氧化亞銅

氧化亞銅
	IUPAC名; Copper(I) oxide
別名	氧化銅(I); 赤銅礦; 紅色氧化銅
識別
CAS號	1317-39-1
PubChem	10313194
ChemSpider	8488659
SMILES	[Cu]O[Cu];
InChI	1/2Cu.O/rCu2O/c1-3-2;
InChIKey	BERDEBHAJNAUOM-YQWGQOGZAF
EINECS	215-270-7
ChEBI	81908
RTECS	GL8050000
KEGG	C18714
性質
化學式	Cu2O
摩爾質量	143.09 g·mol⁻¹
外觀	棕紅色固體
密度	6.0 g/cm3
熔點	1232 °C（1505 K）
沸點	1800 °C（2073 K）
溶解性（水）	不可溶
溶解性（酸）	可溶
能隙	2.137 eV
磁化率	−20×10−6 cm3/mol
結構
晶體結構	立方
空間群	Pn3m,
晶格常數	a = 4.2696
熱力學
ΔfHm⦵298K	−170 kJ·mol−1
S⦵298K	93 J·mol−1·K−1
危險性
	GHS危險性符號;
GHS提示詞	危險
H-術語	H302, H318, H332, H400, H410
P-術語	P273, P305+351+338
NFPA 704	0 2 1
PEL	TWA 1 mg/m3 (作為Cu)
相關物質
其他陰離子	硫化亞銅; 硫化銅; 硒化亞銅
其他陽離子	氧化銅; 氧化銀; 氧化鎳; 氧化鋅
	若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

氧化亞銅是化學式為Cu₂O的無機化合物。它是銅的主要氧化物之一，另一種是氧化銅(CuO)。這種紅色固體是一些抗附着漆的成分。根據顆粒的大小，該化合物可能呈現黃色或紅色。^[3]氧化亞銅被發現為帶紅色的礦物赤銅礦。

製備[編輯]

氧化亞銅可以通過多種方法生產。^[4]最直接的是通過銅金屬的氧化產生：

4 Cu + O₂ = 2 Cu₂O

水和酸等添加劑會影響該過程的速度以及進一步氧化為氧化銅。它還通過用二氧化硫還原銅(II)溶液進行商業生產。

反應[編輯]

氯化亞銅水溶液與鹼反應，會得到相同的物質。在所有情況下，顏色對程序的細節非常敏感。

未絡合介質中銅的電位-pH圖（OH⁻以外的陰離子未考慮）。離子濃度 0.001mol/kg 水。溫度 25°C。

氧化亞銅的形成是斐林測試和本氏測試還原糖的基礎。這些糖還原銅(II)鹽的鹼性溶液，產生鮮紅色的Cu₂O沉澱。

當銀鍍層損壞時，它會在暴露於濕氣的鍍銀銅部件上形成。這種腐蝕被稱為紅疫。

性質[編輯]

氧化亞銅固體是抗磁性的。就其配位範圍而言，銅中心是2-配位且氧化物是四面體的。因此，該結構在某種意義上類似於SiO₂的主要同質異形體，並且兩種結構都具有互穿晶格的特點。

氧化亞銅在濃氨溶液中形成無色配合物[Cu(NH₃)₂]⁺，在空氣中易氧化為藍色的[Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺。溶於鹽酸生成CuCl−
2，在稀硫酸和硝酸中分別產生硫酸銅和硝酸銅。^[5]

Cu₂O在潮濕空氣中會氧化為氧化銅。

結構[編輯]

Cu₂O以立方晶系結晶，晶格常數a_l = 4.2696 Å。銅原子排列在fcc亞晶格中，氧原子排列在bcc亞晶格中。一個亞晶格移動了四分之一的身體對角線。空間群為Pn3m，包含全八面體對稱的點群。

半導體特性[編輯]

在半導體物理學史上，Cu₂O是研究最多的材料之一，許多實驗性的半導體應用首先在這種材料中得到了證明：

半導體
半導體二極管^[6]
Phonoritons（「激子、光子和聲子的相干疊加」）^[7]^[8]

Cu₂O中最低的激子壽命極長；吸收線型已被證明具有NeV的線寬，這是迄今為止觀察到的最窄的體激子共振。^[9]相關的四極電磁極化子具有接近聲速的低群速度。因此，光在這種介質中的移動速度幾乎與聲音一樣慢，這導致了高電磁極化子密度。基態激子的另一個不同尋常的特徵是，所有主要的散射機制都是定量的。^[10]Cu₂O第一個完全無參數的吸收線寬隨溫度變寬的模型的物質，從而可以推斷出相應的衰減係數。Cu₂O可以證明克喇末-克勒尼希關係不適用於電磁極化子。^[11]

應用[編輯]

氧化亞銅通常用作顏料、殺真菌劑和船舶塗料的防附着劑。早在1924年，在矽成為標準之前，基於這種材料的整流二極管就已在工業上使用。氧化亞銅也是本氏測試呈陽性的粉紅色的原因。

