cualquier compuesto químico binario de los elementos cobre y azufre . Cualquiera que sea su origen, los sulfuros de cobre varían ampliamente en composición, con 0,5 ≤ Cu/S ≤ 2, incluyendo numerosos compuestos no estequiométricos .

Sulfuros de cobre conocidos

A continuación se enumeran los compuestos minerales binarios de cobre y azufre que se encuentran en la naturaleza. Las investigaciones sobre la covelita ( CuS ) indican que existen otras fases metaestables de Cu-S que aún no se han caracterizado completamente. [ 1 ]

Clases de sulfuros de cobre

Los sulfuros de cobre se pueden clasificar en tres grupos:

Monosulfuros , 1,6 ≤ Cu/S ≤ 2: sus estructuras cristalinas consisten en aniones sulfuro aislados que están estrechamente relacionados con redes hcp o fcc , sin enlaces directos SS. Los iones de cobre se distribuyen de manera compleja en sitios intersticiales con coordinación tanto trigonal como tetraédrica distorsionada y son bastante móviles. Por lo tanto, este grupo de sulfuros de cobre muestra conductividad iónica a temperaturas ligeramente elevadas. Además, la mayoría de sus miembros son semiconductores .

Los compuestos mixtos de monosulfuro y disulfuro de cobre contienen aniones monosulfuro (S²⁻ ) y disulfuro ( S²⁻ ) . Sus estructuras cristalinas suelen consistir en capas hexagonales alternas de aniones monosulfuro y disulfuro con cationes Cu en intersticios trigonales y tetraédricos. Por ejemplo, el CuS se puede escribir como Cu₃ ( S²⁻ ) S. Varios compuestos no estequiométricos con relaciones Cu:S entre 1,0 y 1,4 también contienen iones monosulfuro y disulfuro. Según su composición, estos sulfuros de cobre son semiconductores o conductores metálicos.

A presiones muy elevadas, se puede sintetizar disulfuro de cobre , CuS₂ . Su estructura cristalina es análoga a la de la pirita , con todos los átomos de azufre dispuestos como unidades SS. El disulfuro de cobre es un conductor metálico debido a la ocupación incompleta de la banda p del azufre. Se pueden obtener diferentes composiciones estequiométricas modificando la atmósfera redox del entorno de síntesis.[6]

Estados de oxidación del cobre y del azufre

El enlace en los sulfuros de cobre no puede describirse correctamente en términos de un formalismo de estado de oxidación simple porque los enlaces Cu-S son algo covalentes en lugar de iónicos en carácter, y tienen un alto grado de deslocalización que resulta en estructuras de bandas electrónicas complicadas . Aunque muchos libros de texto (p. ej. [ 7 ] ) dan la fórmula de valencia mixta (Cu + ) 2 (Cu 2+ )(S 2− )(S 2 ) 2− para CuS, los datos de espectroscopia de fotoelectrones de rayos X dan fuerte evidencia de que, en términos del formalismo de estado de oxidación simple, todos los sulfuros de cobre conocidos deben considerarse como compuestos de cobre puramente monovalentes, y las fórmulas más apropiadas serían (Cu + ) 3 (S 2− )(S 2 ) − para CuS, y (Cu + )(S 2 ) − para CuS 2 , respectivamente. [ 8 ] [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

Otra evidencia de que la asignación del llamado "hueco de valencia" debe ser a las unidades S 2 en estas dos fórmulas es la longitud de los enlaces SS, que son significativamente más cortos en CuS (0,207  nm) y CuS 2 (0,203  nm) que en el disulfuro "clásico" Fe 2+ (S 2 ) 2− (0,218  nm). Esta diferencia en la longitud del enlace se ha atribuido al mayor orden de enlace en (SS) − en comparación con (SS) 2− debido a que se eliminan electrones de un orbital antienlazante π*. [ 9 ] Los estudios de RMN en CuS muestran que hay dos especies distintas de átomo de cobre, una con una naturaleza más metálica que la otra. [ 13 ] Esta aparente discrepancia con los datos del espectro de fotoelectrones de rayos X simplemente resalta el problema que tiene la RMN para asignar estados de oxidación en un compuesto de valencia mixta . La cuestión de la valencia del cobre en los sulfuros (así como en los seleniuros y telururos) sigue siendo objeto de debate en la literatura. Un buen ejemplo es un estudio de 2009 del compuesto ternario CuCo₂S₄ [14 ] ( un mineral espinela conocido como carrollita ) que "se llevó a cabo principalmente para establecer de forma inequívoca el estado de oxidación del Cu en el mineral" y concluyó que "los espectros de absorción experimentales y simulados de Cu L₂,₃ establecieron un estado de oxidación inequívoco de CuI en la masa de la carrollita".

