Сульфид меди(I)

Сульфид меди(I)
Кристалличесая структура халькозина
Систематическое название	Моносульфид димеди
Другие названия	Сульфид меди(I)
Химическая формула	Cu2S
Эмпирическая формула	Cu2−XS, x = 0÷0,10
Внешний вид	твердое вещество темно-серого цвета
Свойства
Молярная масса	159,16 г/моль
Температура плавления	1129 °C (1402.15 К)
Температура разложения	700 °C (в вакууме)
Фазовые переходы	103 °C (ромб. → гекс.) 437 °C (гекс. → куб.)
Плотность	5,81 г/см³
Твёрдость по Моосу	2,5÷3,0
Растворимость в воде	1,3·10−15 г/100 мл
Произведение растворимости	2,3·10−48
Токсикологические данные
ПДК	в воздухе 4 мг/м3
Структура
Кристаллическая решётка	Орторомбическая
Термодинамические свойства
Стандартная энтальпия образования	−79 кДж/моль
Энтальпия плавления	+23,01 кДж/моль
Стандартная молярная энтропия	+121 Дж/(моль·К)
Стандартная энергия образования Гиббса	−86 кДж/моль
Классификация
Регистрационный номер CAS	22205-45-4
Регистрационный номер EC	244-842-9
Где это не указано, данные приведены при стандартных условиях (25 °C, 100 кПа).

Сульфид меди(I) — неорганическое вещество с формулой $~\mathsf{Cu_2S}$. Относится к классу бинарных соединений. Может также рассматриваться как соль одновалентной меди и сероводородной кислоты.

Нахождение в природе

Сульфид меди(I) в природе встречается в виде минерала халькозина (устаревшие названия: халькоцит, редрутит, медный блеск). Также, по составу данному соединению близок минерал джюрлеит, иногда называют джарлеит^[1] (подробнее см. Сульфиды меди). Основные свойства представлены в таблице.

	Халькозин[2]	Джюрлеит[3]
Состав	Cu2S	Cu1,94S
Цвет	темно-серый	чёрный
Сингония	ромбическая	моноклинная
Плотность, г/см³	5,5—5,8	5,5—5,7
Твердость	2,5—3,0	2,2—2,4

Физические свойства

Сульфид меди(I) — твердое вещество темно-серого цвета, нерастворимое в воде и этаноле^[4].

Cu₂S существует в трёх кристаллических модификациях^[5]:

• α-Cu₂S, ромбическая сингония, пространственная группа Ab 2m, a = 1,1190 нм, b = 2,728 нм, c = 1,341 нм, Z = 96, d = 5,81 г/см³;
• β-Cu₂S, гексагональная сингония, пространственная группа P 6₃/mmc, a = 0,389 нм, c = 0,668 нм, Z = 2, d = 5,78 г/см³;
• γ-Cu₂S, кубическая сингония, пространственная группа F m3m, a = 0,5735 нм, Z = 4, d = 5,60 г/см³.

Температуры фазовых переходов: α→β 103 °C, β→γ 437 °C.

Сульфид меди(I) склонен к образованию нестехиометрических соединений, свойства которых могут сильно отличаться от стехиометрических^[5].

Химические свойства

Реакции при высоких температурах

При атмосферном давлении в инертной атмосфере:

$\mathsf{Cu_2S \xrightarrow{1000-1130^\circ C} \ Cu_{2-x}S +\ x Cu}$

В вакууме:

$\mathsf{Cu_2S \xrightarrow{>700^\circ C} 2\ Cu +\ S}$

С водяным паром:

$\mathsf{Cu_2S + 2\ H_2O \xrightarrow{>600^\circ C} 2\ Cu +\ SO_2 + 2\ H_2}$

С кислородом:

$\mathsf{8 \ Cu_2S + 15\ O_2 \xrightarrow{500-600^\circ C} 6\ Cu_2O + 4\ CuSO_4 + 4\ SO_2}$

$\mathsf{2 \ Cu_2S + 3\ O_2 \xrightarrow{1200-1300^\circ C} 2\ Cu_2O + 2\ SO_2}$

$\mathsf{Cu_2S + 2\ Cu_2O \xrightarrow{1200-1300^\circ C} 6\ Cu + \ SO_2}$

С хлором:

$\mathsf{Cu_2S + \ Cl_2 \xrightarrow{300-400^\circ C} 2\ CuCl + \ S}$

С сульфидом железа(II) и серой:

$\mathsf{Cu_2S + 2\ FeS +\ S \xrightarrow{800-1000^\circ C} 2\ (Fe^{III}Cu^I)S_2}$

$\mathsf{2\ (Fe^{III}Cu^I)S_2 + 5\ O_2 + 2\ SiO_2 \xrightarrow{1000^\circ C} 2\ Cu +2\ FeSiO_3 + 4\ SO_2}$

Реакции в растворах

Сульфид меди(I) не реагирует с соляной кислотой.

