Способы получения сульфида меди

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
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
ПДК	в воздухе 4 мг/м 3
Кристаллическая решётка	Орторомбическая
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
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 Cu₂S . Относится к классу бинарных соединений. Может также рассматриваться как соль одновалентной меди и сероводородной кислоты.

Содержание

• 1 Нахождение в природе
• 2 Физические свойства
• 3 Химические свойства
  • 3.1 Реакции при высоких температурах
  • 3.2 Реакции в растворах
• 4 Получение
• 5 Применение
• 6 Влияние на здоровье

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/см 3 ;
• 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/см 3 ;
• γ -Cu₂S, кубическая сингония, пространственная группа F m3m, параметры ячейки a = 0,5735 нм , Z = 4 , d = 5,60 г/см 3 .

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:

Cu₂S → >700∘C 2Cu + S

С водяным паром:

Cu₂S + Cl₂ → 300−400∘C 2CuCl + S

С сульфидом железа(II) и серой:

Cu₂S + 2FeS + S → 800−1000∘C 2(Fe III Cu I )S₂ 2(Fe III Cu I )S₂ + 5O₂ + 2SiO₂ → 1000∘C 2Cu + 2FeSiO₃ + 4SO₂

Реакции в растворах

Сульфид меди (I) не реагирует с соляной кислотой.

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

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

Восстанавливает Fe 3+ до Fe 2+ (в растворе):

Получение

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

Нагреванием металлической меди с серой в вакууме:

2Cu + S → 300−400∘C Cu₂S

Нагреванием металлической меди в токе диоксида серы:

4Cu + SO₂ → 600−800∘C Cu₂S + 2CuO

Термическим разложением сульфида меди (II):

2CuS → 200−450∘C Cu₂S + S

Нагреванием сульфида меди (II) в токе водорода:

Нагреванием оксида меди(I) с серой:

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.

Источник

Сульфид меди (I)

Сульфид меди(I) — неорганическое вещество с формулой

Реакции в растворах

Сульфид меди(I) не реагирует с соляной кислотой.

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

Получение

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

Нагреванием металлической меди с серой в вакууме:

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.

Источник

Сульфид меди (II)

Сульфид меди (II)
Систематическое наименование	Сульфид меди (II)
Традиционные названия	Сульфид меди, моносульфид меди
Хим. формула	CuS
Рац. формула	CuS
Состояние	твёрдое
Молярная масса	95,61 г/моль
Плотность	4,6 г/см³
Показатель преломления	1,45
Рег. номер CAS	1317-40-4
PubChem	14831
Рег. номер EINECS	215-271-2
SMILES
RTECS	GL8912000
ChEBI	51110
ChemSpider	14145
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Сульфид меди (II) (моносульфид меди) — CuS, неорганическое бинарное соединение двухвалентной меди с серой. Чёрное, нерастворимое в воде и разбавленных растворах кислот вещество. Встречается в природе в виде редкого минерала ковеллина.

Получают прямым взаимодействием элементов или обменной реакцией солей двухвалентной меди с водорастворимыми сульфидами.

Полученный сухим путём (теплота образования из элементов 12 ккал/моль) сульфид меди довольно хорошо проводит электрический ток (а ниже 1,66 K становится сверхпроводником). Рентгеноструктурное исследование его кристаллов выявило их совершенно особую и сложную структуру: Одна треть атомов меди находится в центрах треугольников из атомов серы [d (CuS) = 2,19 Å], а две трети — в центрах тетраэдров [d (CuS) = 2,32 Å]; кроме того, две трети атомов серы представлены группировками S₂ ([S₂] 2− ), подобными имеющимся в пирите. В связи с этим строение кристалла CuS можно было бы уточнённо выразить формулой Cu I ₄ Cu II ₂ [S −1 ₂]2S −2 ₂ . Около 400 °C наступает заметное разложение сульфида по схеме 2CuS == Cu₂S + S (давление диссоциации при 450 °C равно 80 мм рт. ст.). Известны также полисульфидные производные меди Cu₂S_n (где n = 3 ÷ 6; а также CuS₂) и её селенид CuSe (теплота образования из элементов 10 ккал/моль). Взаимодействием CuSO₄ с насыщенным серой раствором полисульфида могут быть получены довольно устойчивые красные кристаллы тиосолей типа MCuS. (где M – NH₄, K, Rb, Cs). Наименее растворима из них соль цезия.

