stringtranslate.com

Оксид меди(I)

Оксид меди (I) или оксид меди (I ) — неорганическое соединение с формулой Cu2O . Это один из основных оксидов меди , другой — оксид меди (II) или оксид меди (CuO). Соединение может иметь желтый или красный цвет в зависимости от размера частиц. [2] Оксид меди встречается в виде минерала куприта . Он входит в состав некоторых противообрастающих красок, но также имеет и другие применения, в том числе те, в которых используются его свойства полупроводника .

Подготовка

Оксид меди(I) может быть получен несколькими способами. [3] Наиболее просто он получается путем окисления металлической меди:

4 Cu + O2 → 2 Cu 2 O

Добавки, такие как вода и кислоты, влияют на скорость, а также на дальнейшее окисление до оксидов меди(II). Он также производится в коммерческих целях путем восстановления растворов меди(II) диоксидом серы .

Альтернативно, его можно получить путем восстановления ацетата меди(II) гидразином : [ 4]

4 Cu(O 2 CCH 3 ) 2 + N 2 H 4 + 2 H 2 O→ 2 Cu 2 O + 8 CH 3 CO 2 H + N 2

Водные растворы хлорида меди реагируют с основанием, давая тот же материал. Во всех случаях цвет оксида меди очень чувствителен к деталям процедуры. Cu 2 O разлагается до оксида меди(II) во влажном воздухе.

Диаграмма Пурбе для меди в некомплексных средах (анионы, отличные от ОН − , не рассматриваются). Концентрация ионов 0,001 моль/кг воды. Температура 25 °C.

Образование оксида меди (I) лежит в основе реакции Фелинга и реакции Бенедикта на восстановление сахаров . Эти сахара восстанавливают щелочной раствор соли меди(II), давая ярко-красный осадок Cu2O .

Она образуется на посеребренных медных деталях, подверженных воздействию влаги, когда слой серебра пористый или поврежден. Этот вид коррозии известен как красная чума .

Характеристики

Как и все соединения меди(I), оксид меди диамагнитен . Он нелегко гидратируется до гидроксида меди .

Оксид меди(I) растворяется в концентрированном растворе аммиака с образованием бесцветного комплекса [Cu(NH 3 ) 2 ] + , который легко окисляется на воздухе до синего [Cu(NH 3 ) 4 (H 2 O) 2 ] 2+ .

Закись меди взаимодействует с кислотами. Соляная кислота дает хлоридный комплекс CuCl−
2. Серная кислота и азотная кислота производят сульфат меди (II) и нитрат меди (II) соответственно. [5]

Структура

Крупный кристалл минеральной формы оксида меди(I) ( куприта ).

С точки зрения их координационных сфер, медные центры 2-координированы, а оксиды являются тетраэдрическими . Таким образом, структура в некотором смысле напоминает основные полиморфы SiO 2 , но решетки оксида меди взаимопроникают. Cu 2 O кристаллизуется в кубической структуре с постоянной решетки a l  = 4,2696 Å. Атомы меди располагаются в ГЦК- подрешетке, атомы кислорода в ОЦК- подрешетке. Одна подрешетка смещена на четверть диагонали тела. Пространственная группа - Pn 3 m, которая включает точечную группу с полной октаэдрической симметрией.

Приложения

Преобладающее применение оксида меди – в качестве компонента противообрастающих красок. [3]

Оксид меди также широко используется в качестве пигмента и фунгицида .

