Covellite - Covellite
| Covellitt | |
|---|---|
 | |
| Generell | |
| Kategori | Sulfid mineral |
|
Formel (gjentatt enhet) |
kobber sulfid : CuS |
| Strunz-klassifisering | 2.CA.05a |
| Dana klassifisering | 02.08.12.01 |
| Krystallsystem | Sekskantet |
| Krystallklasse | Diheksagonal dipyramidal (6 / mmm) H – M Symbol (6 / m 2 / m 2 / m) |
| Romgruppe | P 6 3 / mmc |
| Enhetscelle | a = 3,77938 Å, c = 16,341 Å; Z = 6 |
| Identifikasjon | |
| Farge | Indigo-blå eller mørkere, ofte veldig iriserende, messing-gul til dyp rød |
| Krystallvane | Tynne, platy sekskantede krystaller og rosetter er også massive til granulære. |
| Spalting | Perfekt på {0001} |
| Utholdenhet | Fleksibel |
| Mohs skala hardhet | 1,5 - 2 |
| Glans | Submetallisk, tilbøyelig til harpiksaktig til kjedelig |
| Strek | Blygrå |
| Difanitet | Ugjennomsiktig |
| Spesifikk tyngdekraft | 4.6 - 4.8 |
| Optiske egenskaper | Uniaxial (+) |
| Brytningsindeks | n ω = 1.450 n ε = 2.620 |
| Pleokroisme | Merket, dypblå til lyseblå |
| Smeltbarhet | 2.5 |
| Andre egenskaper | Mikaceous spalting |
| Referanser | |
Covellin (også kjent som covelline) er et sjeldent kobbersulfid- mineral med formel CuS. Dette indigoblå mineralet er ofte et sekundært mineral i begrenset overflod, og selv om det ikke er en viktig malm av kobber i seg selv, er det velkjent for mineraloppsamlere.
Mineralet finnes vanligvis i soner med sekundær berikelse ( supergen ) av kobbersulfidavleiringer. Vanligvis finnes som belegg på kobberglans , kobberkis , bornitt , enargite , svovelkis og andre sulfider, det skjer ofte som pseudomorphic utskifting av andre mineraler. De første platene er fra Vesuv , formelt oppkalt i 1832 etter N. Covelli. Forskning på de unike egenskapene har bare steget det siste tiåret, men lovende resultater antyder at de kan brukes i stor skala i visse spesifikke applikasjoner i fremtiden.
Sammensetning
Kovellitt tilhører den binære kobbersulfidgruppen, som har formelen Cu x S y og kan ha et vidt kobber / svovelforhold, fra 1: 2 til 2: 1 (Cu / S). Imidlertid er denne serien på ingen måte kontinuerlig, og homogenitetsområdet for covellitt CuS er smalt. Materialer rik på svovel CuS x der x ~ 1.1- 1.2 eksisterer, men de viser " overbygninger ", en modulering av det sekskantede jordplanet i strukturen som strekker seg over et antall tilstøtende enhetsceller. Dette indikerer at flere av covellites spesielle egenskaper er resultatet av molekylær struktur på dette nivået.
Som beskrevet for kobbermonosulfider som pyritt , er tildelingen av formelle oksidasjonstilstander til atomene som utgjør kovellitt villedende. Formelen kan synes å foreslå beskrivelsen Cu 2+ , S 2− . Faktisk atomære strukturen viser at kobber og svovel hver innta to forskjellige geometrier. Imidlertid indikerer fotoelektronspektroskopi , magnetiske og elektriske egenskaper fraværet av Cu 2+ (d 9 ) -ioner. I motsetning til oksidet CuO er materialet ikke en magnetisk halvleder, men en metallisk leder med svak Pauli-paramagnetisme . Dermed blir mineralet bedre beskrevet som bestående av Cu + og S - i stedet for Cu 2+ og S 2− . Sammenlignet med pyritt med et ikke-lukket skall av S - sammenkobling for å danne S 2 2− , er det bare 2/3 av svovelatomene som holdes. Den andre 1/3 forblir uparret og danner sammen med Cu-atomer sekskantede lag som minner om bornitridet (grafittstruktur). Dermed vil en beskrivelse Cu + 3 S - S 2 2− virke passende med et delokalisert hull i valensbåndet som fører til metallisk ledningsevne. Etterfølgende beregninger av båndstrukturen indikerer imidlertid at hullet er mer lokalisert på svovelparene enn på det uparede svovelet. Dette betyr at Cu + 3 S 2− S 2 - med en blandet svoveloksidasjonstilstand -2 og -1/2 er mer passende. Til tross for den utvidede formelen for Cu + 3 S 2− S 2 - fra forskere i 1976 og 1993, har andre kommet med variasjoner, slik som Cu + 4 Cu 2+ 2 (S 2 ) 2 S 2 .
Struktur
For et kobbersulfid har covellitt en komplisert lamellstruktur, med alternerende lag av CuS og Cu 2 S 2 med henholdsvis kobberatomer av trigonal plan (uvanlig) og tetrahedral koordinasjon. Lagene er forbundet med SS-bindinger (basert på Van der Waals-krefter) kjent som S 2- dimerer. Cu 2 S 2- lagene har bare en l / 3-binding langs c-aksen (vinkelrett på lag), og dermed bare en binding i den retningen for å skape en perfekt spaltning {0001}. Ledningsevnen er større over lag på grunn av de delvis fylte 3p-orbitalene, noe som letter elektronmobilitet.
