KOPER (I) CHLORIDE (CUCL): STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN, GEBRUIK - CHEMIE - 2024

Het koperchloride (I) is een anorganische verbinding bestaande uit koper (Cu) en chloor (Cl). De chemische formule is CuCl. Het koper in deze verbinding heeft een valentie van +1 en het chloor -1. Het is een witte kristallijne vaste stof die bij langdurige blootstelling aan lucht een groenachtige kleur krijgt door de oxidatie van koper (I) tot koper (II).

Het gedraagt ​​zich als Lewis-zuur en vereist elektronen van andere verbindingen die Lewis-basen zijn, waarmee het complexen of stabiele adducten vormt. Een van deze verbindingen is koolmonoxide (CO), dus het vermogen om zich tussen de twee te binden wordt industrieel gebruikt om CO uit gasstromen te extraheren.

Gezuiverd koper (I) chloride (CuCl). Leiem / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Bron: Wikimedia Commons.

Het heeft optische eigenschappen die kunnen worden gebruikt in lichtemitterende halfgeleiders. Bovendien hebben CuCl-nanocubes een groot potentieel om te worden gebruikt in apparaten om energie efficiënt op te slaan.

Het wordt gebruikt in de pyrotechniek omdat het in contact met een vlam een ​​blauwgroen licht produceert.

Structuur

CuCl bestaat uit het cupro-ion Cu ⁺ en het chloride-anion Cl ^- . De elektronenconfiguratie van het Cu ⁺ -ion is:

1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶ 3d ¹⁰ 4s ⁰

en het is omdat koper het elektron uit de 4s-schaal verloor. Het chloride-ion heeft de configuratie:

1s ² 2s ² 2p ⁶ 3s ² 3p ⁶

Het is duidelijk dat beide ionen hun complete elektronische omhulling hebben.

Deze verbinding kristalliseert met kubische symmetrie. De onderstaande afbeelding toont de rangschikking van atomen in een kristallijne eenheid. De roze bollen komen overeen met koper en de groene bollen met chloor.

Structuur van CuCl. Auteur: Benjah-bmm27. Bron: Wikimedia Commons.

Nomenclatuur

• Koper (I) chloride
• Koper (II) chloride
• Kopermonochloride

Eigendommen

Fysieke toestand

Witte kristallijne vaste stof die bij langdurig contact met lucht oxideert en groen wordt.

Molecuulgewicht

98,99 g / mol

Smeltpunt

430 ºC

Kookpunt

Ongeveer 1400 ºC.

Dichtheid

4,137 g / cm ³

Oplosbaarheid

Bijna onoplosbaar in water: 0,0047 g / 100 g water bij 20 ° C. Onoplosbaar in ethanol (C ₂ H ₅ OH) en aceton (CH ₃ (C = O) CH ₃ ).

Chemische eigenschappen

Het is onstabiel in lucht omdat Cu ^{+ de} neiging heeft te oxideren tot Cu ²⁺ . Na verloop van tijd wordt koperoxide (CuO), koper (II) hydroxide (CuOH) of een complex oxychloride gevormd en wordt het zout groen.

Koper (I) chloride dat is blootgesteld aan de omgeving en gedeeltelijk is geoxideerd. Kan CuO, CuOH en andere verbindingen bevatten. Benjah-bmm27 / Openbaar domein. Bron: Wikimedia Commons.

In waterige oplossing is het ook onstabiel omdat een oxidatie- en reductiereactie gelijktijdig plaatsvindt, waarbij metallisch koper en koper (II) ionen worden gevormd:

CuCl → Cu ⁰ + CuCl ₂

CuCl als Lewis-zuur

Deze verbinding werkt chemisch als Lewis-zuur, wat betekent dat het hongerig is naar elektronen en dus stabiele adducten vormt met verbindingen die ze kunnen leveren.

Het is zeer goed oplosbaar in zoutzuur (HCl), waar Cl ^- ionen zich gedragen als elektronendonor en soorten als CuCl ₂ ^- , CuCl ₃ ^2- en Cu ₂ Cl ₄ ^{2- worden gevormd} .

Dit is een van de soorten die zich vormen in oplossingen van CuCl in HCl. Auteur: Marilú Stea.

Waterige CuCl-oplossingen hebben het vermogen om koolmonoxide (CO) te absorberen. Deze absorptie kan optreden wanneer de oplossingen zowel zure, neutrale of met ammoniak (NH ₃ ).

In dergelijke oplossingen worden naar schatting verschillende soorten gevormd zoals Cu (CO) ⁺ , Cu (CO) ₃ ⁺ , Cu (CO) ₄ ⁺ , CuCl (CO) en ^- , die afhankelijk zijn van het medium.

Andere eigenschappen

Het heeft elektro-optische kenmerken, laag optisch verlies in een breed bereik van het lichtspectrum van zichtbaar tot infrarood, lage brekingsindex en lage diëlektrische constante.

Het verkrijgen van

Koper (I) chloride kan worden verkregen door kopermetaal direct te laten reageren met chloorgas bij een temperatuur van 450-900 ° C. Deze reactie wordt industrieel toegepast.

2 Cu + Cl ₂ → 2 CuCl

Een reducerende verbinding zoals ascorbinezuur of zwaveldioxide kan ook worden gebruikt om koper (II) chloride om te zetten in koper (I) chloride. In het geval van SO ₂ wordt het bijvoorbeeld geoxideerd tot zwavelzuur.

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

Toepassingen

Bij CO-terugwinningsprocessen

Het vermogen van CuCl-oplossingen om koolmonoxide te absorberen en te desorberen, wordt industrieel gebruikt om zuivere CO te verkrijgen.