Источник

Способ получения сульфида меди (i)

Изобретение относится к неорганической химии, в частности к получению сульфида меди (1), применяемому в качестве катализатора в органическом синтезе, при выплавке меди в цветной металлургии, при изготовлении химических источников тока. Целью изобретения является упрощение процесса и создание безотходной технологии. Способ заключается во взаимодействии стехиометрических количеств медьсодержащего и серосодержащего материалов в водной среде при нагреве с последующим охлаждением, фильтрацией суспензии и сушкой осадка. Новым в способе является использование порошков меди и серы в качестве медьсодержащего и серосодержащего материалов с суспендированием их при перемешивании в растворе сульфида щелочного металла при температуре 80 — 100°С, причем количество сульфидной серы в сульфиде щелочного металла составляет 2 — 5% от массы порошка серы и используется многократно.

РЕСПУБЛИК (я)5 С 01 G 3/12

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

;йКЯЙ- S, причем количество сульфидной серы в сульфиде щелочного .Ы, 1666446 А1

Целью изобретения является упрощение процесса и создание безотходной технологии. Способ заключается во взаимодействии стехиометрических количеств медьсодержащего и серосодержащего материалов в водной среде при нагреве с последующим охлаждением, фильтрацией суспензии и сушкой осадка. Новым в способе является использование порошков меди и серы в качестве медьсодер>кащего и серосодержащего материалов с суспендированием их при перемешивании в растворе сульфида щелочного металла при 80 — 100 С, причем количество сульфидной серы в сульфиде щелочного металла составляет 2-57, от массы порошка серы и используется многократно. металла составляет 2 — 5 от массы порошка серы, а фильтрат от фильтрации суспензии используют многократно в качестве исходного раствора для повторных синтезов.

Сущность способа заключается в том, что сульфид щелочного металла, взаимодействуя с порошком серы, образует небольшое количество растворимого полисульфида щелочного металла, например NazS, в котором сера более реакционноспособна, чем суспензия серы в водной среде. При взаимодействии полисульфида щелочного металла с медью образуется сульфид меди (I) и свободный сульфид щелочного металла, который способен к растворению следующей порции серы с повторным образованием полисульфида.

После полной выработки меди полисульфида в растворе не остается, и раствор опять содержит то же количество сульфида щелочного металла, что и в исходном растворе.

Таким образом, сульфид щелочного металла при малых концентрациях является катализатором процесса взаимодействия меди и серы, т.е. он ускоряет процесс получения сульфида меди (I), не расходуясь при этом.

Использование раствора с содержанием сульфидной серы меньшем, чем 2 от массы порошка серы. ведет к неполному превращению серы, а с содержанием больше 5 — к ухудшению качества продукта за счет появления в нем сульфида меди (й), т,е. к образованию смешанного сульфида одновалентной и двухвалентной меди.

Температура процесса ниже 80 С ведет к замедлению процесса и большему содержанию серы в осадке, После проведения реакции взаимодействия порошков меди и серы, полученную суспензию сульфида меди (I) охлаждают и фильтруют, причем осадок сульфида меди (I) промывают от сульфида натрия небольшим количеством дистиллированной воды и сушат при 105 С, а фильтрат с промывной водой используют в повторных синтезах в качестве исходного раствора сульфида натрия. Концентрация сульфида натрия в растворе при его многократном использовании практически не изменяется, так как присоединение к нему промывных вод конпенсируется убылью воды, теряемой при конденсации ее паров, Раствор сульфида щелочного металла имеет слабощелочную реакцию вследствие гидролиза, поэтому процесс по предлагаемому способу можно проводить в серийном аппарате, выполненном в отличие от прототипа из углеродистой стали.

