산화 구리(I)
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1. 개요
산화 구리(I)는 화학식 Cu₂O를 갖는 구리의 산화물로, 큐프라이트라는 광물 형태로 존재한다. 구리 금속을 산화시키거나, 구리(II) 용액을 환원시키거나, 아세트산 구리(II)를 히드라진으로 환원시켜 제조할 수 있다. 산화 구리(I)는 반자성을 띠며, 펠링 시약 및 베네딕트 시약과 같은 당 검출 시약의 구성 요소로 사용되어 적색 침전물을 생성한다. 주요 용도로는 방오 페인트, 안료, 살균제, 반도체 다이오드, 태양 전지 등이 있으며, 특히 2021년에는 도시바에서 높은 에너지 변환 효율을 가진 투명 박막 태양 전지로 개발되었다.
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| 산화 구리(I) - [화학 물질]에 관한 문서 | |
|---|---|
| 일반 정보 | |
 | |
| |
| |
| IUPAC 명칭 | 산화 구리(I) |
| 다른 이름 | 제일구리 산화물 이구리 산화물 퀴프라이트 적색 산화 구리 |
| 식별 | |
| 화학 물질 식별자 (ChemSpider) | 8488659 |
| UNII | T8BEA5064F |
| InChI | 1/2Cu.O/rCu2O/c1-3-2 |
| SMILES | '[Cu]O[Cu]' |
| InChIKey | BERDEBHAJNAUOM-YQWGQOGZAF |
| InChI1 | 1/2Cu.O/q2*+1;-2 |
| InChIKey1 | KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYAM |
| SMILES1 | '[Cu+].[Cu+].[O-2]' |
| 표준 InChI | 1S/2Cu.O/q2*+1;-2 |
| 표준 InChIKey | KRFJLUBVMFXRPN-UHFFFAOYSA-N |
| CAS 등록번호 | 1317-39-1 |
| 펍켐 (PubChem) | 10313194 |
| RTECS | GL8050000 |
| EINECS | 215-270-7 |
| KEGG | C18714 |
| ChEBI | 81908 |
| 속성 | |
| 화학식 | Cu2O |
| 몰 질량 | 143.09 g/mol |
| 외관 | 갈색-적색 고체 |
| 밀도 | 6.0 g/cm3 |
| 용해도 | 불용성 |
| 다른 용매에 대한 용해도 | 용해됨 |
| 용매 | 산 |
| 녹는점 | 1232 °C |
| 끓는점 | 1800 °C |
| 밴드 갭 | 2.137 eV |
| 자기 감수율 | -20e-6 cm3/mol |
| 비고 | 분해됨 |
| 겉모습 | 적색 내지 적갈색의 결정 또는 결정성 분말 |
| 구조 | |
| 배위 | 해당 사항 없음 |
| 결정 구조 | 정육면정계 |
| 공간군 | Pnm, #224 |
| 격자 상수 a | 4.2696 Å |
| 열화학 | |
| 표준 생성 엔탈피 | −170 kJ·mol−1 |
| 엔트로피 | 93 J·mol−1·K−1 |
| 위험성 | |
| 외부 SDS | SIRI.org |
| GHS 그림 문자 | '' |
| GHS 신호어 | 위험 |
| H 문구 | '' |
| P 문구 | '' |
| NFPA 704 | 건강: 2 화재: 0 반응성: 1 |
| PEL (허용 노출 한도) | TWA 1 mg/m3 (구리로서) |
| REL (권장 노출 한도) | TWA 1 mg/m3 (구리로서) |
| IDLH (즉시 생명 또는 건강에 위험한 농도) | TWA 100 mg/m3 (구리로서) |
| 유해 문구 | '' |
| 예방 문구 | '' |
| 관련 화합물 | |
| 다른 음이온 | 황화 구리(I) 황화 구리(II) 셀렌화 구리(I) 염화 구리(I) 브롬화 구리(I) 아이오딘화 구리(I) |
| 다른 양이온 | 산화 구리(II) 산화 은(I) 산화 니켈(II) 산화 아연 |
2. 제법
산화 구리(I)는 여러 가지 방법으로 만들 수 있다.[5] 가장 간단한 방법은 구리 금속을 산화시키는 것이다.
물과 산 같은 첨가제는 반응 속도뿐만 아니라 산화 구리(II)로의 추가 산화에도 영향을 미친다.
은 층이 다공성이거나 손상된 경우, 수분에 노출된 은 도금 구리 부품에서 산화 구리(I)가 형성될 수 있다. 이러한 종류의 부식을 적색 부식이라고 한다.
