נחושת (I) כלוריד (CUCL): מבנה, תכונות, שימושים - כִּימִיָה - 2025

כלוריד הנחושת (אני) הוא תרכובת אורגנית המורכבת של נחושת (Cu) וכלור (Cl). הנוסחה הכימית שלה היא CuCl. הנחושת בתרכובת זו בעלת ערך של +1 והכלור -1. זהו מוצק גבישי לבן אשר כאשר הוא נחשף לאוויר במשך זמן רב, הוא מקבל צבע ירקרק עקב חמצון של נחושת (I) לנחושת (II).

היא מתנהגת כמו חומצת לואיס, ודורשת אלקטרונים מתרכובות אחרות שהם בסיסים של לואיס, איתם היא יוצרת קומפלקסים או מוליכי adduct יציבים. אחת התרכובות הללו היא פחמן חד-חמצני (CO), כך שהיכולת לקשור בין השתיים משמשת באופן תעשייתי להפקת CO מנחלי גז.

נחושת מטוהרת (I) כלוריד (CuCl). Leiem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). מקור: Wikimedia Commons.

יש לו תכונות אופטיות בהן ניתן להשתמש במוליכים למחצה פולטים אור. יתר על כן, צינורות צינוריות CuCl יש פוטנציאל רב לשימוש במכשירים לאחסון יעיל של אנרגיה.

הוא משמש באומנות הפירוטכניקה מכיוון שבמגע עם להבה הוא מפיק אור כחול-ירוק.

מִבְנֶה

CuCl מורכב מהיון הקופרסי Cu ⁺ והאניון הכלוריד Cl ^- . תצורת האלקטרונים של יון Cu ⁺ היא:

1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ⁰

וזה בגלל שנחושת איבדה את האלקטרון ממעטפת ה- 4s. ליון הכלוריד יש את התצורה:

1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶

ניתן לראות כי לשני היונים יש מעטפת אלקטרונית מלאה.

תרכובת זו מתגבשת בסימטריה מעוקבת. התמונה למטה מציגה את סידור האטומים ביחידה גבישית. הכדוריות הוורודות תואמות נחושת והתחומים הירוקים לכלור.

מבנה CuCl. מחבר: Benjah-bmm27. מקור: Wikimedia Commons.

מִנוּחַ

• נחושת (I) כלוריד
• כלוריד קופרוסי
• נחושת חד-כלוריד

נכסים

מצב פיזי

מוצק גבישי לבן שבמגע ממושך עם אוויר מתחמצן והופך לירוק.

משקל מולקולרי

98.99 גרם / מול

נקודת המסה

430 מעלות צלזיוס

נקודת רתיחה

בערך 1400 מעלות צלזיוס.

צְפִיפוּת

4.137 גרם / ס"מ ³

מְסִיסוּת

כמעט בלתי מסיס במים: 0.0047 גרם / 100 גרם מים בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס. לא מסיס באתנול (C ₂ H ₅ OH) ובאצטון (CH ₃ (C = O) CH ₃ ).

תכונות כימיות

זה לא יציב באוויר מכיוון ש- Cu ⁺ נוטה להתחמצן ל- Cu ²⁺ . עם הזמן נוצרים תחמוצת קופריקית (CuO), הידרוקסיד גביעית (CuOH) או אוקסיטשלוריד מורכב והמלח הופך לירוק.

נחושת (I) כלוריד שנחשף לסביבה וחימצן חלקית. עשוי להכיל CuO, CuOH, ותרכובות אחרות. Benjah-bmm27 / רשות הרבים. מקור: Wikimedia Commons.

בתמיסה מימית זה גם לא יציב מכיוון שתגובת חמצון וצמצום מתרחשת בו זמנית ויוצרים נחושת מתכתית ונחושת (II):

CuCl → Cu ⁰ + CuCl ₂

CuCl כחומצה לואיס

תרכובת זו פועלת כימית כחומצה לואיס, שפירושה שהיא רעבה לאלקטרונים, ובכך יוצרת adducts יציב עם תרכובות שיכולות לספק להם.

