Прејди на содржината

Ковелит

Од Википедија — слободната енциклопедија
Ковелит
Општо
КатегоријаСулфидни минерали
ФормулаCuS (бакар моносулфид)
Штрунцова класификација2.CA.05a
Просторна групаP63/mmc
Единична ќелијаa = 3.7938 Å, c = 16.341 Å; Z = 6
Распознавање
БојаИндиго-сина или потемна, најчесто многу преливачка, месингасто-жолта до темноцрвена
ХабитусТенки плочести шестоаголни кристали и розети, исто така масивни до грануларни.
Кристален системШестоаголен
ЦепливостСовршено на {0001}
ЖилавостФлексибилно
Цврстина на Мосовата скала1.5–2
СјајСубметален, склонен кон смолест до мат
ОгребОловно сива
ПроѕирностНепроѕирен
Специфична тежина4.6–4.8
Оптички својстваЕдноосијален (+)
Показател на прекршувањеnω = 1.450 nε = 2.620
ПлеохроизамОзначено, темно сино до бледо сино
Други особеностиМикаево расцепување
Наводи[1][2][3]
Ковелит (сив) кој го заменува и опфаќа халкопирит (светол), полиран дел од рудникот Хорн Сребрен, рударски округ Сан Франциско, Јута. Зголемен до 210 дијаметри.

Ковелитот (исто така познат како ковелин) — редок минерал од бакар сулфид со формула CuS. Овој индиго син минерал е најчесто секундарен минерал во ограничена количина и иако не е важна руда на бакарот сам по себе, тој е добро познат на собирачите на минерали. [3]

Минералот генерално се наоѓа во региони на секундарно збогатување (суперген) на наслаги од бакарен сулфид. Најчесто се наоѓа како облоги на халкоцит, халкопирит, борнит, енаргит, пирит и други сулфиди, а често се јавува како псевдоморфна замена на други минерали. Првите записи се од планината Везув, формално именувана во 1832 година според Никола Ковели.[3]

Композиција

[уреди | уреди извор]

Ковелитот припаѓа на бинарната група на бакарни сулфиди, која има формула Cu
xS_{y} и може да има широк опсег на однос бакар/сулфур, од 1:2 до 2:1 (Cu/S). Сепак, оваа серија во никој случај не е постојана и опсегот на хомогеност на ковелитниот CuS е тесен. Материјали богати со сулфур каде x~ 1,1-1,2 постојат, но тие покажуваат „ надградби“, модулација на шестоаголната основна рамнина на структурата која опфаќа голем број соседни единични ќелии.[4] Ова покажува дека неколку од посебните својства на ковелитот се резултат на молекуларната структура на ова ниво.

Како што е опишано за бакар моносулфид, доделувањето на формални оксидациски состојби на атомите што го сочинуваат ковелитот е измамничко.[5] Формулата може да изгледа како да сугерира опис Cu2+, S2−. Всушност, атомската структура покажува дека бакарот и сулфурот имаат по две различни геометрии. Сепак, фотоелектронската спектроскопија, магнетните и електричните својства укажуваат на отсуство на Cu2+ (d9) јони. [5] За разлика од оксидот CuO, материјалот не е магнетен полупроводник, туку метален спроводник со слаб паулов парамагнетизам.[6]Така, минералот е подобро опишан како составен од Cu+
 и S−
 наместо Cu2+и S2−. Во споредба со пирит со незатворена обвивка од S−
 спарување за да се формира S2−
2, се задржуваат само 2/3 од атомите на сулфур. [5] Другата 1/3 останува неспарена и заедно со атомите на Cu формира хексагонални слоеви што потсетуваат на бор нитридот (графитна структура). [5] Така, опис би изгледало соодветно со делокализирана дупка во валентната лента што води до метална спроводливост. Подоцнежните пресметки на структурата на лентата покажуваат дека дупката е повеќе локализирана на сулфурните парови отколку на неспарениот сулфур. Ова значи дека Cu+
3S2−S−
2 со мешана оксидациска состојба на сулфур −2 и −1/2 е посоодветно. Други излегле со варијации, како што се Cu+
4Cu2+
2(S
2)
2S
2. [7][8]

Структура

[уреди | уреди извор]

За бакар сулфид, ковелитот има комплицирана слоевита структура, со наизменични слоеви на CuS и Cu
2S
2 со атоми на бакар со тригонална рамнинска (невообичаена) и тетраедарска координација, соодветно. Слоевите се поврзани со SS врски (врз основа на силите на Ван дер Валс) познати како S
2 димери.[8]Спроводливоста е поголема низ слоевите поради делумно исполнетите 3p орбитали, што ја олеснува мобилноста на електроните. [8]