2. 1. 구리 금속의 산화
구리 금속의 산화를 통해 산화 구리(I)를 생성할 수 있다.[5]물과 산과 같은 첨가제는 반응 속도뿐만 아니라 산화 구리(II)로의 추가 산화에도 영향을 미친다. 이산화 황으로 구리(II) 용액을 환원시켜 상업적으로 생산되기도 한다.
아세트산 구리(II)를 히드라진으로 환원시켜 제조할 수도 있다.[3]
수용액 염화 제일 구리 용액은 염기와 반응하여 동일한 물질을 생성한다. 모든 경우에, 산화 제일 구리의 색상은 절차적 세부 사항에 매우 민감하다. Cu2O는 습한 공기 중에서 산화 구리(II)로 분해된다.
산화 구리(I)의 형성은 환원성 당에 대한 펠링 시약 및 베네딕트 시약의 기초가 된다. 이러한 당류는 구리(II)염의 알칼리성 용액을 환원시켜 Cu2O의 밝은 적색 침전물을 생성한다.
은 층이 다공성이거나 손상된 경우 수분에 노출된 은 도금 구리 부품에서 형성된다. 이러한 종류의 부식은 적색 부식으로 알려져 있다.
2. 2. 구리(II) 용액의 환원
이산화 황으로 구리(II) 용액을 환원시켜 상업적으로 산화 구리(I)를 생산한다.아세트산 구리(II)를 히드라진으로 환원시켜 제조할 수도 있다.[3]
수용액 염화 제일 구리 용액은 염기와 반응하여 산화 구리(I)를 생성한다. 모든 경우에, 산화 제일 구리의 색상은 제조 과정에 따라 달라진다.
산화 구리(I)의 형성은 환원당에 대한 펠링 시약 및 베네딕트 시약의 기초가 된다. 이러한 당류는 구리(II)염의 알칼리성 용액을 환원시켜 Cu2O의 밝은 적색 침전물을 생성한다.
2. 3. 아세트산 구리(II)의 환원
아세트산 구리(II)를 히드라진으로 환원시켜 산화 구리(I)를 제조할 수 있다.[3]2. 4. 염화 구리(I) 용액의 반응
수용액 염화 제일 구리 용액은 염기와 반응하여 산화 구리(I)를 생성한다. 이때 산화 구리(I)의 색상은 절차적 세부 사항에 매우 민감하다.[5] Cu2O는 습한 공기 중에서 산화 구리(II)로 분해된다.3. 성질
산화 구리(I)는 진한 암모니아 용액에 용해되어 무색의 착물 [Cu(NH3)2]+을 형성하며, 이는 공기 중에서 쉽게 푸른색 [Cu(NH3)4(H2O)2]2+으로 산화환원된다. 산화 구리(I)는 염산 (염화물 착물 생성), 황산 (황산 구리(II) 생성), 질산 (질산 구리(II) 생성) 등 산에 의해 공격받는다.[4]
3. 1. 물리적 성질
다른 구리(I) 화합물과 마찬가지로 산화 구리(I)는 반자성을 띤다. 이는 쉽게 수산화 구리(I)로 수화되지 않는다.산화 구리(I)는 진한 암모니아 용액에 용해되어 무색의 착물 [Cu(NH3)2]+을 형성하며, 이는 공기 중에서 쉽게 푸른색 [Cu(NH3)4(H2O)2]2+으로 산화환원된다.
산화 구리(I)는 산에 의해 공격받는다. 염산은 염화물 착물을 생성한다. 황산과 질산은 각각 황산 구리(II)와 질산 구리(II)를 생성한다.[4]
3. 2. 화학적 성질
다른 구리(I) 화합물과 마찬가지로 산화 구리(I)는 반자성을 띤다. 산화 구리(I)는 쉽게 수산화 구리(I)로 수화되지 않는다.산화 구리(I)는 진한 암모니아 용액에 용해되어 무색의 착물 [Cu(NH3)2]+을 형성하며, 이는 공기 중에서 쉽게 푸른색 [Cu(NH3)4(H2O)2]2+으로 산화환원된다.
산화 구리(I)는 산에 의해 공격받는다. 염산은 염화물 착물 [CuCl2]-을 생성한다. 황산과 질산은 각각 황산 구리(II)와 질산 구리(II)를 생성한다.[4]
4. 구조
구리 중심은 2배위이고 산소 원자는 사면체이다. 따라서 구조는 어느 정도는 주요한 SiO2의 다형체와 유사하지만, 산화 제일 구리의 격자는 서로 관통한다. Cu2O는 격자 상수 ''a''l = 4.2696Å인 입방 구조로 결정화된다. 구리 원자는 면심 입방 부분 격자로 배열되고, 산소 원자는 체심 입방 부분 격자로 배열된다. 하나의 부분 격자는 체대각선의 4분의 1만큼 이동한다. 공간군은 Pn3m이며, 완전한 팔면체 대칭을 가진 점군을 포함한다.
