stringtranslate.com

Оксид меди(I)

Оксид меди(I) или оксид меди представляет собой неорганическое соединение с формулой Cu 2 O. Это один из основных оксидов меди , другой — оксид меди (II) или оксид меди (CuO). Оксид меди представляет собой твердое вещество красного цвета и входит в состав некоторых необрастающих красок. Соединение может иметь желтый или красный цвет, в зависимости от размера частиц. [3] Оксид меди(I) встречается в виде красноватого минерала куприта .

Подготовка

Оксид меди(I) можно получить несколькими способами. [4] Проще говоря, он возникает в результате окисления металлической меди:

4 Cu + O 2 → 2 Cu 2 O

Такие добавки, как вода и кислоты, влияют на скорость этого процесса, а также на дальнейшее окисление до оксидов меди (II). Его также производят в промышленных масштабах путем восстановления растворов меди (II) диоксидом серы .

Альтернативно его можно получить путем восстановления гидроксида меди (II) перекисью водорода в ходе «сложного механизма с участием трех различных путей реакции». с конечной реакцией восстановления: [5]

2 CuOOH + → 2Cu(I) + H 2 O 2 + O 2

2Cu 2+ + OH - + H2O2 → 2Cu + + O 2 + H2O [6]

Реакции

Водные растворы хлорида меди реагируют с основанием с образованием того же вещества. Во всех случаях цвет очень чувствителен к процедурным деталям.

Диаграмма Пурбе для меди в незакомплексованных средах (анионы, кроме OH – не учитываются). Концентрация ионов 0,001 моль/кг воды. Температура 25 °С.

Образование оксида меди(I) лежит в основе теста Фелинга и теста Бенедикта на восстановление сахаров . Эти сахара восстанавливают щелочной раствор соли меди(II), давая ярко-красный осадок Cu 2 O.

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

Существует мало данных о гидроксиде меди (I) CuOH, который, как ожидается, быстро подвергнется дегидратации. Аналогичная ситуация наблюдается и с гидроксидами золота(I) и серебра(I).

Характеристики

Твердое тело диамагнитно . По координационным сферам медные центры являются 2-координированными, а оксиды - тетраэдрическими. Таким образом, структура в некотором смысле напоминает основные полиморфы SiO 2 , но решетки оксида меди взаимопроникают.

Оксид меди(I) растворяется в концентрированном растворе аммиака с образованием бесцветного комплекса [Cu(NH 3 ) 2 ] + , который легко окисляется на воздухе до синего цвета [Cu(NH 3 ) 4 (H 2 O) 2 ] 2+. . Растворяется в соляной кислоте с образованием растворов CuCl .−
2. Разбавленная серная кислота и азотная кислота дают сульфат меди(II) и нитрат меди(II) соответственно. [7]

Cu 2 O разлагается до оксида меди(II) во влажном воздухе.

Состав

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 сдвинута на четверть диагонали тела. Пространственная группа Pn 3 m, в которую входит точечная группа с полной октаэдрической симметрией.

Полупроводниковые свойства

В истории физики полупроводников Cu 2 O является одним из наиболее изученных материалов, и многие экспериментальные применения полупроводников были впервые продемонстрированы на этом материале:

Низшие экситоны в Cu 2 O чрезвычайно долговечны; формы линий поглощения были продемонстрированы с шириной линии в нэВ , что является самым узким объемным экситонным резонансом, когда-либо наблюдавшимся. [11] Соответствующие квадрупольные поляритоны имеют низкую групповую скорость , приближающуюся к скорости звука. Таким образом, свет в этой среде движется почти так же медленно, как звук, что приводит к высокой плотности поляритонов. Еще одной необычной особенностью экситонов в основном состоянии является то, что все механизмы первичного рассеяния известны количественно. [12] Cu 2 O был первым веществом, в котором можно было создать полностью безпараметрическую модель расширения ширины линии поглощения под действием температуры , что позволило вывести соответствующий коэффициент поглощения . С помощью Cu 2 O можно показать , что соотношения Крамерса–Кронига не применимы к поляритонам. [13]

Приложения

Оксид меди обычно используется в качестве пигмента , фунгицида и средства против обрастания морских красок. Выпрямительные диоды на основе этого материала начали использовать в промышленности еще в 1924 году, задолго до того, как кремний стал стандартом. Оксид меди(I) также отвечает за розовый цвет при положительной реакции Бенедикта .

