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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 comprenden estos compuestos. Algunos sulfuros de cobre son minerales económicamente importantes .

Los minerales de sulfuro de cobre prominentes incluyen Cu 2 S ( calcocita ) y CuS ( covellita ). En la industria minera, los minerales bornita o calcopirita , que consisten en una mezcla de sulfuros de cobre y hierro, a menudo se denominan "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 fuente, los sulfuros de cobre varían ampliamente en composición con 0.5 ≤ Cu / S ≤ 2, incluidos numerosos compuestos no estequiométricos .

Sulfuros de cobre conocidos [ editar ]

Los compuestos binarios minerales naturales de cobre y azufre se enumeran a continuación. Las investigaciones de la covellita ( CuS ) indican que hay otras fases metaestables de Cu-S aún por caracterizar completamente. [1]

Clases de sulfuros de cobre [ editar ]

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 las redes hcp o fcc , sin ningún enlace SS directo. Los iones de cobre se distribuyen de manera complicada en sitios intersticiales con coordinación tanto trigonal como tetraédrica distorsionada y son bastante móviles. Por 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 tanto monosulfuro (S 2− ) como disulfuro (S 2 ) n− . Sus estructuras cristalinas generalmente consisten en capas hexagonales alternas de aniones monosulfuro y disulfuro con cationes Cu en intersticios trigonales y tetraédricos. CuS, por ejemplo, se puede escribir como Cu 3 (S 2 ) S. Varios compuestos no estequiométricos con relaciones Cu: S entre 1.0 y 1.4 también contienen iones tanto monosulfuro como disulfuro. Dependiendo de su composición, estos sulfuros de cobre son semiconductores o conductores metálicos.

A presiones muy altas , se puede sintetizar un disulfuro de cobre , CuS 2 . Su estructura cristalina es análoga a la de la pirita , con todos los átomos de azufre presentes como unidades SS. El disulfuro de cobre es un conductor metálico debido a la ocupación incompleta de la banda p de azufre. Se pueden obtener diferentes composiciones estequiométricas cambiando la atmósfera redox del entorno sintético. [6]

Estados de oxidación del cobre y el azufre [ editar ]

La unión en los sulfuros de cobre no se puede describir correctamente en términos de un formalismo de estado de oxidación simple porque los enlaces Cu-S son de carácter algo covalente en lugar de iónico , y tienen un alto grado de deslocalización que da como resultado estructuras de bandas electrónicas complicadas . Aunque muchos libros de texto (por ejemplo, [7] ) dan la fórmula de valencia mixta (Cu + ) 2 (Cu 2+ ) (S 2− ) (S 2 ) 2− para CuS, los datos espectroscópicos de fotoelectrones de rayos X dan una fuerte evidencia de que, en términos del formalismo del estado de oxidación simple, todoslos 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]

Una prueba más de que la asignación del llamado "agujero de valencia" debería 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 de longitud de enlace se ha atribuido al orden de enlace más alto en (SS) , en comparación con (SS) 2, debido a que los electrones se eliminan de un orbital antienlazante π * . [9] Los estudios de RMN sobre CuS muestran que hay dos especies distintas de átomos 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 al asignar estados de oxidación en un compuesto de valencia mixta . El tema de la valencia del cobre en los sulfuros (así como en los seleniuros y telururos) continúa siendo revisado en la literatura. Un buen ejemplo es un estudio de 2009 del compuesto ternario CuCo 2 S 4 [14] (un mineral de espinela conocido como carrolita ) que "se llevó a cabo principalmente para establecer de manera inequívoca el estado de oxidación del Cu en el mineral" y concluyó "que el experimento y los espectros de absorción de Cu L2,3 simulados establecieron un estado de oxidación inequívoco de CuI en la masa de carrollita ".

