Kupfer(II)-sulfid

Kristallstruktur
_ Cu2+ 0 _ S2−
Allgemeines
Name	Kupfer(II)-sulfid
Andere Namen	Covellin Cuprisulfid Kupfermonosulfid
Verhältnisformel	CuS
Kurzbeschreibung	schwarzer Feststoff[1]
Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 1317-40-4 EG-Nummer 215-271-2 ECHA-InfoCard 100.013.884 PubChem 14831 ChemSpider 14145 Wikidata Q416688
Eigenschaften
Molare Masse	95,61 g·mol−1
Aggregatzustand	fest
Dichte	4,6 g·cm−3[1]
Schmelzpunkt	507 °C (Zersetzung)[2]
Löslichkeit	nahezu unlöslich in Wasser (0,33 mg l−1, 18 °C)[1]
Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[1] keine GHS-Piktogramme H- und P-Sätze H: keine H-Sätze P: keine P-Sätze
MAK	0,1 mg·m−3 [1]
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Kupfer(II)-sulfid ist eine chemische Verbindung des Kupfers und Schwefels. Es ist ein schwarzer, spröder Feststoff mit der Verhältnisformel CuS. Trotz dieser Verhältnisformel liegen in der Verbindung nicht nur Cu²⁺-Ionen vor, sondern sie besteht aus einer Mischung von Cu⁺- und Cu²⁺-Ionen sowie Sulfidionen und Disulfidionen. Das genaue Verhältnis ist Cu₂^ICu^II(S₂)S.^[3]

Vorkommen

In der Natur kommt Kupfer(II)-sulfid als das Mineral Covellin vor.

Gewinnung und Darstellung

Kupfer(II)-sulfid wird (im Labor) durch Fällung aus wässriger Lösung dargestellt, beispielsweise durch Einleiten von Schwefelwasserstoff.^[4]

${\displaystyle \mathrm {Cu_{(aq)}^{2+}+S^{2-}\longrightarrow CuS_{(s)}\downarrow } }$

Beim so hergestellten Kupfersulfid handelt es sich um Covellin.^[3]

Hochreines Kupfer(II)-sulfid erhält man durch Reaktion einer Kupfer(I)-sulfid/Schwefel-Mischung bei Raumtemperatur.^[4]

${\displaystyle \mathrm {2\ Cu_{2}S+2\ S\longrightarrow 4\ CuS} }$

Eigenschaften

(c) C. Pelant, CC BY-SA 3.0

Kupfer(II)-sulfid ist ein schwarzer, wasserunlöslicher Feststoff, der in der Natur als sulfidisches Kupfererz vorkommt. Er ist elektrisch leitfähig.

In feuchter Luft wird das Erz Kupfer(II)-sulfid zu Kupfersulfat oxidiert. In trockener Luft bei Raumtemperatur ist die Verbindung stabil. Wird Kupfer(II)-sulfid unter Luftausschluss erhitzt, zerfällt es bei 507 °C zu Kupfer(I)-sulfid und Schwefel. Das entstandene Kupfersulfid ist aber nicht stöchiometrisch aufgebaut und lässt sich durch die Form Cu_2-xS besser beschreiben.^[2]

${\displaystyle \mathrm {2\ CuS\longrightarrow Cu_{2}S+S} }$

Das Rösten des Erzes an Luft führt hingegen zu Kupfer(II)-oxid und Schwefeldioxid.

Physikalische Eigenschaften

Kupfer(II)-sulfid hat eine hexagonale Kristallstruktur mit der Raumgruppe P6₃/mmc (Raumgruppen-Nr. 194)Vorlage:Raumgruppe/194 (a = 3,794 Å, c = 16,33 Å) und eine Bildungsenthalpie von −48,5 kJ/mol.^[4] Die Elementarzelle besteht aus 6 Formeleinheiten. 4 Cu⁺-Kationen sind tetraedrisch von S^2--Anionen umgeben, die 2 übrigen Cu²⁺-Kationen sind trigonal planar von S₂^2--Hanteln umgeben. 4 der 6 Schwefelatome bilden Hanteln mit einem Abstand von 207,1 pm, woraus auf S₂^2--Anionen geschlossen werden kann. Die übrigen zwei S^2--Anionen umgeben die trigonal planar koordinierten Kupferzentren, während sie selbst von 5 Kupferatomen in Form einer trigonalen Bipyramide koordiniert werden. Die Disulfidanionen werden tetraedrisch von Kupfer umgeben.^[5][6] Aus diesen Erkenntnissen ergibt sich korrekte Summenformel Cu₂^ICu^II(S₂)S und die Bezeichnung Kupfer(I,II)-sulfid.^[3]