5. 응용
산화 구리(I)는 베네딕트 반응에서 양성 반응을 일으켜 분홍색을 띠게 한다.
5. 1. 방오 페인트
방오 페인트의 구성 요소로 사용된다.[5]5. 2. 안료 및 살균제
산화 구리(I)는 방오 페인트의 구성 요소로 사용된다.[5]산화 구리(I)는 또한 일반적으로 안료 및 살균제로 사용된다.
5. 3. 반도체 및 관련 응용
정류 다이오드는 이 물질을 기반으로 하며, 실리콘이 표준이 되기 오래 전인 1924년 이른 시기부터 산업적으로 사용되었다.[6]반도체 물리학의 역사에서 Cu₂O는 가장 많이 연구된 물질 중 하나이다. 이 물질에서 많은 반도체 응용 분야가 처음으로 시연되었다.
Cu₂O의 최저 엑시톤은 수명이 매우 길다. 네브 선폭을 가진 흡수 선형이 시연되었으며, 이는 관찰된 가장 좁은 벌크 엑시톤 공명이다.[9] 관련된 사중극 폴라리톤은 낮은 군 속도를 가지며 음속에 접근한다. 따라서 빛은 이 매질에서 소리와 거의 비슷한 속도로 이동하며, 이는 높은 폴라리톤 밀도를 초래한다.
바닥 상태 엑시톤의 또 다른 특이한 특징은 모든 주요 산란 메커니즘이 정량적으로 알려져 있다는 것이다.[10] Cu₂O는 온도에 의한 흡수 선폭 확장의 완전히 무매개변수 모델을 확립하여 해당 흡수 계수를 추론할 수 있는 최초의 물질이었다. Cu₂O를 사용하여 크라머스-크로니히 관계가 폴라리톤에 적용되지 않는다는 것을 보여줄 수 있다.[11]
2021년 12월, 도시바는 투명한 산화제일구리(Cu₂O) 박막 태양 전지를 공개했다. 이 전지는 8.4%의 에너지 변환 효율을 달성했는데, 이는 2021년 현재 이 유형의 전지에서 보고된 가장 높은 효율이다. 이 전지는 고고도 플랫폼 스테이션 응용 분야 및 전기 자동차에 사용될 수 있다.[12]
6. 당 검출 시약과의 관계
산화 구리(I)는 펠링 시약 및 베네딕트 시약에서 환원당을 검출하는 데 사용된다. 이 시약들은 구리(II)염의 알칼리성 용액을 환원시켜 붉은색 Cu2O 침전물을 생성한다.[5]
베네딕트 시약은 요소나 아미노산 등 당 이외의 물질에는 반응하지 않고, 장기간 보존할 수 있어 펠링 시약보다 뛰어나다.
7. 유사 화합물
참조
[1]
PGCH
[2]
서적
Chemistry of the Elements
Butterworth-Heinemann
[3]
서적
Handbook of Preparative Inorganic Chemistry, 2nd Ed.
Academic Press
[4]
서적
Complexes and First-Row Transition Elements
Macmillan Press
[5]
서적
Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry
2016
[6]
특허
Unidirectional current carrying device
[7]
학술지
LA Phonoritons in Cu2O
1999-11-22
[8]
서적
Wave Propagation and Group Velocity
Academic Press
[9]
학술지
Ultranarrow Optical Absorption and Two-Phonon Excitation Spectroscopy of Cu2O Paraexcitons in a High Magnetic Field
American Physical Society (APS)
2007-11-19
[10]
학술지
Excitonic Matter
[11]
학술지
Theory of the Contribution of Excitons to the Complex Dielectric Constant of Crystals
[12]
뉴스
Toshiba claims 8.4% efficiency for transparent cuprous oxide solar cell
https://pv-magazine-[...]
2021-12-22
[13]
웹사이트
Paramelaconite
https://www.mindat.o[...]
[14]
웹사이트
List of Minerals
https://www.ima-mine[...]
2011-03-21
[15]
학술발표
船にフジツボをつけない技術
https://hdl.handle.n[...]
[16]
웹사이트
船底塗料の種類
http://www.nippe-mar[...]
[17]
PDF
https://www.nwmissou[...]
[18]
PGCH
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