Пример 1. В колбу с пропеллерной мешалкой заливают 1,5 л дистиллированной воды, добавляют 5 г безводного сульфида натрия, нагревают раствор до 80 С и при перемешивании загружают 64 г серы, предварительно просеянной через сито с размером ячеек 0,5 мм. После образования однородной суспензии ее нагревают до

100 С и небольшими порциями в течение 30 мин загружают порошок меди. После исчезновения в суспензии частиц серы желтого цвета, например через 8 ч после окончания загрузки меди суспензию охлаждают и фильтруют на воронке Бюхнера, осадок сульфида меди (I) промывают 100 мм дистиллированной воды, Фильтрат с промывной водой в количестве, 1,5 л и концентрацией сульфида натрия 3,3 r/л собирают для последующих синтезов, а осадок сульфида меди (1) сушат в сушильном шкафу при 105 С до воздушно-сухого состояния, Пример 4, В колбу с обратным холодильником заливают 1 л фильтрата, полученного в примере 2, добавляют 0,5 л дистиллированной воды и 5 г безводного сульфида натрия, При этом содержание сульфидной серы в растворе составляет

5,3 от массы загружаемого порошка серы, Далее процесс ведут аналогично примеру 2, Сульфид меди, полученный в этих условиях, не отвечает требованиям, предъявляемым к готовому продукту, так как содержит сульфид меди (II), 45

Пример 5. В колбу заливают 1 л фильтрата, полученного в примере 4, и 0,5 л дистиллированной воды, нагревают до 70 С и ведут загрузку при перемешивании 64 г серы и 254 r порошка меди, Содержание сульфидной серы в примере составляет

Количество сульфидной серы в растворе сульфида щелочного металла (или в фильтрате) составляет 3,2 от массы загруженного порошка серы, 5 Выход сульфида меди (1) составляет 315 г или 99 от теоретического выхода.

Пример 2. В колбу с пропеллерной мешалкой и обратным холодильником заливают 1,5 л фильтрата от предыдущего опыта, 10 подают воду в обратный холодильник, нагревают фильтрат до 85 С и загружают 64 г порошка серы.

В образовавшуюся однородную суспензию небольшими порциями в течение 1 ч

15 загружают 254 г порошка меди, По окончании загрузки меди в течение 12 ч поддерживают температуру суспензии 85 С, после чего ее охлаждают и фильтруют. Осадок сульфида меди промывают 100 мл дистилли20 рованной воды и сушат при 105 С, а фильтрат в количестве 1,5 л с содержанием сульфидной серы 3,2 от массы загруженного порошка серы собирают для последующих синтезов.

25 Выход сульфида меди (I) составляет 314

r (98,6 от теоретического выхода).

Пример 3, В колбу с обратным холодильником заливают 0,5 л фильтрата, полученного в примере 2, но суспензию не

30 доводят до кипения, поддерживая температуру 98 С.

Через 12 ч нагрев прекращают, причем сера полностью не прореагировала, о чем свидетельствуют включения желтого цвета, 35 поэтому продукт по своему качеству не отвечает требованиям, предъявляемым к сульфиду меди (I) Содержание сульфидной серы в примере составляет 1,1 от массы загруженного порошка серы.

3,6ф от массы загруженного порошка серы.

После нагрева в течение 18 ч наблюдаются включения серы желтого цвета. Продукт не отвечает требованиям, предъявляемым к сульфиду меди (I), Составитель Л.Темирова

Редактор Т.Лазоренко Техред М.Моргентал Корректор О.Кундрик

Заказ 2493 Тираж 298 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат «Патент», r, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Таким образом, проведение процесса в предлагаемых условиях позволяет упростить процесс за счет снижения температуры его от 160-180 до 80-100 С и тем самым исключается необходимость осуществления процесса в автоклавных условиях. Кроме того, способ обеспечивает безотходную технологию за счет возврата фильтрата в голову процесса, Формула изобретения

Способ получения сульфида меди (1), включающий обработку медьсодержащего реагента водным раствором сульфида ще5 лочного металла при нагревании, отделение осадка целевого продукта фильтрацией и сушку его, о т л. и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения процесса, в качестве медьсодержащего реагента используют

10 медный порошок, а обработку ведут при 80100 С в присутствии элементарной серы, причем раствор для обработки берут в количестве, обеспечивающем содержание сульфидной серы в реакционной среде 2 — 5 от

Источник