Véase también

Referencias

  • JCW Folmer Agujeros en la banda de valencia de los calcogenuros de cobre Tesis 1981 Universidad Estatal de Groningen (Países Bajos).
  1. ↑ Whiteside, LS; Goble, RJ (1986). "Cambios estructurales y composicionales en el sulfuro de cobre durante la lixiviación y disolución" . The Canadian Mineralogist . 24 (2): 247– 258.
  2. 1 2 3 4 5 6 Wells AF (1984) Química inorgánica estructural, 5.ª edición, Oxford Science Publications ISBN 0-19-855370-6
  3. ↑ http://rruff.geo.arizona.edu/doclib/hom/villamaninita.pdf Manual de Mineralogía
  4. 1 2 Sulfuros de cobre de Alberta; yarrowita Cu 9 S 8 y espiopita Cu 39 S 28 RJ Goble, The Canadian Mineralogist; (1980); 18; 4; 511-518
  5. ↑ Goble, RJ; Robinson, G. (1980). "Geerita, Cu 1.60 S, un nuevo sulfuro de cobre del municipio de Dekalb, Nueva York" . The Canadian Mineralogist . 18 (4): 519– 523.
  6. ↑ Mumme, WG; Gable, RW; Petricek, V. (2012-04-01). "La estructura cristalina de la roxibyita, Cu 58 S 32 ". The Canadian Mineralogist . 50 (2). Mineralogical Association of Canada: 423– 430. Bibcode : 2012CaMin..50..423M . doi : 10.3749/canmin.50.2.423 . ISSN 0008-4476 . 
  7. ↑ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Química de los elementos (2.ª ed.). Butterworth-Heinemann. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN  978-0-08-037941-8.
  8. ↑ Folmer, JCW; Jellinek, F (1980). "La valencia del cobre en sulfuros y seleniuros: un estudio de espectroscopia de fotoelectrones de rayos X". Journal of the Less Common Metals . 76 ( 1– 2). Elsevier BV: 153– 162. doi : 10.1016/0022-5088(80)90019-3 . ISSN 0022-5088 . 
  9. 1 2 Folmer, JCW; Jellinek, F.; Calis, GHM (1988). "La estructura electrónica de las piritas, en particular CuS 2 y Fe 1−x Cu x Se 2 : Un estudio XPS y Mössbauer". Journal of Solid State Chemistry . 72 (1). Elsevier BV: 137– 144. Bibcode : 1988JSSCh..72..137F . doi : 10.1016/0022-4596(88)90017-5 . ISSN 0022-4596 . 
  10. ↑ Romero-Jaime, AK; Vargas-Hernández, D.; Acosta-Enríquez, MC; Tánori-Córdova, JC; Valenzuela-Badilla, J.; Castillo, SJ (marzo de 2020). "Nueva ruta para la síntesis simplificada y eficiente de nanobolas de sulfuro de cobre con forma de espiga mediante un método de química suave y sus caracterizaciones fisicoquímicas básicas". Materials Science in Semiconductor Processing . 107 104830. doi : 10.1016/j.mssp.2019.104830 . S2CID 209705124 . 
  11. ↑ Goh, Siew Wei; Buckley, Alan N.; Lamb, Robert N. (2006). "¿Sulfuro de cobre(II)?". Minerals Engineering . 19 (2). Elsevier BV: 204– 208. Bibcode : 2006MiEng..19..204G . doi : 10.1016/j.mineng.2005.09.003 . ISSN 0892-6875 . 
  12. ↑ Goh, Siew Wei; Buckley, Alan N.; Lamb, Robert N.; Rosenberg, Richard A.; Moran, Damian (2006). "Los estados de oxidación del cobre y el hierro en los sulfuros minerales y los óxidos formados en la exposición inicial de la calcopirita y la bornita al aire". Geochimica et Cosmochimica Acta . 70 (9). Elsevier BV: 2210– 2228. Bibcode : 2006GeCoA..70.2210G . doi : 10.1016/j.gca.2006.02.007 . ISSN 0016-7037 . 
  13. ^ Saito, Shin-hachiro; Kishi, Hideki; Nie, Kohji; Nakamaru, Hisakazu; Wagatsuma, Fumihiko; Shinohara, Takeshi (1 de junio de 1997). " Estudios de RMN de 63 Cu de sulfuro de cobre". Revisión física B. 55 (21). Sociedad Estadounidense de Física (APS): 14527– 14535. Bibcode : 1997PhRvB..5514527S . doi : 10.1103/physrevb.55.14527 . ISSN 0163-1829 . 
  14. ↑ Entornos electrónicos en la carrollita, CuCo₂S₄ , determinados mediante espectroscopia de fotoelectrones y absorción de rayos X blandos. Alan N. Buckley, William M. Skinner, Sarah L. Harmer, Allan Pring y Liang-Jen Fan.Geochimica et Cosmochimica Acta, Volumen 73, Número 15, 1 de agosto de 2009, Páginas 4452-4467.
  • Información y datos sobre minerales de sulfuros de cobre