Растворяется в горячей концентрированной азотной кислоте, концентрированном растворе цианида калия:

$\mathsf{Cu_2S + 12\ HNO_3 \longrightarrow \ Cu(NO_3)_2 +\ CuSO_4 + 10\ NO_2 \uparrow + 6\ H_2O}$

$\mathsf{Cu_2S + 4\ KCN \longrightarrow 2\ K[Cu(CN)_2] +\ K_2S}$

Медленно растворяется в холодной концентрированной азотной кислоте, горячей концентрированной серной кислоте, концентрированном растворе аммиака:

$\mathsf{Cu_2S + 8\ HNO_3 \longrightarrow 2\ Cu(NO_3)_2 +\ S \downarrow + 4\ NO_2 \uparrow + 4\ H_2O}$

$\mathsf{Cu_2S + 6\ H_2SO_4 \longrightarrow 2\ CuSO_4 + 5\ SO_2 \uparrow + 6\ H_2O}$

$\mathsf{Cu_2S + 4\ (NH_3 \cdot \ H_2O) \longrightarrow \ [Cu(NH_3)_2]_2S + 4\ H_2O}$

Восстанавливает Fe³⁺ до Fe²⁺ (в растворе):

$\mathsf{Cu_2S + 4\ Fe^{3+}_{(p)} \ \xrightarrow{80^\circ C} 2\ Cu^{2+}_{(p)} + 4\ Fe^{2+}_{(p)} +\ S \downarrow}$

$\mathsf{Cu_2S + 2\ Fe^{3+}_{(p)} \ \xrightarrow{20^\circ C} \ CuS \downarrow +\ Cu^{2+}_{(p)} + 2\ Fe^{2+}_{(p)} }$

Получение

Сульфид меди(I) может быть получен одним из следующих способов^[4].

Нагреванием металлической меди с серой в вакууме:

$\mathsf{2\ Cu +\ S \xrightarrow{300-400^\circ C} \ Cu_2S}$

Нагреванием металлической меди в токе диоксида серы:

$\mathsf{4\ Cu +\ SO_2 \xrightarrow{600-800^\circ C} \ Cu_2S + 2\ CuO}$

Термическим разложением сульфида меди(II):

$\mathsf{2\ CuS \xrightarrow{200-450^\circ C} \ Cu_2S +\ S}$

Нагреванием сульфида меди(II) в токе водорода:

$\mathsf{2\ CuS +\ H_2 \xrightarrow{600-700^\circ C} \ Cu_2S +\ H_2S}$

Нагреванием оксида меди(I) с серой:

$\mathsf{2\ Cu_2O + 3\ S \xrightarrow{>600^\circ C} 2\ Cu_2S +\ SO_2}$

Монокристаллы сульфида меди(I) получают при помощи зонной плавки^[5].

Применение

Руды, содержащие сульфид меди(I) — один из видов сырья для производства меди, медного купороса. Cульфид меди(I) — компонент медного штейна при пирометаллургическом получении меди. Также используется как полупроводник, компонент полупроводниковых сплавов^[5].

Влияние на здоровье

Пыль сульфата меди(I) токсична, ПДК в воздухе 4 мг/м³.^[5]

См. также

• Халькозин
• Сульфиды меди
• Сульфид меди(II)

Примечания

1. ↑ Яхонтова Л. К., Зверева В. П. Основы минералогии гипергенеза. Учеб. пособие. Владивосток: Дальнаука, 2000. 331 с. ISBN 5-7442-1235-3
2. ↑ Халькозин на webmineral.com. Архивировано из первоисточника 2 мая 2012.
3. ↑ Джюрлеит на webmineral.com. Архивировано из первоисточника 2 мая 2012.
4. ↑ ^{1 2} Лидин Р.А., Молочко В.А., Андреева Л.Л. Реакции неорганических веществ: справочник. — М: Дрофа, 2007. — С. 151.
5. ↑ ^{1 2 3 4 5} Сульфиды меди на xumuk.ru. Архивировано из первоисточника 2 мая 2012.