Формирање

[уреди | уреди извор]
Микроскопска слика на ковелит

Природно

[уреди | уреди извор]

Ковелитот најчесто се наоѓа како вторичен бакарен минерал во наоѓалиштата. Познато е дека ковелитот се формира во атмосферски средини во површински наоѓалишта каде што бакарот е основен сулфид.[9] Како основен минерал, формирањето на ковелит е ограничено на хидротермални услови, па затоа ретко се наоѓа како таков во наоѓалишта на бакарна руда или како вулкански сублимат.[6]

Синтетички

[уреди | уреди извор]

Уникатната кристална структура на ковелитот е поврзана со неговите сложени услови на оксидативно формирање, како што се гледа при обид за синтеза на ковелит. [10] Неговото формирање зависи и од состојбата и историјата на придружните сулфиди од кои е добиен. Експерименталните докази покажуваат амониум метаванадат (NH
4VO
3) кој е потенцијално важен катализатор за претварање на ковелитот во цврста состојба од други бакарни сулфиди. [11] Истражувачите откриле дека ковелитот може да се произведе и во лабораторија под анаеробни услови од бактерии кои ги намалуваат сулфатите на различни температури. Сепак, остануваат понатамошни истражувања, бидејќи иако изобилството на ковелит може да биде големо, растот на големината на неговиот кристал всушност е инхибиран од физичките ограничувања на бактериите.[12] Експериментално е докажано дека присуството на амониум ванадати е важно во преобразбата во цврста состојба на други бакарни сулфиди во кристали на ковелит.[10]

Појава

[уреди | уреди извор]
Ковелит од Шварцвалд, Германија

Појавата на ковелит е широко распространета низ целиот свет, со значителен број на локалитети во Средна Европа, Кина, Австралија, Западни Соединети Американски Држави и Аргентина.[3] Многу од нив се наоѓаат во близина на орогени појаси, каде што орографските врнежи често играат улога во атмосферските влијанија. Пример за формирање на примарни минерали е во хидротермалните вени на длабочина од 1,150 метри пронајден во округот Силвер Боу, Монтана. Како секундарен минерал, ковелитот се формира и кога површинската вода што се спушта во зоната на супергенско збогатување оксидира и повторно го таложи ковелитот на хипогени сулфиди (пирит и халкопирит) на истата местоположба. Невообичаена појава на ковелит е пронајдена како замена за органски остатоци во црвените слоеви на Ново Мексико.[13]

Никола Ковели (1790-1829), откривачот на минералот, бил професор по ботаника и хемија, иако бил заинтересиран за геологија и вулканологија, особено ерупциите на вулканот Везув. Неговите испиутувања за неговата лава довеле до откривање на неколку непознати минерали, вклучувајќи го и ковелитот.

Употреба

[уреди | уреди извор]

Суперпроводници

[уреди | уреди извор]

Ковелитот е суперпроводник со критична температура од 1,6°C. К. [14][15] Рамката на CuS
3/CuS
2 овозможува вишок на електрони што го олеснува суперспроводливоста за време на одредени состојби, со исклучително ниска топлинска загуба. Материјалната наука денес е свесна за неколку поволни својства на ковелитот и неколку истражувачи се решени да го синтетизираат ковелитот.[16][17]Употребата на ковелитот CuS може да се видат во катоди на литиумски батерии, сензори за амонијак и сончеви електрични уреди со тенки филмови од метален халкогенид.[18][19][20]

Литиум-јонски батерии

[уреди | уреди извор]

Истражувањата за алтернативен катоден материјал за литиумски батерии често ги испитуваат сложените варијации во стехиометријата и тетраедарската слоевита структура на бакарните сулфиди.[21] Предностите вклучуваат ограничена отровност и ниски трошоци.[22] Високата електрична спроводливост на ковелитот (10⋅10−3 S/cm) и висок теоретски капацитет (560 mAh/g) со рамни криви на празнење кога се циклираат во споредба со Li+/Li, се покажало дека играат клучна улога во капацитетот. [22] Разновидноста на методите на формирање е исто така фактор на ниските трошоци. Сепак, проблемите со стабилноста на циклусот и кинетиката го ограничуваат напредокот на користењето на ковелит во главните литиумски батерии сè додека не се случи напредок во истражувањата. [22]

Наноструктури

[уреди | уреди извор]

