Сульфид меди(I)

Сульфид меди(I)
Кристаллическая 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).

Сульфи́д ме́ди(I) — неорганическое вещество с формулой $\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}$. 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 (подробнее см. Сульфиды меди). Основные свойства представлены в таблице.

	Халькозин	Джюрлеит
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.

Cu₂S существует в трёх кристаллических модификациях:

• α-Cu₂S, ромбическая сингония, пространственная группа Ab 2m, параметры ячейки 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, параметры ячейки a = 0,389 нм, c = 0,668 нм, Z = 2, d = 5,78 г/см³;
• γ-Cu₂S, кубическая сингония, пространственная группа F m3m, параметры ячейки 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.

Химические свойства

Реакции при высоких температурах

При атмосферном давлении в инертной атмосфере:

$\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\stackrel{1000-1130^{\circ }C}{\to }\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}\mathsf{-}\mathsf{x}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{x}\mathsf{C}\mathsf{u}$

В вакууме:

$\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\stackrel{>700^{\circ }C}{\to }\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{+}\mathsf{S}$

С водяным паром:

$\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\stackrel{>600^{\circ }C}{\to }\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{+}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}$

С кислородом:

$\mathsf{8}\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{1}\mathsf{5}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{500-600^{\circ }C}{\to }\mathsf{6}\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$

$\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{3}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{1200-1300^{\circ }C}{\to }\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$

$\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\stackrel{1200-1300^{\circ }C}{\to }\mathsf{6}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{+}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$

С хлором:

$\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{C}{\mathsf{l}}_{\mathsf{2}}\stackrel{300-400^{\circ }C}{\to }\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{C}\mathsf{l}\mathsf{+}\mathsf{S}$

С сульфидом железа(II) и серой:

$\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{F}\mathsf{e}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{S}\stackrel{800-1000^{\circ }C}{\to }\mathsf{2}\mathsf{(}\mathsf{F}{\mathsf{e}}^{\mathsf{I}\mathsf{I}\mathsf{I}}\mathsf{C}{\mathsf{u}}^{\mathsf{I}}\mathsf{)}{\mathsf{S}}_{\mathsf{2}}$

$\mathsf{2}\mathsf{(}\mathsf{F}{\mathsf{e}}^{\mathsf{I}\mathsf{I}\mathsf{I}}\mathsf{C}{\mathsf{u}}^{\mathsf{I}}\mathsf{)}{\mathsf{S}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{5}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{S}\mathsf{i}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{1000^{\circ }C}{\to }\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{F}\mathsf{e}\mathsf{S}\mathsf{i}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$

Реакции в растворах

Сульфид меди(I) не реагирует с соляной кислотой.

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

$\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{1}\mathsf{2}\mathsf{H}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{⟶}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{(}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{1}\mathsf{0}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}\mathsf{6}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

$\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{K}\mathsf{C}\mathsf{N}\mathsf{⟶}\mathsf{2}\mathsf{K}\mathsf{[}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{(}\mathsf{C}\mathsf{N}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{]}\mathsf{+}{\mathsf{K}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}$

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

$\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{8}\mathsf{H}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}\mathsf{⟶}\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{(}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}\mathsf{+}\mathsf{S}\mathsf{\downarrow }\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{N}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

$\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{6}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{⟶}\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{4}}\mathsf{+}\mathsf{5}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\mathsf{\uparrow }\mathsf{+}\mathsf{6}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

$\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{(}\mathsf{N}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}\mathsf{\cdot }{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{)}\mathsf{⟶}\mathsf{[}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{(}\mathsf{N}{\mathsf{H}}_{\mathsf{3}}{\mathsf{)}}_{\mathsf{2}}{\mathsf{]}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{4}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}$

Восстанавливает Fe³⁺ до Fe²⁺ (в растворе):

$\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{F}{e}_{\mathsf{(}\mathsf{p}\mathsf{)}}^{\mathsf{3}\mathsf{+}}\stackrel{80^{\circ }C}{\to }\mathsf{2}\mathsf{C}{u}_{\mathsf{(}\mathsf{p}\mathsf{)}}^{\mathsf{2}\mathsf{+}}\mathsf{+}\mathsf{4}\mathsf{F}{e}_{\mathsf{(}\mathsf{p}\mathsf{)}}^{\mathsf{2}\mathsf{+}}\mathsf{+}\mathsf{S}\mathsf{\downarrow }$

$\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{F}{e}_{\mathsf{(}\mathsf{p}\mathsf{)}}^{\mathsf{3}\mathsf{+}}\stackrel{20^{\circ }C}{\to }\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{S}\mathsf{\downarrow }\mathsf{+}\mathsf{C}{u}_{\mathsf{(}\mathsf{p}\mathsf{)}}^{\mathsf{2}\mathsf{+}}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{F}{e}_{\mathsf{(}\mathsf{p}\mathsf{)}}^{\mathsf{2}\mathsf{+}}$

Получение

Сульфид меди(I) может быть получен одним из следующих способов.

Нагреванием металлической меди с серой в вакууме:

$\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{+}\mathsf{S}\stackrel{300-400^{\circ }C}{\to }\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}$

Нагреванием металлической меди в токе диоксида серы:

$\mathsf{4}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{+}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}\stackrel{600-800^{\circ }C}{\to }\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{O}$

Термическим разложением сульфида меди(II):

$\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{S}\stackrel{200-450^{\circ }C}{\to }\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{S}$

Нагреванием сульфида меди(II) в токе водорода:

$\mathsf{2}\mathsf{C}\mathsf{u}\mathsf{S}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\stackrel{600-700^{\circ }C}{\to }\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}{\mathsf{H}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}$

Нагреванием оксида меди(I) с серой:

$\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{O}\mathsf{+}\mathsf{3}\mathsf{S}\stackrel{>600^{\circ }C}{\to }\mathsf{2}\mathsf{C}{\mathsf{u}}_{\mathsf{2}}\mathsf{S}\mathsf{+}\mathsf{S}{\mathsf{O}}_{\mathsf{2}}$

Монокристаллы сульфида меди(I) получают при помощи зонной плавки.

Применение

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

Влияние на здоровье

Пыль сульфида меди(I) токсична, ПДК в воздухе 4 мг/м³.

См. также

• Халькозин
• Сульфиды меди
• Сульфид меди(II)