Ver también [ editar ]

  • Sulfuro de cobre (I)
  • Sulfuro de cobre (II)

Referencias [ editar ]

  • JCW Folmer Agujeros en la banda de valencia de los calcogenuros de cobre Tesis 1981 Universidad Estatal de Groningen (Neth).
  1. ^ Cambios estructurales y de composición en el sulfuro de cobre durante la lixiviación y la disolución, Whiteside LS, Goble RJ, The Canadian Mineralogist; (1986) ;. 24; 2; 247-258
  2. ^ a b c d e f Wells AF (1984) Química inorgánica estructural 5ta edición Publicaciones científicas de Oxford ISBN  0-19-855370-6
  3. ^ http://rruff.geo.arizona.edu/doclib/hom/villamaninite.pdf Manual de mineralogía
  4. ^ a b Sulfuros de cobre de Alberta; yarrowita Cu 9 S 8 y espionkopita Cu 39 S 28 RJ Goble, el mineralogista canadiense; (1980); 18; 4; 511-518
  5. ^ Geerite, Cu 1.60 S, un nuevo sulfuro de cobre del municipio de Dekalb, Nueva York, Goble RJ, Robinson G., The Canadian Mineralogist; (1980), 18, 4519-523
  6. ^ La estructura cristalina de la roxbyita, Cu58S32. WG Mumme, RW Gable, V. Petříček, mineralogista canadiense; (2012); 50; 423-430
  7. ^ Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Química de los Elementos (2ª ed.). Butterworth-Heinemann . ISBN 978-0-08-037941-8.
  8. ^ La valencia del cobre en sulfuros y seleniuros: un estudio de espectroscopía de fotoelectrones de rayos X, Folmer JCW, Jellinek F., Journal of the Less Common Metals, 76, 1-2, (1980), 153-162, doi : 10.1016 / 0022-5088 (80) 90019-3
  9. ^ a b La estructura electrónica de las piritas, particularmente CuS 2 y Fe1− x Cu x Se 2 : Un estudio de XPS y Mössbauer, Folmer JCW, Jellinek F., Calis GHM, Journal of Solid State Chemistry, 72, 1, (1988) , 137-144, doi : 10.1016 / 0022-4596 (88) 90017-5
  10. ^ Romero-Jaime, AK; Vargas-Hernández, D .; Acosta-Enríquez, MC; Tánori-Córdova, JC; Valenzuela-Badilla, J .; Castillo, SJ (marzo de 2020). "Ruta novedosa para la síntesis simplificada y eficiente de nanobolas de sulfuro de cobre puntiagudas por el método de química suave y sus caracterizaciones fisicoquímicas básicas". Ciencia de los materiales en el procesamiento de semiconductores . 107 : 104830. doi : 10.1016 / j.mssp.2019.104830 .
  11. ^ Siew Wei Goh, Buckley AN, Lamb RN: ¿Sulfuro de cobre (II) ?, Min. Eng., 19 ', 204 (2006), doi : 10.1016 / j.mineng.2005.09.003
  12. ^ Los estados de oxidación de cobre y hierro en sulfuros minerales y los óxidos formados en la exposición inicial de calcopirita y bornita al aire, Siew Wei Goh, Buckley AN Lamb RN, Rosenberg RA, Moran D., Geochimica et Cosmochimica Acta, 70, 9 , 2006, 2210-2228, doi : 10.1016 / j.gca.2006.02.007
  13. ^ 63 Cu RMN estudios de sulfuro de cobre Shin-hachiro Saito, Hideki Kishi, Kohji Nié, Hisakazu Nakamaru, Fumihiko Wagatsuma, Takeshi Shinohara, Phys. Rev. B 55, (1997), 21, 14527 - 14535 doi : 10.1103 / PhysRevB.55.14527
  14. ^ Entornos electrónicos en carrollita, CuCo2S4, determinados por fotoelectrón de rayos X suave y espectroscopia de absorción
    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

Enlaces externos [ editar ]

  • Información y datos de minerales de sulfuros de cobre