氧化亞銅 氧化亞銅(Copper (I) oxide),化學式為Cu 2 O,是一種黃色至紅色粉末的氧化物,熔點為1232℃,1800℃時分解成 金屬銅 ,并放出氧氣。不溶于水,幾乎不溶于有機溶劑;溶于稀礦物酸、氨及其鹽類溶液。在干燥空氣中穩(wěn)定,在濕空氣中會逐漸氧化成黑色 氧化銅 。易被氫、 一氧化碳 等還原成金屬銅,紅熱時也能被對氧親和力強的元素(如Al、Zn、Fe)還原成銅。氧化亞銅可由電解法、干法和 葡萄糖 還原法等制得。氧化亞銅可用于作物的殺菌劑,陶瓷著色劑和玻璃染色劑,在電器工業(yè)和船舶工業(yè)方面均有廣泛應用。
基本信息
性質
溶解性
不溶于水,幾乎不溶于有機溶劑;溶于稀礦物酸、氨及其鹽類溶液。
危險性
物質結構 Cu 2 O的晶體結構為 赤銅礦 型,屬等軸晶系,晶體結構如圖所示。晶體中存在兩種配位體,一種是[Cu-O 2 ] 的啞鈴狀,另一種是[O-Cu 4 ] 的四面體,四面體的四個頂角與氧相聯(lián)結,構成一個具有立方結構的 絡陰離子 [ Cu 4 O 5 ] ,該立方體則相當于一個晶胞。自然界中的Cu 2 O晶體完整晶形極為少見,大多呈致密塊狀和粒狀,偶爾可以見到有立方體a{100},八面體o{111}和立方體、菱形十二面體d{110}所組成的聚形。在水熱條件下,Cu 2 O的結晶形態(tài)呈立方體、八面體、立方體和菱形組成的十二面體和五角十二面體p{021}所組成的聚形。
理化性質
物理性質 氧化亞銅外觀為黃色至紅色粉末,熔點為1232℃,1800℃時分解成金屬銅,并放出氧氣。不溶于水,幾乎不溶于有機溶劑;溶于稀礦物酸、氨及其鹽類溶液。
氧化亞銅是一種p型半導體材料,禁帶寬度僅約2. 2eV,吸收波長為563nm的 光子 即可被激發(fā),在可見光波段( 390-780nm)范圍內,因此在太陽光的照射下即可引發(fā)光催化反應,是一種極具潛力的 光催化劑 。
化學性質 氧化亞銅熱穩(wěn)定性強,在加熱到1800℃時才會發(fā)生分解反應,脫去氧氣。
氧化亞銅在干燥空氣中穩(wěn)定,在濕空氣中易 被氧化成黑色氧化銅。 氧化亞銅能存在于強酸環(huán)境中,生成 亞銅離子 ,在弱酸性及其他溶液狀態(tài)中則將歧化成金屬銅和 銅離子 。 Cu 2 O + 2Fe + 2H 2Fe + 2Cu +H 2 O 氧化亞銅與 氨水 或氫鹵酸等形成無色的絡離子[Cu(NH 3 ) 2 ] (遇空氣即氧化成深藍色的四氨合銅 配離子 [Cu(NH 3 ) 4 ] )和[CuX 2 ] 。 Cu 2 O + 4NH 3 + H 2 O 2[Cu(NH 3 ) 2 ] + 2OH Cu 2 O + 2H + 4X 2[CuX 2 ] + H 2 O 氧化亞銅易被氫、一氧化碳、 碳氫化合物 等還原成金屬銅,紅熱時也能被對氧親和力強的元素(如Al、Zn、Fe)還原成銅。
制備方法
電解法 用銅的陰極和陽極電解食鹽溶液可制得氧化亞銅。在陰極上析出氫,生成OH 離子,陽極上的銅溶解生成Cu 。
干法 將沉淀銅粉在干燥筒內烘干,粉碎,然后和氧化銅混合送入煅燒爐內加熱到800~900℃進行煅燒,得到氧化亞銅。
濕法
葡萄糖還原法 葡萄糖還原法將 硫酸銅溶液 與葡萄糖混合后加入氫氧化鈉溶液進行反應,生成氧化亞銅,經過濾、漂洗、烘干粉碎制得氧化亞銅產品。 CuSO 4 + 2 NaOH Na 2 SO 4 + Cu(OH) 2 2Cu(OH) 2 + CH 2 OH(CHOH) 4 CHO Cu 2 O +2H 2 O+CH 2 OH(CHOH) 4 COOH
亞硫酸鈉還原法 硫酸銅(或氯化銅)被 亞硫酸鈉 還原而制得氧化亞銅?;瘜W反應式為:
2CuSO 4 + 3Na 2 SO 3 Cu 2 O + 3Na 2 SO 4 + 2SO 2
銅粉焙燒法 氧化亞銅可由銅粉在空氣中焙燒而制得。
水合肼還原法 以水合肼為還原劑,在 醋酸銅 溶液中制備氧化亞銅 溶膠 。 4Cu(OOCH 3 ) 2 + N 2 H 2 + 2H 2 O Cu 2 O + N 2 + 8CH 3 COOH