2021年12月，東芝宣佈研製出透明氧化亞銅 (Cu₂O) 薄膜太陽能電池。該電池實現了8.4%的能量轉換效率，這是截至2021年任何此類電池報告的最高效率。該電池可用於高空平台站應用和電動汽車。^[12]

參見[編輯]

氧化銅

參考資料[編輯]

^ https://www.nwmissouri.edu/naturalsciences/sds/c/Copper%20I%20oxide.pdf^{[失效連結]}
^ NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. #0150. NIOSH.
^ N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 1997.
^ H. Wayne Richardson "Copper Compounds in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a07_567
^ D. Nicholls, Complexes and First-Row Transition Elements, Macmillan Press, London, 1973.
^ L. O. Grondahl, Unidirectional current carrying device, Patent, 1927
^ Hanke, L.; Fröhlich, D.; Ivanov, A. L.; Littlewood, P. B.; Stolz, H. LA Phonoritons in Cu₂O. Physical Review Letters. 1999-11-22, 83 (21): 4365–4368. Bibcode:1999PhRvL..83.4365H. doi:10.1103/PhysRevLett.83.4365.
^ L. Brillouin: Wave Propagation and Group Velocity, Academic Press, New York City, 1960 ISBN 9781483276014.
^ Brandt, Jan; Fröhlich, Dietmar; Sandfort, Christian; Bayer, Manfred; Stolz, Heinrich; Naka, Nobuko. Ultranarrow Optical Absorption and Two-Phonon Excitation Spectroscopy of Cu₂O Paraexcitons in a High Magnetic Field. Physical Review Letters (American Physical Society (APS)). 2007-11-19, 99 (21): 217403. Bibcode:2007PhRvL..99u7403B. ISSN 0031-9007. PMID 18233254. doi:10.1103/physrevlett.99.217403.
^ J. P. Wolfe and A. Mysyrowicz: Excitonic Matter, Scientific American 250 (1984), No. 3, 98.
^ Hopfield, J. J. Theory of the Contribution of Excitons to the Complex Dielectric Constant of Crystals. Physical Review. 1958, 112 (5): 1555–1567. Bibcode:1958PhRv..112.1555H. ISSN 0031-899X. doi:10.1103/PhysRev.112.1555.
^ Bellini, Emiliano. Toshiba claims 8.4% efficiency for transparent cuprous oxide solar cell. pv magazine. 2021-12-22 [2021-12-22]. （原始內容存檔於2022-06-25）.

外部連結[編輯]

[1] ttps://www.nwmissouri.edu/naturalsciences/sds/c/Copper%20I%20oxide.pdf^{[失效連結]}

[PGCH-2] NIOSH Pocket Guide to Chemical Hazards. #0150. NIOSH.

[3] N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 1997.

[4] H. Wayne Richardson "Copper Compounds in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002/14356007.a07_567

[5] D. Nicholls, Complexes and First-Row Transition Elements, Macmillan Press, London, 1973.

[6] L. O. Grondahl, Unidirectional current carrying device, Patent, 1927

[7] Hanke, L.; Fröhlich, D.; Ivanov, A. L.; Littlewood, P. B.; Stolz, H. LA Phonoritons in Cu₂O. Physical Review Letters. 1999-11-22, 83 (21): 4365–4368. Bibcode:1999PhRvL..83.4365H. doi:10.1103/PhysRevLett.83.4365.

[8] L. Brillouin: Wave Propagation and Group Velocity, Academic Press, New York City, 1960 ISBN 9781483276014.

[9] Brandt, Jan; Fröhlich, Dietmar; Sandfort, Christian; Bayer, Manfred; Stolz, Heinrich; Naka, Nobuko. Ultranarrow Optical Absorption and Two-Phonon Excitation Spectroscopy of Cu₂O Paraexcitons in a High Magnetic Field. Physical Review Letters (American Physical Society (APS)). 2007-11-19, 99 (21): 217403. Bibcode:2007PhRvL..99u7403B. ISSN 0031-9007. PMID 18233254. doi:10.1103/physrevlett.99.217403.

[10] J. P. Wolfe and A. Mysyrowicz: Excitonic Matter, Scientific American 250 (1984), No. 3, 98.

[Hopfield1958-11] Hopfield, J. J. Theory of the Contribution of Excitons to the Complex Dielectric Constant of Crystals. Physical Review. 1958, 112 (5): 1555–1567. Bibcode:1958PhRv..112.1555H. ISSN 0031-899X. doi:10.1103/PhysRev.112.1555.

[12] Bellini, Emiliano. Toshiba claims 8.4% efficiency for transparent cuprous oxide solar cell. pv magazine. 2021-12-22 [2021-12-22]. （原始內容存檔於2022-06-25）.

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