זה מסיס מאוד בחומצה הידרוכלורית (HCl), כאשר יוני Cl ^- מתנהגים כאל תורמים אלקטרונים ומינים כמו CuCl ₂ ^- , CuCl ₃ ^2- ו- Cu ₂ Cl ₄ ^{2- נוצרים} , בין היתר.

זהו אחד המינים הנוצרים בתמיסות של CuCl ב- HCl. מחבר: מרילו סטאה.

לפתרונות CuCl מימיים יש את היכולת לספוג פחמן חד חמצני (CO). ספיגה זו יכולה להתרחש כאשר תמיסות אלה הן חומציות, ניטרליות או עם אמוניה (NH ₃ ).

בפתרונות כאלה מעריכים כי נוצרים מינים שונים כגון Cu (CO) ⁺ , Cu (CO) ₃ ⁺ , Cu (CO) ₄ ⁺ , CuCl (CO) ו- ^- , התלוי במדיום.

נכסים אחרים

יש לו מאפיינים אלקטרו-אופטיים, אובדן אופטי נמוך לאורך טווח רחב של ספקטרום האור, בין גלוי לאינפרא אדום, אינדקס שבירה נמוך וקבוע דיאלקטרי נמוך.

להשיג

ניתן להשיג כלוריד נחושת (I) על ידי תגובה ישירה של מתכת נחושת עם גז כלור בטמפרטורה של 450-900 מעלות צלזיוס. תגובה זו מיושמת באופן תעשייתי.

2 Cu + Cl ₂ → 2 CuCl

ניתן להשתמש גם בתרכובת מקטינה כמו חומצה אסקורבית או דו תחמוצת הגופרית להמרת נחושת (II) כלוריד לנחושת (I) כלוריד. לדוגמא, במקרה של SO ₂ , הוא מתחמצן לחומצה גופרתית.

2 CuCl ₂ + SO ₂ + 2 H ₂ O → 2 CuCl + H ₂ SO ₄ + 2 HCl

יישומים

בתהליכי התאוששות CO

היכולת של פתרונות CuCl לספוג ולספוג חד תחמוצת הפחמן משמשת באופן תעשייתי להשגת CO טהור.

לדוגמא, התהליך הנקרא COSORB משתמש בכלוריד נחושת מיוצב בצורה של מלח מורכב עם אלומיניום (CuAlCl ₄ ), שמתמוסס בממס ארומטי כמו טולואן.

התמיסה סופגת CO מהזרם הגזי כדי להפריד אותו מגזים אחרים כמו CO ₂ , N ₂ ו- CH ₄ . לאחר מכן מחממים את הפיתרון העשיר במעט חד-חמצון בלחץ מופחת (כלומר מתחת לאטמוספירה) וה- CO מיושב. הגז שמתאושש בדרך זו הוא בעל טוהר גבוה.

מבנה הפחמן החד חמצני בו נצפים האלקטרונים הקיימים במתחם עם CuCl. מחבר: Benjah-bmm27. מקור: Wikimedia Commons.

תהליך זה מאפשר להשיג CO טהור החל מגז טבעי מתוקן, פחם מזוין או גזים המופקים מייצור פלדה.

בקטליזה

CuCl משמש כזרז לתגובות כימיות שונות.

לדוגמה, התגובה של גרמניום אלמנט (גה) עם מימן כלורי (HCl) ו אתילן (CH ₂ = CH ₂ ) יכול להתבצע באמצעות תרכובת זו. הוא משמש גם לסינתזה של תרכובות סיליקון אורגניות ונגזרות גופרית וחנקן אורגניות הטרוציקליקיות שונות.

ניתן לסנתז פולימר אתר פוליפנילן באמצעות מערכת זרזים 4-אמינופירין ו- CuCl. פולימר זה מאוד שימושי לתכונותיו המכניות, ספיגת לחות נמוכה, בידוד מעולה מחשמל ועמידות בפני שריפה.

בהשגת תרכובות נחושת אורגניות

ניתן להכין תרכובות Alkenylcuprate על ידי תגובת אלקנה סופנית עם תמיסה מימית של CuCl ואמוניה.