Bijvoorbeeld het proces dat COSORB gebruik gestabiliseerd koperchloride in de vorm van een complex zout met aluminium (CuAlCl ₄ ), die oplost in een aromatisch oplosmiddel zoals tolueen.

De oplossing absorbeert CO uit een gasstroom om het te scheiden van andere gassen zoals CO ₂ , N ₂ en CH ₄ . De monoxide-rijke oplossing wordt vervolgens onder verminderde druk verhit (dat wil zeggen onder atmosferische druk) en de CO wordt gedesorbeerd. Het op deze manier teruggewonnen gas heeft een hoge zuiverheid.

Structuur van koolmonoxide waarbij de elektronen worden waargenomen die beschikbaar zijn om met CuCl te complexeren. Auteur: Benjah-bmm27. Bron: Wikimedia Commons.

Dit proces maakt het mogelijk om zuiver CO te verkrijgen uitgaande van gereformeerd aardgas, vergaste steenkool of gassen afkomstig van de productie van staal.

In katalyse

CuCl wordt gebruikt als katalysator voor verschillende chemische reacties.

Met deze verbinding kan bijvoorbeeld de reactie van het element germanium (Ge) met waterstofchloride (HCl) en ethyleen (CH ₂ = CH ₂ ) worden uitgevoerd. Het wordt ook gebruikt voor de synthese van organische siliciumverbindingen en verschillende heterocyclische organische zwavel- en stikstofderivaten.

Een polyfenyleenetherpolymeer kan worden gesynthetiseerd met behulp van een 4-aminopyrine en CuCl-katalysatorsysteem. Dit polymeer is erg handig vanwege zijn mechanische eigenschappen, lage vochtopname, uitstekende isolatie tegen elektriciteit en brandwerendheid.

Bij het verkrijgen van organische koperverbindingen

Alkenylcupraatverbindingen kunnen worden bereid door een terminale alkyn te laten reageren met een waterige oplossing van CuCl en ammoniak.

Bij het verkrijgen van metalen gebonden polymeren

Koper (I) chloride kan coördineren met polymeren, waardoor complexe moleculen worden gevormd die als katalysator dienen en die de eenvoud van een heterogene katalysator combineren met de regelmaat van een homogene.

In halfgeleiders

Deze verbinding wordt gebruikt om een ​​materiaal te verkrijgen dat wordt gevormd door γ-CuCl op silicium, dat fotoluminescerende eigenschappen heeft met een hoog potentieel om te worden gebruikt als een fotonenemitterende halfgeleider.

Deze materialen worden veel gebruikt in diodes die ultraviolet licht uitzenden, laserdiodes en lichtdetectoren.

In supercondensatoren

Dit product, verkregen in de vorm van kubieke nanodeeltjes of nanocubes, maakt het mogelijk om supercondensatoren te vervaardigen, aangezien het een uitstekende laadsnelheid, hoge omkeerbaarheid en een klein capaciteitsverlies heeft.

Supercondensatoren zijn energieopslagapparaten die opvallen door hun hoge vermogensdichtheid, bedrijfsveiligheid, snelle laad- en ontlaadcycli, langdurige stabiliteit en milieuvriendelijk zijn.

CuCl-nanocubes zouden kunnen worden gebruikt in elektronica en energieopslagtoepassingen. Auteur: Tide He. Bron: Pixabay.

Andere apps

Omdat CuCl blauwgroen licht afgeeft bij blootstelling aan een vlam, wordt het gebruikt om vuurwerk voor te bereiden waar het die kleur geeft tijdens de uitvoering van pyrotechniek.

De groene kleur van sommige vuurwerk kan te wijten zijn aan CuCl. Auteur: Hans Braxmeier. Bron: Pixabay.

Referenties

1. Milek, JT en Neuberger, M. (1972). Koperchloride. In: lineaire elektro-optische modulaire materialen. Springer, Boston, MA. Opgehaald van link.springer.com.
2. Lide, DR (redacteur) (2003). CRC Handbook of Chemistry and Physics. 85 ^th CRC Press.
3. Sneeden, RPA (1982). Absorptie- / desorptiemethoden. In uitgebreide organometaalchemie. Deel 8. Hersteld van sciencedirect.com.
4. Cotton, F. Albert en Wilkinson, Geoffrey. (1980). Geavanceerde anorganische chemie. Vierde druk. John Wiley & Sons.
5. Chandrashekhar, VC et al. (2018). Recente vorderingen in de directe synthese van organometaalverbindingen en coördinatieverbindingen. In directe synthese van metaalcomplexen. Opgehaald van sciencedirect.com.
6. Kyushin, S. (2016). Organosiliciumsynthese voor de constructie van organosiliciumclusters. In efficiënte methoden voor het bereiden van siliciumverbindingen. Opgehaald van sciencedirect.com.
7. Van Koten, G. en Noltes, JG (1982). Organische koperverbindingen. In uitgebreide organometaalchemie. Deel 2. Hersteld van sciencedirect.com.
8. Danieluk, D. et al. (2009). Optische eigenschappen van ongedoteerde en met zuurstof gedoteerde CuCl-films op siliciumsubstraten. J Mater Sci: Mater Electron (2009) 20: 76-80. Opgehaald van link.springer.com.
9. Yin, B. et al. (2014). Nanocubes van koperchloride gekweekt op koperfolie voor pseudocapacitorelektroden. Nano-Micro Lett. 6, 340-346 (2014). Opgehaald van link.springer.com.
10. Kim, K. et al. (2018). Een zeer efficiënt aromatisch amineligand / koper (I) chloridekatalysatorsysteem voor de synthese van poly (2,6-dimethyl-1,4-fenyleenether). Polymers 2018, 10, 350. Hersteld van mdpi.com.
11. Wikipedia (2020). Koper (I) chloride. Opgehaald van en.wikipedia.org.