Dannelse
.jpg)
Naturlig forekommende
Covellitt er ofte funnet som et sekundært kobbermineral i avleiringer. Det er kjent at kovellitt dannes i forvitringsmiljøer i overflateavsetninger der kobber er det primære sulfidet. Som et primært mineral er dannelsen av kovellitt begrenset til hydrotermiske forhold, og dermed sjelden funnet som sådan i kobbermalmavsetninger eller som et vulkansk sublimat.
Syntetisk
Covellites unike krystallstruktur er relatert til dens komplekse oksidative formasjonsforhold, som man ser når man prøver å syntetisere kovellitt. Dannelsen avhenger også av tilstanden og historien til de tilknyttede sulfidene den ble avledet fra. Eksperimentelle bevis viser at ammoniummetavanadat (NH 4 VO 3 ) er en potensielt viktig katalysator for kovellittens faststofftransformasjon fra andre kobbersulfider. Forskere oppdaget at kovellitt også kan produseres i laboratoriet under anaerobe forhold ved sulfatreduserende bakterier ved en rekke temperaturer. Imidlertid gjenstår ytterligere forskning, fordi selv om overfloden av kovellitt kan være høy, er veksten av krystallstørrelsen faktisk hemmet av fysiske begrensninger av bakteriene. Det er eksperimentelt demonstrert at tilstedeværelsen av ammoniumvanadater er viktig i transformasjonen i fast tilstand av andre kobbersulfider til kovellittkrystaller.
Hendelse
Covellites forekomst er utbredt over hele verden, med et betydelig antall lokaliteter i Sentral-Europa , Kina , Australia , Vest-USA og Argentina . Mange finnes i nærheten av orogene belter , der orografisk nedbør ofte spiller en rolle i forvitringen. Et eksempel på primær mineraldannelse er i hydrotermiske årer på 1150 meters dyp funnet i Silver Bow County, Montana. Som et sekundært mineral dannes kovellitt også som synkende overflatevann i supergenanrikningssonen oksiderer og deponerer kovellitt på hypogensulfider (pyritt og kalkopyritt) på samme lokalitet. En uvanlig forekomst av kovellitt ble funnet å erstatte organisk rusk i de røde sengene i New Mexico .
Nicola Covelli (1790-1829), oppdageren av mineralet, var professor i botanikk og kjemi, men var interessert i geologi og vulkanologi, spesielt Vesuvius 'utbrudd. Hans studier av lavaen førte til oppdagelsen av flere ukjente mineraler, inkludert kovellitt.
applikasjoner
Superledere
Kovellitt var den første identifiserte naturlig forekommende superlederen . Rammeverket til CuS 3 / CuS 2 tillater et elektronoverskudd som letter superledning under bestemte tilstander, med eksepsjonelt lavt varmetap. Materialvitenskap er nå klar over flere av kovellittets gunstige egenskaper, og flere forskere er innstilt på å syntetisere kovellitt. Bruk av covellin CuS superledning forskning kan ses i litium-batterier ' katoder , ammonium gass-sensorer , og solenergi elektriske apparater med metall chalkogenidglass tynne filmer.
Litiumionbatterier
Forskning på alternativt katodemateriale for litiumbatterier undersøker ofte de komplekse variasjonene i støkiometri og tetraederlags struktur av kobbersulfider. Fordelene inkluderer begrenset toksisitet og lave kostnader. Den høye elektriske ledningsevnen til kovellitt (10−3 S cm − 1) og en høy teoretisk kapasitet (560 mAh g − 1) med flate utladningskurver når de sykles mot Li + / Li er bestemt for å spille kritiske roller for kapasitet. Mangfoldet av formasjonsmetoder er også en faktor til de lave kostnadene. Imidlertid har problemer med syklusstabilitet og kinetikk begrenset fremdriften med å bruke kovellitt i vanlige litiumbatterier til fremtidig utvikling i forskningen.
Nanostrukturer
Den elektron mobilitet og frie hulltetthet egenskapene til covellin gjør det til et attraktivt valg for nanoplatelets og nanokrystaller fordi de gir strukturene evne til å variere i størrelse. Imidlertid kan denne evnen begrenses av den platelignende strukturen som alle kobbersulfider har. Den anisotrope elektriske ledningsevnen har eksperimentelt vist seg å være større i lag (dvs. vinkelrett på c-aksen). Forskere har vist at kovellitt-nanoplater på ca. to nm tykk, med en enhetscelle og to kobberatomerlag, og diametere rundt 100 nm er ideelle dimensjoner for elektrokatalysatorer i oksygenreduksjonsreaksjoner (ORR). Basalplanene opplever fortrinnsvis oksygenadsorpsjon og større overflate muliggjør elektronoverføring. I motsetning til dette, med omgivelsesforhold, har nanoplater med dimensjoner på fire nm bredde og større enn 30 nm diameter blitt eksperimentelt syntetisert med mindre kostnad og energi. Omvendt, lokalisert overflate plasmon resonans har observert i covellin nanopartikler nylig vært knyttet til støkiometrien -avhengig bandet gapet nøkkel for nanokrystaller. Dermed blir fremtidige kjemiske senseringsenheter, elektronikk og andre instrumenter utforsket med bruk av nanostrukturer med kovellitt CuS.