בהשגת פולימרים הקשורים למתכות

כלוריד נחושת (I) יכול לתאם עם פולימרים, ויוצר מולקולות מורכבות המשמשות כזרזים ומשלבים את הפשטות של זרז הטרוגני עם הסדירות של מוליך הומוגני.

במוליכים למחצה

תרכובת זו משמשת להשגת חומר שנוצר על ידי γ-CuCl על סיליקון, שיש לו תכונות פוטולומינצנטיות בעלות פוטנציאל גבוה שישמש כמוליך מוליך למחצה פוטון.

חומרים אלה נמצאים בשימוש נרחב בדיודות פולטות אור אולטרה סגולות, דיודות לייזר וגלאי אור.

במבני-על

מוצר זה, המתקבל בצורה של חלקיקים מעוקבים או צינורות צינוריות, מאפשר לייצר מוליכים-על, מכיוון שיש לו מהירות טעינה יוצאת מן הכלל, הפיכות גבוהה ואובדן קיבול קטן.

מנקי-על הם התקני אחסון אנרגטיים הבולטים בצפיפות הספק הגבוהה שלהם, בטיחותם במבצע, מחזורי טעינה ופריקה מהירים, יציבות לטווח הארוך וידידותיים לסביבה.

צינורות CuCl יכולים לשמש ביישומי אחסון אנרגיה ואלקטרוניקה. מחבר: Tide He. מקור: Pixabay.

אפליקציות אחרות

מכיוון ש- CuCl פולט אור כחול-ירוק כאשר הוא חשוף ללהבה, הוא משמש להכנת זיקוקים במקום בו הוא מספק את הצבע במהלך ביצוע הפירוטכניקה.

הצבע הירוק של כמה זיקוקים עשוי להיות נובע מ- CuCl. מחבר: הנס ברקסמייר. מקור: Pixabay.

הפניות

1. מילק, ג'יי.טי ונוברגר, מ '(1972). כלוריד קופרוסי. בתוך: חומרים מודולריים אלקטרואופטיים לינאריים. שפרינגר, בוסטון, מ.א. התאושש מ- link.springer.com.
2. Lide, DR (עורכת) (2003). מדריך CRC לכימיה ופיזיקה. 85 ^ה CRC Press.
3. Sneeden, RPA (1982). שיטות קליטה / ספיחה. בכימיה אורגנו-מטלית מקיפה. כרך 8. התאושש מ- sciencedirect.com.
4. כותנה, פ. אלברט ווילקינסון, ג'פרי. (1980). כימיה אורגנית מתקדמת. גרסה רביעית. ג'ון וויילי ובניו.
5. Chandrashekhar, VC ואח '. (2018). התקדמות אחרונה בסינתזה ישירה של תרכובות אורגנו-מתכות ותיאום. בסינתזה ישירה של מתחמי מתכת. התאושש מ- sciencedirect.com.
6. Kyushin, S. (2016). סינתזה אורגנו-סיליקון לבניית אשכולות אורגנו-סיליקון. בשיטות יעילות להכנת תרכובות סיליקון. התאושש מ- sciencedirect.com.
7. ואן קוטן, ג 'ונולטס, ג'יי.ג' (1982). תרכובות אורגנו-קופר. בכימיה אורגנו-מטלית מקיפה. אמצעי אחסון 2. התאושש מ- sciencedirect.com.
8. Danieluk, D. et al. (2009). תכונות אופטיות של סרטי CuCl שאינם מסומנים וחמצן מסופקים על מצעי סיליקון. J Mater Sci: Mater Electron (2009) 20: 76-80. התאושש מ- link.springer.com.
9. יין, ב 'ואח'. (2014). צינורות ננו-צינורות כלוריד מגודלים על נייר נחושת לאלקטרודות Pseudocapacitor. ננו-מיקרו לאט. 6, 340-346 (2014). התאושש מ- link.springer.com.
10. קים, ק 'ואח'. (2018). מערכת זרז כלוריד אמי ארומטי יעיל / נחושת (I) לסינתזה של פולי (2,6-דימתיל-1,4-פנילן). פולימרים 2018, 10, 350. התאושש מ- mdpi.com.
11. ויקיפדיה (2020). נחושת (I) כלוריד. התאושש מ- en.wikipedia.org.