Stäbchenmodell von Covellin	trigonal planare Koordination des Kupfers	tetraedrische Koordination des Kupfers	trigonal bipyramidale Koordination des Schwefels	tetraedrische Koordination der Disulfideinheit

Bei etwa 100 °C kommt es zum Phasenübergang zum monoklinen Kristallsystem.^[7]

Chemische Eigenschaften

Kupfer(II)-sulfid ist löslich nur in konzentrierten, oxidierenden Säuren. Beispielsweise reagieren 3 mol CuS mit 8 mol konz. Salpetersäure zu Kupfersulfat (3 mol), Stickstoffmonoxid (8 mol) und Wasser (Redoxreaktion). In verdünnten Säuren ist es unlöslich. Im Kationentrenngang wird es daher schon bei pH 4–5 in der Schwefelwasserstoffgruppe ausgefällt, in Salpetersäure gelöst und mit Ammoniakwasser als Kupfertetramminkomplex nachgewiesen (Nachweise für Kationen, Nachweisreaktion).

Verwendung

Kupfer(II)-sulfid wird für fäulnishemmende Anstriche verwendet.

In den 1970er und 1980er Jahren wurde Kupfer(II)-sulfid als eher seltenes Kathodenmaterial in Lithium-Batterien verwendet.^[8] Die Firma Duracell stellte Flachzellen für Herzschrittmacher mit CuS her.^[9]

Einzelnachweise

1. ↑ ^{a b c d e} Eintrag zu Kupfer(II)-sulfid in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 19. Dezember 2019. (JavaScript erforderlich)
2. ↑ ^{a b} R. Blachnik, A. Müller: The formation of Cu₂S from the elements. I. Copper used in form of powders. In: Thermochimica Acta. Band 361, Nr. 1–2, Oktober 2000, S. 31–52, doi:10.1016/S0040-6031(00)00545-1. 
3. ↑ ^{a b c} A. F. Holleman, E. Wiberg, N. Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. Walter de Gruyter, Berlin 2007, ISBN 978-3-11-017770-1.
4. ↑ ^{a b c} Georg Brauer (Hrsg.), unter Mitarbeit von Marianne Baudler u. a.: Handbuch der Präparativen Anorganischen Chemie. 3., umgearbeitete Auflage. Band II, Ferdinand Enke, Stuttgart 1978, ISBN 3-432-87813-3, S. 982.
5. ↑ Ivar Oftedal: Die Kristallstruktur des Covellins (CuS). In: Zeitschrift für Kristallographie - Crystalline Materials. Band 83, Nr. 1-6, 1932, S. 9–25, doi:10.1524/zkri.1932.83.1.9. 
6. ↑ Howard T. Evans, Judith A. Konnert: Crystal structure refinement of covellite. In: American Mineralogist. Band 61, 1976, S. 996–1000 (englisch, minsocam.org [PDF; 577 kB; abgerufen am 13. Oktober 2019]). 
7. ↑ LK-99 isn’t a superconductor — how science sleuths solved the mystery Replications pieced together the puzzle of why the material displayed superconducting-like behaviours.
8. ↑ S. C. Levy, P. Bro: Battery Hazards and Accident Prevention. Springer, 1994, ISBN 978-0-306-44758-7 (google.com). 
9. ↑ https://www.google.de/books/edition/Proceedings_of_the_Symposium_on_Lithium/LuWyAAAAIAAJ?hl=en&gbpv=1&pg=PA23&printsec=frontcover