Сульфид меди(I)

Сульфи́д ме́ди(I) — неорганическое вещество с формулой ${\mathsf {Cu_{2}S}}$. Относится к классу бинарных соединений. Может также рассматриваться как соль одновалентной меди и сероводородной кислоты.

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).

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:

${\mathsf {Cu_{2}S{\xrightarrow {1000-1130^{\circ }C}}\ Cu_{2-x}S+\ xCu}}$

В вакууме:

${\mathsf {Cu_{2}S{\xrightarrow {>700^{\circ }C}}2\ Cu+\ S}}$

С водяным паром:

${\mathsf {Cu_{2}S+2\ H_{2}O{\xrightarrow {>600^{\circ }C}}2\ Cu+\ SO_{2}+2\ H_{2}}}$

С кислородом:

${\mathsf {8\ Cu_{2}S+15\ O_{2}{\xrightarrow {500-600^{\circ }C}}6\ Cu_{2}O+4\ CuSO_{4}+4\ SO_{2}}}$

${\mathsf {2\ Cu_{2}S+3\ O_{2}{\xrightarrow {1200-1300^{\circ }C}}2\ Cu_{2}O+2\ SO_{2}}}$

${\mathsf {Cu_{2}S+2\ Cu_{2}O{\xrightarrow {1200-1300^{\circ }C}}6\ Cu+\ SO_{2}}}$

С хлором:

${\mathsf {Cu_{2}S+\ Cl_{2}{\xrightarrow {300-400^{\circ }C}}2\ CuCl+\ S}}$

С сульфидом железа(II) и серой:

${\mathsf {Cu_{2}S+2\ FeS+\ S{\xrightarrow {800-1000^{\circ }C}}2\ (Fe^{III}Cu^{I})S_{2}}}$

${\mathsf {2\ (Fe^{III}Cu^{I})S_{2}+5\ O_{2}+2\ SiO_{2}{\xrightarrow {1000^{\circ }C}}2\ Cu+2\ FeSiO_{3}+4\ SO_{2}}}$

Реакции в растворах

Сульфид меди(I) не реагирует с соляной кислотой.

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

${\mathsf {Cu_{2}S+12\ HNO_{3}\longrightarrow \ Cu(NO_{3})_{2}+\ CuSO_{4}+10\ NO_{2}\uparrow +6\ H_{2}O}}$

${\mathsf {Cu_{2}S+4\ KCN\longrightarrow 2\ K[Cu(CN)_{2}]+\ K_{2}S}}$

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

${\mathsf {Cu_{2}S+8\ HNO_{3}\longrightarrow 2\ Cu(NO_{3})_{2}+\ S\downarrow +4\ NO_{2}\uparrow +4\ H_{2}O}}$

${\mathsf {Cu_{2}S+6\ H_{2}SO_{4}\longrightarrow 2\ CuSO_{4}+5\ SO_{2}\uparrow +6\ H_{2}O}}$

${\mathsf {Cu_{2}S+4\ (NH_{3}\cdot \ H_{2}O)\longrightarrow \ [Cu(NH_{3})_{2}]_{2}S+4\ H_{2}O}}$

Восстанавливает Fe³⁺ до Fe²⁺ (в растворе):

${\mathsf {Cu_{2}S+4\ Fe_{(p)}^{3+}\ {\xrightarrow {80^{\circ }C}}2\ Cu_{(p)}^{2+}+4\ Fe_{(p)}^{2+}+\ S\downarrow }}$

${\mathsf {Cu_{2}S+2\ Fe_{(p)}^{3+}\ {\xrightarrow {20^{\circ }C}}\ CuS\downarrow +\ Cu_{(p)}^{2+}+2\ Fe_{(p)}^{2+}}}$

Получение

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

Нагреванием металлической меди с серой в вакууме:

${\mathsf {2\ Cu+\ S{\xrightarrow {300-400^{\circ }C}}\ Cu_{2}S}}$

Нагреванием металлической меди в токе диоксида серы:

${\mathsf {4\ Cu+\ SO_{2}{\xrightarrow {600-800^{\circ }C}}\ Cu_{2}S+2\ CuO}}$

Термическим разложением сульфида меди(II):

${\mathsf {2\ CuS{\xrightarrow {200-450^{\circ }C}}\ Cu_{2}S+\ S}}$

Нагреванием сульфида меди(II) в токе водорода:

${\mathsf {2\ CuS+\ H_{2}{\xrightarrow {600-700^{\circ }C}}\ Cu_{2}S+\ H_{2}S}}$

Нагреванием оксида меди(I) с серой:

${\mathsf {2\ Cu_{2}O+3\ S{\xrightarrow {>600^{\circ }C}}2\ Cu_{2}S+\ SO_{2}}}$

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)