Ковеллит

редактировать
Ковеллит
Covellite-252597.jpg
Общие
КатегорияСульфидный минерал
Формула. (повторяющаяся единица)сульфид меди сульфид : CuS
Классификация Струнца 2.CA.05a
Классификация Дана02.08.12.01
Кристаллическая система Гексагональная
Класс кристаллов Дигексагональная дипирамидальная (6 / ммм). Символ H – M (6 / м 2 / м 2 / м)
Пространственная группа P63/ mmc
Элементарная ячейка a = 3.7938 Å, c = 16,341 Å; Z = 6
Идентификация
ЦветИндиго-синий или более темный, обычно сильно переливающийся, от латунно-желтого до темно-красного
Форма кристаллов Тонкие пластинчатые шестиугольные кристаллы и розетки, также массивные до гранулированный.
Спайность Идеально по {0001}
Прочность Гибкая
шкала Мооса твердость1,5 - 2
Блеск Субметаллический, от смолистого до матового
Штрих Свинцово-серый
Диафанальность Непрозрачный
Удельный вес 4,6 - 4,8
Оптические свойстваОдноосный (+)
Показатель преломления nω= 1,450 n ε = 2,620
Плеохроизм Отмеченный, от темно-синего до бледно-голубого
Плавкость 2,5
Другие характеристикиСлюдяная трещина
Ссылки
Ковеллит (серый), замещающий халькопирит (светлый), полированный срез из рудника Хорн Сильвер, Горнодобывающий округ Сан-Франциско, Юта. Увеличен до 210 диаметров.

Ковеллит (также известный как ковеллин) - это редкий сульфид меди минерал с формулой CuS. Этот минерал синего индиго обычно является вторичным минералом в ограниченном количестве, и хотя он не является важной рудой самой меди, он хорошо известен коллекционерам минералов.

Минерал обычно находится в зонах вторичного обогащения (гиперген ) месторождений сульфида меди. Обычно встречается в виде покрытий на халькоците, халькопирите, борните, энаргите, пирите и других сульфидах. часто встречается как псевдоморфные замещения других минералов. Первые записи относятся к горе Везувий, официально названной в 1832 году в честь Н. Ковелли. Исследования его уникальных свойств только увеличились в последнее десятилетие, но многообещающие результаты предполагают, что в будущем его можно будет широко использовать в определенных областях.

Содержание

  • 1 Состав
  • 2 Структура
  • 3 Образование
    • 3.1 Естественно
    • 3.2 Синтетическое
  • 4 Возникновение
  • 5 Применения
    • 5.1 Сверхпроводники
    • 5.2 Литий ионные батареи
    • 5.3 Наноструктуры
  • 6 См. также
  • 7 Ссылки

Состав

Ковеллит принадлежит к группе бинарных сульфидов меди, которая имеет формулу Cu xSyи может иметь широкую - соотношение медь / сера от 1: 2 до 2: 1 (Cu / S). Однако этот ряд отнюдь не является непрерывным, и область гомогенности ковеллита CuS узка. Материалы, богатые серой CuS x, где x ~ 1,1–1,2 действительно существуют, но они демонстрируют «сверхструктуры », модуляцию гексагональной заземляющей плоскости структуры, охватывающей ряд соседних блоков. клетки. Это указывает на то, что некоторые из особых свойств ковеллита являются результатом молекулярной структуры на этом уровне.

Как описано для моносульфидов меди, таких как пирит, присвоение формальных степеней окисления атомам, составляющим ковеллит, является обманчивым. Может показаться, что формула предлагает описание Cu, S. На самом деле атомная структура показывает, что медь и сера имеют две разные геометрии. Однако свойства фотоэлектронной спектроскопии, магнитные и электрические указывают на отсутствие ионов Cu (d). В отличие от оксида CuO, этот материал представляет собой не магнитный полупроводник, а металлический проводник со слабым парамагнетизмом Паули. Таким образом, минерал лучше описывается как состоящий из Cu и S, а не из Cu и S. По сравнению с пиритом с незамкнутой оболочкой из S-пары, образующей S 2, существует только 2/3 атомы серы удерживаются. Другая 1/3 остается неспаренной и вместе с атомами Cu образует гексагональные слои, напоминающие нитрид бора (структура графита). Таким образом, описание Cu 3SS2казалось бы подходящим с делокализованной дыркой в ​​валентной зоне , ведущей к металлической проводимости. Однако последующие расчеты зонной структуры показывают, что дырка более локализована на парах серы, чем на неспаренной сере. Это означает, что Cu 3SS2со смешанной степенью окисления серы -2 и -1/2 является более подходящей. Несмотря на расширенную формулу Cu 3SS2, разработанную исследователями в 1976 и 1993 годах, другие придумали вариации, такие как Cu 4Cu2(S2)2S2.

Структура

Для сульфида меди ковеллит имеет сложную пластинчатую структуру с чередованием слои CuS и Cu 2S2с атомами меди тригональной планарной (редко) и тетраэдрической координации соответственно. Слои связаны связями S-S (на основе сил Ван-дер-Ваальса), известными как димеры S 2. Слои Cu 2S2имеют только одну связь 1/3 вдоль оси c (перпендикулярно слоям), таким образом, только одну связь в этом направлении для создания идеального расщепления {0001}. Электропроводность выше по слоям из-за частично заполненных 3p-орбиталей, что способствует подвижности электронов.