雕白粉還原法 雕白粉( 甲醛 化二水次硫酸鈉)是 亞硫酸氫鈉 與甲醛的加成物。在硫酸銅溶液中,333~363K溫度條件下,于1h內向硫酸銅溶液中加人雕白粉溶液得到沉淀,過濾,熱水洗滌除去硫酸根,干燥即得氧化亞銅。 H 2 CO·NaHSO 3 ·2H 2 O + 2CuSO 4 + 5NaOH Cu 2 O + 3Na 2 SO 4 + 5H 2 O + HCOH
羥胺還原法 將硫酸銅、硫酸胺、茍性鈉按一定的比例混合制成溶液,再加入 明膠 溶液,攪拌反應離心分離。用水、 乙醚 洗滌,真空干燥,所得Cu 2 O為黃色-棕黃色。 (NH 2 OH)2·H 2 SO 4 + 4(CuSO 4 ·5H 2 O)+ 10NaOH 2Cu 2 O + N 2 O + 5Na 2 SO 4 + 29H 2 O
應用
農業(yè) 氧化亞銅被加工成細微顆粒,易形成保護膜,耐雨水沖刷,釋放出來的銅離子與病原體作用,可有效抑制菌絲體的生長,破壞其生殖器官,起到殺菌作用。用于種子處理和葉面噴霧,拌種防治白粉病、葉斑病、枯萎病及腐爛病。
船舶防污涂料 工業(yè)氧化亞銅產品90%以上都用于船舶防污涂料。在涂料工業(yè)上用作防污涂料的防污劑,是通過海水對涂料和部分基料的溶解作用來實現(xiàn)防污的。銅離子在漆膜表面形成有毒溶液的薄層,可降低生物機體中主酶對生物生命代謝的活化作用,以此縮短生物壽命,并可使生物體內蛋白質凝固,從而達到防污的目的。 氧化亞銅和海水作用如下:
Cu 2 O + 2H + 2Cl 2CuCl 2 + H 2 O
光催化 氧化亞銅是一種p型半導體材料,在太陽光的照射下可引發(fā)光催化反應,是一種極具潛力的光催化劑。氧化亞銅可以改變 聚氯乙烯 的熱解途徑,協(xié)同降低聚氯乙烯碳骨架 的熱裂解速度和促進成炭量的增加,并使揮發(fā)物的生成量減少,從而實現(xiàn)對聚氯乙烯的阻燃和抑煙作用。氧化亞銅還可以 光催化分解水 ,從水中提取氫氣。
太陽能電池 氧化亞銅是一種天然的p型半導體材料, 在氧化亞銅內部存在著大量的V Cu , 這也是氧化亞銅能夠進行p型導電的主要原因。為了增強太陽能電池的光轉換效率, 相關領域的研究者 又使用Ca摻雜Zn O、Sn摻雜In 2 O 3 薄膜作為太陽能電池的n型層。在進行太陽能電池研究與制作的過程中, 加強氧化亞銅薄膜的質量是提高太陽能電池性能的主要因素, 提高氧化亞銅的晶粒尺寸、降低氧化亞銅薄膜的電阻, 增強載流子的遷移率等都能夠起到提升氧化亞銅薄膜質量的作用。
其他 以氧化亞銅為基,添加具有良好導電性的金屬銅而構成的氧化物——金屬復合材料,可以用來制備熔鹽電解工藝過程中使用的非燃燒陽極。還可用作陶瓷和搪瓷的著色劑、紅色玻璃染色劑,還用于制造各種銅鹽和分析試劑及電器工業(yè)中的整流電鍍。氧化亞銅是斐林測試和本氏測試還原糖的基礎,含有 醛基 或酮基的單糖和多糖的水解產物,在堿性條件下煮沸能使 斐林試劑 中的二價銅離子還原為一價的氧化亞銅,而使藍色的斐林試劑脫色。
安全事宜
毒性 大鼠極性經口LD 50 1400mg/kg,急性經皮LD 50 >4000mg/kg。對兔皮膚和眼睛有輕微刺激,大鼠亞慢性經口LD 50 500mg/kg, ADI 2mg/kg/d。
健康危害 氧化亞銅可通過吸入和食入吸收到體內。
短期接觸:該物質刺激眼睛和呼吸道。吸入煙霧可能導致金屬煙霧熱。攝入可能會對腎臟和肝臟造成影響。效果可能會延遲。
長期接觸:反復或長期接觸皮膚可能引起皮炎。
儲存與運輸 本品為劇毒物,應貯存于干燥通風良好的庫房內,不得與氧化劑混放。容器必須密封,防止與空氣接觸變成氧化銅而降低使用價值。不可與強酸、強堿及食用物品共貯混運。
應急處理 氧化亞銅不可燃,周圍環(huán)境著火時,允許使用各種滅火劑。
發(fā)生泄露時,如果條件允許,先潤濕以防止起塵。將泄漏物掃入有蓋容器中。小心地收集剩余物。然后根據當地法規(guī)進行儲存和處置。
急救措施 吸入:將患者移至空氣新鮮處,休息,并及時就醫(yī)。
食入:及時漱口,大量飲水,并及時就醫(yī)。
眼睛:先用大量水沖洗幾分鐘(如可能易行,摘除隱形眼鏡),然后就醫(yī)。
皮膚:脫去污染的衣服,沖洗,然后用水和肥皂洗皮膚。并及時就醫(yī)。