Kupfer(II)-sulfid

Kupfer(II)-sulfid ist eine chemische Verbindung des Kupfers und Schwefels. Es ist ein schwarzer, spröder Feststoff mit der Verhältnisformel CuS. Trotz dieser Verhältnisformel liegen in der Verbindung nicht nur Cu²⁺-Ionen vor, sondern sie besteht aus einer Mischung von Cu⁺- und Cu²⁺-Ionen sowie Sulfidionen und Disulfidionen. Das genaue Verhältnis ist Cu₂^ICu^II(S₂)S.

Vorkommen

In der Natur kommt Kupfer(II)-sulfid als das Mineral Covellin vor.

Gewinnung und Darstellung

Kupfer(II)-sulfid wird (im Labor) durch Fällung aus wässriger Lösung dargestellt, beispielsweise durch Einleiten von Schwefelwasserstoff.

$\mathrm{C}{u}_{\mathrm{(}\mathrm{a}\mathrm{q}\mathrm{)}}^{\mathrm{2}\mathrm{+}}\mathrm{+}{\mathrm{S}}^{\mathrm{2}\mathrm{-}}\mathrm{⟶}\mathrm{C}\mathrm{u}{\mathrm{S}}_{\mathrm{(}\mathrm{s}\mathrm{)}}\mathrm{\downarrow }$

Beim so hergestellten Kupfersulfid handelt es sich um Covellin.

Hochreines Kupfer(II)-sulfid erhält man durch Reaktion einer Kupfer(I)-sulfid/Schwefel-Mischung bei Raumtemperatur.

$\mathrm{2}\mathrm{C}{\mathrm{u}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{S}\mathrm{⟶}\mathrm{4}\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}$

Eigenschaften

Kupfer(II)-sulfid

Kupfer(II)-sulfid ist ein schwarzer, wasserunlöslicher Feststoff, der in der Natur als sulfidisches Kupfererz vorkommt. Er ist elektrisch leitfähig.

In feuchter Luft wird das Erz Kupfer(II)-sulfid zu Kupfersulfat oxidiert. In trockener Luft bei Raumtemperatur ist die Verbindung stabil. Wird Kupfer(II)-sulfid unter Luftausschluss erhitzt, zerfällt es bei 507 °C zu Kupfer(I)-sulfid und Schwefel. Das entstandene Kupfersulfid ist aber nicht stöchiometrisch aufgebaut und lässt sich durch die Form Cu_2-xS besser beschreiben.

$\mathrm{2}\mathrm{C}\mathrm{u}\mathrm{S}\mathrm{⟶}\mathrm{C}{\mathrm{u}}_{\mathrm{2}}\mathrm{S}\mathrm{+}\mathrm{S}$

Das Rösten des Erzes an Luft führt hingegen zu Kupfer(II)-oxid und Schwefeldioxid.

Physikalische Eigenschaften

Kupfer(II)-sulfid hat eine hexagonale Kristallstruktur mit der Vorlage:Raumgruppe (a = 3,794 Å, c = 16,33 Å) und eine Bildungsenthalpie von −48,5 kJ/mol. Die Elementarzelle besteht aus 6 Formeleinheiten. 4 Cu⁺-Kationen sind tetraedrisch von S²⁻-Anionen umgeben, die 2 übrigen Cu²⁺-Kationen sind trigonal planar von S₂²⁻-Hanteln umgeben. 4 der 6 Schwefelatome bilden Hanteln mit einem Abstand von 207,1 pm, woraus auf S₂²⁻-Anionen geschlossen werden kann. Die übrigen zwei S²⁻-Anionen umgeben die trigonal planar koordinierten Kupferzentren, während sie selbst von 5 Kupferatomen in Form einer trigonalen Bipyramide koordiniert werden. Die Disulfidanionen werden tetraedrisch von Kupfer umgeben. Aus diesen Erkenntnissen ergibt sich korrekte Summenformel Cu₂^ICu^II(S₂)S und die Bezeichnung Kupfer(I,II)-sulfid.

Stäbchenmodell von Covellin	trigonal planare Koordination des Kupfers	tetraedrische Koordination des Kupfers	trigonal bipyramidale Koordination des Schwefels	tetraedrische Koordination der Disulfideinheit

Bei etwa 100 °C kommt es zum Phasenübergang zum monoklinen Kristallsystem.

Chemische Eigenschaften

Kupfer(II)-sulfid ist löslich nur in konzentrierten, oxidierenden Säuren. In verdünnten Säuren ist es unlöslich. Im Kationentrenngang wird es daher schon bei pH 4–5 in der Schwefelwasserstoffgruppe ausgefällt, in Salpetersäure gelöst und mit Ammoniakwasser als Kupfertetramminkomplex nachgewiesen (Nachweise für Kationen, Nachweisreaktion).

Verwendung

Kupfer(II)-sulfid wird für fäulnishemmende Anstriche verwendet.

In den 1970er und 1980er Jahren wurde Kupfer(II)-sulfid als eher seltenes Kathodenmaterial in Lithium-Batterien verwendet. Die Firma Duracell stellte Flachzellen für Herzschrittmacher mit CuS her.