Карактеристиките на мобилноста на електроните и густината на слободните дупки на ковелитот го прават привлечен избор за наноплочи и нанокристали бидејќи им даваат на структурите можност да варираат во големина. Сепак, оваа способност може да биде ограничена од структурата слична на плоча која ја имаат сите бакарни сулфиди. Експериментално е докажано дека неговата анизотропна електрична спроводливост е поголема во рамките на слоевите (т.е. нормално на c-оската). Истражувачите покажале дека ковелитни наноплочи од приближно 2 дебелина, со една единечна ќелија и два слоеви на бакарни атоми, и пречник околу 100 нанометри се идеални димензии за електрокатализатори во реакциите на редукција на кислород (ORR). Базалните рамнини доживуваат преференцијална адсорпција на кислород, а поголемата површина го олеснува преносот на електрони. Спротивно на тоа, во амбиентални услови, наноплочестите плочи со димензии од 4 нанометри и поголема од 30 нанометри во пречник се експериментално синтетизирани со помалку трошоци и енергија. Локализираните површински плазмонски резонанци забележани во ковелитни наночестички неодамна се поврзани со стехиометриски зависен клуч на енергетскиот јаз за нанокристали. Така, се истражуваат идни уреди за хемиско мерење, електроника и други инструменти кои користат наноструктури од ковелитен CuS. [23][24]