Образование

Микроскопическая картина ковеллита

Встречающийся в природе

Ковеллит обычно встречается как вторичный минерал меди в месторождениях. Ковеллит, как известно, образуется в условиях выветривания в поверхностных месторождениях, где медь является первичным сульфидом. Как первичный минерал, образование ковеллита ограничено гидротермальными условиями, поэтому редко встречается как таковой в месторождениях медной руды или как вулканический сублимат.

Синтетический

Ковеллит. Уникальная кристаллическая структура связана с его сложными окислительными условиями образования, как это видно при попытке синтезировать ковеллит. Его образование также зависит от состояния и истории связанных сульфидов, из которых он был получен. Экспериментальные данные показывают, что метаванадат аммония (NH 4VO3) является потенциально важным катализатором для твердофазного превращения ковеллита из других сульфидов меди. Исследователи обнаружили, что ковеллит также можно производить в лаборатории в анаэробных условиях с помощью сульфатредуцирующих бактерий при различных температурах. Однако дальнейшие исследования остаются, потому что, хотя содержание ковеллита может быть высоким, рост размера его кристаллов фактически сдерживается физическими ограничениями бактерий. Экспериментально продемонстрировано, что присутствие ванадатов аммония важно для твердофазного превращения других сульфидов меди в кристаллы ковеллита.

Встречаемость

Ковеллит из Шварцвальда, Германия

Ковеллит широко распространен во всем мире, со значительным количеством местонахождений в Центральной Европе, Китае, Австралии, Western United Штаты и Аргентина. Многие из них находятся вблизи орогенных поясов, где орографические осадки часто играют роль в выветривании. Пример первичного минерального образования находится в гидротермальных жилах на глубине 1150 м, обнаруженных в округе Сильвер Боу, штат Монтана. Как вторичный минерал, ковеллит также образуется, поскольку нисходящая поверхностная вода в зоне обогащения гиперген окисляет и переотлагает ковеллит на сульфидах гипогена (пирит и халькопирит) в том же месте. Было обнаружено необычное появление ковеллита, заменяющего органический мусор в красных пластах в Нью-Мексико.

. Никола Ковелли (1790-1829), первооткрыватель минерала, был однако профессор ботаники и химии интересовался геологией и вулканологией, особенно извержениями Везувия. Его исследования лавы привели к открытию нескольких неизвестных минералов, включая ковеллит.

Области применения

Сверхпроводники

Ковеллит был первым идентифицированным природным сверхпроводником. Каркас CuS 3 / CuS 2 допускает избыток электронов, который способствует сверхпроводимости в определенных состояниях с исключительно низкими тепловыми потерями. В настоящее время материаловедам известно о некоторых полезных свойствах ковеллита, и несколько исследователей намерены синтезировать ковеллит. Исследования сверхпроводимости ковеллита CuS можно увидеть в литиевых батареях 'катодах, аммониевых газовых датчиках и солнечных электрических устройствах. с металлическими халькогенидами тонкими пленками.

Литий-ионные батареи

При исследовании альтернативного катодного материала для литиевых батарей часто исследуются сложные варианты стехиометрия и слоистая структура тетраэдр сульфидов меди. Преимущества включают ограниченную токсичность и низкую стоимость. Высокая электрическая проводимость ковеллита (10-3 См см-1) и высокая теоретическая емкость (560 мАч г-1) с плоскими кривыми разряда при циклировании по сравнению с Li + / Li имеют были полны решимости сыграть решающую роль в наращивании мощности. Разнообразие способов формирования также является фактором низкой стоимости. Однако проблемы со стабильностью цикла и кинетикой ограничивают прогресс в использовании ковеллита в основных литиевых батареях до будущих разработок в его исследованиях.

Наноструктуры

Подвижность электронов и характеристики плотности свободных дырок ковеллита делают его привлекательным выбором для нанопластинок и нанокристаллов, поскольку они придают структурам возможность различаться по размеру. Однако эта способность может быть ограничена пластинчатой ​​структурой, которой обладают все сульфиды меди. Его анизотропная электрическая проводимость, как было экспериментально доказано, больше внутри слоев (т.е. перпендикулярно оси c). Исследователи показали, что нанопластинки ковеллита размером прибл. толщиной два нм, с одной элементарной ячейкой и двумя слоями атомов меди и диаметром около 100 нм - идеальные размеры для электрокатализаторов в реакциях восстановления кислорода (ORR). Базальные плоскости испытывают преимущественную адсорбцию кислорода, а большая площадь поверхности способствует переносу электронов. Напротив, в условиях окружающей среды нанопластинки размером 4 нм шириной и диаметром более 30 нм были экспериментально синтезированы с меньшими затратами и меньшими затратами энергии. Напротив, локализованные поверхностные плазмонные резонансы, наблюдаемые в наночастицах ковеллита, недавно были связаны с зависимой от стехиометрии ключом запрещенной зоны для нанокристаллов. Таким образом, будущие химические сенсорные устройства, электроника и другие инструменты исследуются с использованием наноструктур с ковеллитом CuS.

См. Также

Ссылки

На Викискладе есть материалы, связанные с Covellite.
Последняя правка сделана 2021-05-16 07:08:46
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте