氧化亚铜
| 氧化亚铜 | |
|---|---|
| |
-oxide-unit-cell-A-3D-balls.png)
| |
-oxide-3D-balls.png)
| |
| IUPAC名 Copper(I) oxide | |
| 别名 | 氧化铜(I) 赤铜矿 红色氧化铜 |
| 识别 | |
| CAS号 | 1317-39-1 
|
| PubChem | 10313194 |
| ChemSpider | 8488659 |
| SMILES |
|
| InChI |
|
| InChIKey | BERDEBHAJNAUOM-YQWGQOGZAF |
| EINECS | 215-270-7 |
| ChEBI | 81908 |
| RTECS | GL8050000 |
| KEGG | C18714 |
| 性质 | |
| 化学式 | Cu2O |
| 摩尔质量 | 143.09 g·mol⁻¹ |
| 外观 | 棕红色固体 |
| 密度 | 6.0 g/cm3 |
| 熔点 | 1232 °C（1505 K） |
| 沸点 | 1800 °C（2073 K） |
| 溶解性（水） | 不可溶 |
| 溶解性（酸） | 可溶 |
| 能隙 | 2.137 eV |
| 磁化率 | −20×10−6 cm3/mol |
| 结构 | |
| 晶体结构 | 立方 |
| 空间群 | Pn3m, |
| 晶格常数 | a = 4.2696 |
| 热力学 | |
| ΔfHm⦵298K | −170 kJ·mol−1 |
| S⦵298K | 93 J·mol−1·K−1 |
| 危险性 | |
GHS危险性符号  
| |
| GHS提示词 | 危险 |
| H-术语 | H302, H318, H332, H400, H410 |
| P-术语 | P273, P305+351+338[1] |
| NFPA 704 |
 0
2
1
|
| PEL | TWA 1 mg/m3 (作为Cu)[2] |
| 相关物质 | |
| 其他阴离子 | 硫化亚铜 硫化铜 硒化亚铜 |
| 其他阳离子 | 氧化铜 氧化银 氧化镍 氧化锌 |
| 若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。 | |
氧化亚铜是化学式为Cu2O的无机化合物。它是铜的主要氧化物之一，另一种是氧化铜(CuO)。这种红色固体是一些抗附着漆的成分。根据颗粒的大小，该化合物可能呈现黄色或红色。[3]氧化亚铜被发现为带红色的矿物赤铜矿。
制备
[编辑]氧化亚铜可以通过多种方法生产。[4]最直接的是通过铜金属的氧化产生：
- 4 Cu + O2 = 2 Cu2O
水和酸等添加剂会影响该过程的速度以及进一步氧化为氧化铜。它还通过用二氧化硫还原铜(II)溶液进行商业生产。
氯化亚铜水溶液与碱反应，会得到相同的物质。在所有情况下，颜色对程序的细节非常敏感。[来源请求]
氧化亚铜的形成是斐林测试和本氏测试还原糖的基础。这些糖还原铜(II)盐的碱性溶液，产生鲜红色的Cu2O沉淀。
当银镀层损坏时，它会在暴露于湿气的镀银铜部件上形成。这种腐蚀被称为红疫。
性质
[编辑]氧化亚铜固体是抗磁性的。就其配位范围而言，铜中心是2-配位且氧化物是四面体的。因此，该结构在某种意义上类似于SiO2的主要同质异形体，并且两种结构都具有互穿晶格的特点。
氧化亚铜在浓氨溶液中形成无色配合物[Cu(NH3)2]+，在空气中易氧化为蓝色的[Cu(NH3)4(H2O)2]2+。溶于盐酸生成CuCl−
2，在稀硫酸和硝酸中分别产生硫酸铜和硝酸铜。[5]
Cu2O在潮湿空气中会氧化为氧化铜。
结构
[编辑]Cu2O以立方晶系结晶，晶格常数al = 4.2696 Å。铜原子排列在fcc亚晶格中，氧原子排列在bcc亚晶格中。一个亚晶格移动了四分之一的身体对角线。空间群为Pn3m，包含全八面体对称的点群。
半导体特性
[编辑]在半导体物理学史上，Cu2O是研究最多的材料之一，许多实验性的半导体应用首先在这种材料中得到了证明：
Cu2O中最低的激子寿命极长；吸收线型已被证明具有NeV的线宽，这是迄今为止观察到的最窄的体激子共振。[9]相关的四极电磁极化子具有接近声速的低群速度。因此，光在这种介质中的移动速度几乎与声音一样慢，这导致了高电磁极化子密度。基态激子的另一个不同寻常的特征是，所有主要的散射机制都是定量的。[10]Cu2O第一个完全无参数的吸收线宽随温度变宽的模型的物质，从而可以推断出相应的衰减系数。Cu2O可以证明克喇末-克勒尼希关系不适用于电磁极化子。[11]
应用
[编辑]氧化亚铜通常用作颜料、杀真菌剂和船舶涂料的防附着剂。早在1924年，在硅成为标准之前，基于这种材料的整流二极管就已在工业上使用。氧化亚铜也是本氏测试呈阳性的粉红色的原因。
2021年12月，东芝宣布研制出透明氧化亚铜 (Cu2O) 薄膜太阳能电池。该电池实现了8.4%的能量转换效率，这是截至2021年任何此类电池报告的最高效率。该电池可用于高空平台站应用和电动汽车。[12]
参见
[编辑]参考资料
[编辑]- ^ https://www.nwmissouri.edu/naturalsciences/sds/c/Copper%20I%20oxide.pdf [失效链接]
- ^ NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. #0150. NIOSH.
- ^ N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 1997.
- ^ H. Wayne Richardson "Copper Compounds in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a07_567
- ^ D. Nicholls, Complexes and First-Row Transition Elements, Macmillan Press, London, 1973.
- ^ L. O. Grondahl, Unidirectional current carrying device, Patent, 1927
- ^ Hanke, L.; Fröhlich, D.; Ivanov, A. L.; Littlewood, P. B.; Stolz, H. LA Phonoritons in Cu2O. Physical Review Letters. 1999-11-22, 83 (21): 4365–4368. Bibcode:1999PhRvL..83.4365H. doi:10.1103/PhysRevLett.83.4365.
- ^ L. Brillouin: Wave Propagation and Group Velocity, Academic Press, New York City, 1960 ISBN 9781483276014.
- ^ Brandt, Jan; Fröhlich, Dietmar; Sandfort, Christian; Bayer, Manfred; Stolz, Heinrich; Naka, Nobuko. Ultranarrow Optical Absorption and Two-Phonon Excitation Spectroscopy of Cu2O Paraexcitons in a High Magnetic Field. Physical Review Letters (American Physical Society (APS)). 2007-11-19, 99 (21): 217403. Bibcode:2007PhRvL..99u7403B. ISSN 0031-9007. PMID 18233254. doi:10.1103/physrevlett.99.217403.
- ^ J. P. Wolfe and A. Mysyrowicz: Excitonic Matter, Scientific American 250 (1984), No. 3, 98.
- ^ Hopfield, J. J. Theory of the Contribution of Excitons to the Complex Dielectric Constant of Crystals. Physical Review. 1958, 112 (5): 1555–1567. Bibcode:1958PhRv..112.1555H. ISSN 0031-899X. doi:10.1103/PhysRev.112.1555.
- ^ Bellini, Emiliano. Toshiba claims 8.4% efficiency for transparent cuprous oxide solar cell. pv magazine. 2021-12-22 [2021-12-22]. （原始内容存档于2022-06-25）.