Наводи

[уреди | уреди извор]
  1. ↑ Handbook of Mineralogy
  2. ↑ Webmineral data
  3. 1 2 3 4 Mindat.org
  4. ↑ Putnis, A.; Grace, J.; Cameron, W. E. (1977). „Blaubleibender covellite and its relationship to normal covellite“. Contributions to Mineralogy and Petrology. 60 (2): 209–217. Bibcode:1977CoMP...60..209P. doi:10.1007/bf00372282. ISSN 0010-7999. S2CID 95661500.
  5. 1 2 3 4 Evans, Howard T.; Konnert, Judith A. (1976). „Crystal structure refinement of covellite“. American Mineralogist. 61: 996–1000.
  6. 1 2 Warner, Terence E. (2013). Synthesis, properties and mineralogy of important inorganic materials. Wiley. ISBN 978-0-470-97623-4. OCLC 865009780.
  7. ↑ Goble, Ronald J. (1985). The relationship between crystal structure, bonding and cell dimensions in the copper sulfides: supplementary unpublished material. OCLC 45557917.
  8. 1 2 3 Liang, W.; Whangbo, M.-H. (February 1993). „Conductivity anisotropy and structural phase transition in Covellite CuS“. Solid State Communications. 85 (5): 405–408. Bibcode:1993SSCom..85..405L. doi:10.1016/0038-1098(93)90689-k. ISSN 0038-1098.
  9. ↑ Majzlan, Juraj; Kiefer, Stefan; Herrmann, Julia; Števko, Martin; Sejkora, Jiří; Chovan, Martin; Lánczos, Tomáš; Lazarov, Marina; Gerdes, Axel (June 2018). „Synergies in elemental mobility during weathering of tetrahedrite [(Cu,Fe,Zn)12(Sb,As)4S13]: Field observations, electron microscopy, isotopes of Cu, C, O, radiometric dating, and water geochemistry“. Chemical Geology. 488: 1–20. Bibcode:2018ChGeo.488....1M. doi:10.1016/j.chemgeo.2018.04.021. ISSN 0009-2541. S2CID 135253715.
  10. 1 2 Simonescu, C.M., Teodorescu, V.S., Carp, O., Patron, L. and Capatina, C. (2007). „Thermal behaviour of CuS (covellite) obtained from copper–thiosulfate system“. Journal of Thermal Analysis and Calorimetry. 88 (1): 71–76. doi:10.1007/s10973-006-8079-z. S2CID 94104147.CS1-одржување: повеќе имиња: список на автори (link)
  11. ↑ Ghezelbash, Ali; Korgel, Brian A. (October 2005). „Nickel Sulfide and Copper Sulfide Nanocrystal Synthesis and Polymorphism“. Langmuir. 21 (21): 9451–9456. doi:10.1021/la051196p. ISSN 0743-7463. PMID 16207021.
  12. ↑ Gramp, J.P.; Sasaki, K.; Bigham, J.M.; Karnachuck, O.V.; Tuovinen, O.H. (2006). „Formation of Covellite (CuS) Under Biological Sulfate-Reducing Conditions“. Geomicrobiology Journal. 23 (8): 613–619. doi:10.1080/01490450600964383. S2CID 95152748.
  13. ↑ Emmons, W. H. (1917). „The Enrichment of Ore Deposits: Bulletin 625“ (PDF). usgs.gov. United States Geological Survey. стр. 193. Посетено на 18 July 2025.
  14. ↑ Nikam, Ajinkya N.; Pandey, Abhijeet; Fernandes, Gasper; Kulkarni, Sanjay; Mutalik, Sadhana P.; Padya, Bharath Singh; George, Sajan D.; Mutalik, Srinivas (2020-09-15). „Copper sulphide based heterogeneous nanoplatforms for multimodal therapy and imaging of cancer: Recent advances and toxicological perspectives“. Coordination Chemistry Reviews. 419. doi:10.1016/j.ccr.2020.213356. ISSN 0010-8545. Занемарен непознатиот параметар |article-number= (help)
  15. ↑ Di Benedetto, Francesco; Borgheresi, Miria; Caneschi, Andrea; Chastanet, Guillaume; Cipriani, Curzio; Gatteschi, Dante; Pratesi, Giovanni; Romanelli, Maurizio; Sessoli, Roberta (7 July 2006). „First evidence of natural superconductivity: covellite“. European Journal of Mineralogy. 18 (3): 283–287. doi:10.1127/0935-1221/2006/0018-0283.
  16. ↑ Chunyan Wu; Shu-Hong Yu; Markus Antoniette (2006). „Complex Concaved Cuboctahedrons of Copper Sulfide Crystals with Highly Geometrical Symmetry Created by a Solution Process“. Chemistry of Materials. 18 (16): 3599–3601. doi:10.1021/cm060956u.
  17. ↑ Nava, Dora; Gonzalez, I; и др. (2006). „Electrochemical characterization of chemical species formed during the electrochemical treatment of chalcopyrite in sulfuric acid“. Electrochimica Acta. 51 (25): 5295–5303. doi:10.1016/j.electacta.2006.02.005.
  18. ↑ Chung, J.-S.; Sohn, H.-J. (June 2002). „Electrochemical behaviors of CuS as a cathode material for lithium secondary batteries“. Journal of Power Sources. 108 (1–2): 226–231. Bibcode:2002JPS...108..226C. doi:10.1016/s0378-7753(02)00024-1. ISSN 0378-7753.
  19. ↑ Sagade, Abhay A.; Sharma, Ramphal (July 2008). „Copper sulphide (CuxS) as an ammonia gas sensor working at room temperature“. Sensors and Actuators B: Chemical. 133 (1): 135–143. doi:10.1016/j.snb.2008.02.015. ISSN 0925-4005.
  20. ↑ Mane, R. S.; Lokhande, C. D. (2010-06-03). „ChemInform Abstract: Chemical Deposition Method for Metal Chalcogenide Thin Films“. ChemInform. 31 (34): no. doi:10.1002/chin.200034236. ISSN 0931-7597.
  21. ↑ Foley, Sarah; Geaney, Hugh; Bree, Gerard; Stokes, Killian; Connolly, Sinead; Zaworotko, Michael J.; Ryan, Kevin M. (2018-03-24). „Copper Sulfide (Cu x S) Nanowire‐in‐Carbon Composites Formed from Direct Sulfurization of the Metal‐Organic Framework HKUST‐1 and Their Use as Li‐Ion Battery Cathodes“. Advanced Functional Materials. 28 (19). doi:10.1002/adfm.201800587. ISSN 1616-301X. S2CID 104176144. Занемарен непознатиот параметар |article-number= (help)
  22. 1 2 3 Zhou, Mingjiong; Peng, Na; Liu, Zhen; Xi, Yun; He, Huiqiu; Xia, Yonggao; Liu, Zhaoping; Okada, Shigeto (February 2016). „Synthesis of sub-10 nm copper sulphide rods as high-performance anode for long-cycle life Li-ion batteries“. Journal of Power Sources. 306: 408–412. Bibcode:2016JPS...306..408Z. doi:10.1016/j.jpowsour.2015.12.048. ISSN 0378-7753.
  23. ↑ Liu, Yang; Zhang, Hanguang; Behara, Pavan Kumar; Wang, Xiaoyu; Zhu, Dewei; Ding, Shuo; Ganesh, Sai Prasad; Dupuis, Michel; Wu, Gang (2018-11-19). „Synthesis and Anisotropic Electrocatalytic Activity of Covellite Nanoplatelets with Fixed Thickness and Tunable Diameter“. ACS Applied Materials & Interfaces. 10 (49): 42417–42426. doi:10.1021/acsami.8b15895. ISSN 1944-8244. PMID 30451490. S2CID 206495105.
  24. ↑ Xie, Yi; Riedinger, Andreas; Prato, Mirko; Casu, Alberto; Genovese, Alessandro; Guardia, Pablo; Sottini, Silvia; Sangregorio, Claudio; Miszta, Karol (2013-11-06). „Copper Sulfide Nanocrystals with Tunable Composition by Reduction of Covellite Nanocrystals with Cu+ Ions“. Journal of the American Chemical Society. 135 (46): 17630–17637. doi:10.1021/ja409754v. ISSN 0002-7863. PMID 24128337.
Преземено од „https://mk.wikipedia.org/w/index.php?title=Ковелит&oldid=5535830“