В декабре 2021 года Toshiba объявила о создании тонкопленочного солнечного элемента из прозрачного оксида меди (Cu 2 O) . Ячейка достигла эффективности преобразования энергии 8,4% , что является самым высоким КПД, когда-либо зарегистрированным для любой ячейки этого типа по состоянию на 2021 год. Ячейки можно использовать для станций на высотных платформах и в электромобилях . [14]

Подобные соединения

Примером природного оксида меди(I,II) является минерал парамелаконит Cu 4 O 3 или Cuя
2CuII
2О 3 . [15] [16]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ https://www.nwmissouri.edu/naturalsciences/sds/c/Copper%20I%20оксид.pdf [ неработающая ссылка ]
  2. ^ abc Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0150». Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  3. ^ Н. Н. Гринвуд, А. Эрншоу, Химия элементов , 2-е изд., Баттерворт-Хейнеманн, Оксфорд, Великобритания, 1997.
  4. ^ Х. Уэйн Ричардсон «Соединения меди в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi : 10.1002/14356007.a07_567
  5. ^ Перес-Бенито, Хоакин Ф. (1 марта 2004 г.). «Пути реакций разложения пероксида водорода, катализируемого медью (II)». Журнал неорганической биохимии . 98 (3): 430–438. doi :10.1016/j.jinorgbio.2003.10.025. ISSN  0162-0134. ПМИД  14987843.
  6. ^ Йенер, Эрсин (сентябрь 2017 г.). «Повышение стабильности перекиси водорода с помощью этиленгликоля».
  7. ^ Д. Николлс, Комплексы и переходные элементы первого ряда , Macmillan Press, Лондон, 1973.
  8. ^ Л. О. Грондал, Устройство с однонаправленным током, патент, 1927 г.
  9. ^ 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.
  10. ^ Л. Бриллюэн: Распространение волн и групповая скорость , Academic Press , Нью-Йорк , 1960 ISBN 9781483276014 . 
  11. ^ Брандт, Ян; Фрелих, Дитмар; Сэндфорт, Кристиан; Байер, Манфред; Штольц, Генрих; Нака, Нобуко (19 ноября 2007 г.). «Сверхузкое оптическое поглощение и спектроскопия двухфононного возбуждения параэкситонов Cu 2 O в сильном магнитном поле». Письма о физических отзывах . Американское физическое общество (APS). 99 (21): 217403. Бибкод : 2007PhRvL..99u7403B. doi : 10.1103/physrevlett.99.217403. ISSN  0031-9007. ПМИД  18233254.
  12. ^ Дж. П. Вульф и А. Мисирович: Экситонная материя, Scientific American 250 (1984), № 3, 98.
  13. ^ Хопфилд, Джей-Джей (1958). «Теория вклада экситонов в комплексную диэлектрическую проницаемость кристаллов». Физический обзор . 112 (5): 1555–1567. Бибкод : 1958PhRv..112.1555H. дои : 10.1103/PhysRev.112.1555. ISSN  0031-899X.
  14. ^ Беллини, Эмилиано (22 декабря 2021 г.). «Toshiba заявляет о КПД прозрачного солнечного элемента на основе оксида меди 8,4%» . журнал пв . Проверено 22 декабря 2021 г.
  15. ^ "Парамелаконит".
  16. ^ «Список минералов». 21 марта 2011 г.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы, связанные с оксидом меди (I) .