Полупроводники и связанные с ними области применения

Выпрямительные диоды на основе этого материала использовались в промышленности еще в 1924 году, задолго до того, как кремний стал стандартом. Оксид меди (I) также отвечает за розовый цвет в положительном тесте Бенедикта . В истории физики полупроводников Cu 2 O является одним из наиболее изученных материалов. Многие применения полупроводников были впервые продемонстрированы на этом материале:

Самые низкие экситоны в Cu2O чрезвычайно долгоживущие; формы линий поглощения были продемонстрированы с шириной линии в невольтах , что является самым узким объемным экситонным резонансом, когда-либо наблюдавшимся. [9] Связанные с ними квадрупольные поляритоны имеют низкую групповую скорость , приближающуюся к скорости звука. Таким образом, свет движется почти так же медленно, как звук в этой среде, что приводит к высокой плотности поляритонов. Еще одной необычной особенностью экситонов основного состояния является то, что все механизмы первичного рассеяния известны количественно. [10] Cu2O был первым веществом, для которого удалось установить полностью свободную от параметров модель расширения ширины линии поглощения под воздействием температуры , что позволило вывести соответствующий коэффициент поглощения . С использованием Cu2O можно показать , что соотношения Крамерса–Кронига неприменимы к поляритонам. [11]

В декабре 2021 года Toshiba представила прозрачный тонкопленочный солнечный элемент из оксида меди (Cu 2 O) . Ячейка достигла эффективности преобразования энергии 8,4% , что является самой высокой эффективностью, когда-либо зарегистрированной для любого элемента этого типа по состоянию на 2021 год. Ячейки могут использоваться для приложений на высотных платформах и электромобилях . [12]

Похожие соединения

Примером природного оксида меди (I,II) является минерал парамелаконит , Cu 4 O 3 или CuЯ
2CuII
2О 3 . [13] [14]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc NIOSH Карманный справочник по химическим опасностям. "#0150". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  2. ^ NN Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements , 2-е изд., Butterworth-Heinemann, Оксфорд, Великобритания, 1997.
  3. ^ ab Zhang, Jun; Richardson, H. Wayne (2016). «Соединения меди». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . стр. 1–31. doi :10.1002/14356007.a07_567.pub2. ISBN 978-3-527-30673-2.
  4. ^ О. Глемсер; Р. Зауэр (1963). "Оксид меди (I)". В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд . Т. 2 страницы=1011. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Academic Press.
  5. ^ Д. Николс, Комплексы и элементы перехода первого ряда , Macmillan Press, Лондон, 1973.
  6. ^ LO Grondahl, Однонаправленное токонесущее устройство, Патент, 1927
  7. ^ Ханке, Л.; Фрелих, Д.; Иванов А.Л.; Литтлвуд, ПБ; Штольц, Х. (22 ноября 1999 г.). «LA Фоноритоны в Cu 2 O». Письма о физических отзывах . 83 (21): 4365–4368. Бибкод : 1999PhRvL..83.4365H. doi : 10.1103/PhysRevLett.83.4365.
  8. ^ Л. Бриллюэн: Распространение волн и групповая скорость , Academic Press , Нью-Йорк , 1960 ISBN 9781483276014 . 
  9. ^ Брандт, Ян; Фрёлих, Дитмар; Сандфорт, Кристиан; Байер, Манфред; Штольц, Генрих; Нака, Нобуко (19 ноября 2007 г.). "Спектроскопия ультраузкого оптического поглощения и двухфононного возбуждения параэкситонов Cu 2 O в сильном магнитном поле". Physical Review Letters . 99 (21). Американское физическое общество (APS): 217403. Bibcode :2007PhRvL..99u7403B. doi :10.1103/physrevlett.99.217403. ISSN  0031-9007. PMID  18233254.
  10. ^ Дж. П. Вулф и А. Мысырович: Экситонная материя, Scientific American 250 (1984), № 3, 98.
  11. ^ Хопфилд, Дж. Дж. (1958). «Теория вклада экситонов в комплексную диэлектрическую постоянную кристаллов». Physical Review . 112 (5): 1555–1567. Bibcode : 1958PhRv..112.1555H. doi : 10.1103/PhysRev.112.1555. ISSN  0031-899X.
  12. ^ Беллини, Эмилиано (22.12.2021). «Toshiba заявляет об эффективности прозрачного медно-оксидного солнечного элемента 8,4%». Журнал pv . Получено 22.12.2021 .
  13. ^ "Парамелаконит".
  14. ^ «Список минералов». 21 марта 2011 г.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Оксид меди(I) .