Ковелит

Ковелитот (исто така познат како ковелин) — редок минерал од бакар сулфид со формула CuS. Овој индиго син минерал е најчесто секундарен минерал во ограничена количина и иако не е важна руда на бакарот сам по себе, тој е добро познат на собирачите на минерали.
Минералот генерално се наоѓа во региони на секундарно збогатување (суперген) на наслаги од бакарен сулфид. Најчесто се наоѓа како облоги на халкоцит, халкопирит, борнит, енаргит, пирит и други сулфиди, а често се јавува како псевдоморфна замена на други минерали. Првите записи се од планината Везув, формално именувана во 1832 година според Никола Ковели.
1 Композиција
Ковелитот припаѓа на бинарната група на бакарни сулфиди, која има формула и може да има широк опсег на однос бакар/сулфур, од 1:2 до 2:1 (Cu/S). Сепак, оваа серија во никој случај не е постојана и опсегот на хомогеност на ковелитниот CuS е тесен. Материјали богати со сулфур каде x~ 1,1-1,2 постојат, но тие покажуваат „ надградби“, модулација на шестоаголната основна рамнина на структурата која опфаќа голем број соседни единични ќелии. Ова покажува дека неколку од посебните својства на ковелитот се резултат на молекуларната структура на ова ниво.
Како што е опишано за бакар моносулфид, доделувањето на формални оксидациски состојби на атомите што го сочинуваат ковелитот е измамничко. Формулата може да изгледа како да сугерира опис , . Всушност, атомската структура покажува дека бакарот и сулфурот имаат по две различни геометрии. Сепак, фотоелектронската спектроскопија, магнетните и електричните својства укажуваат на отсуство на (d<sup>9</sup>) јони. За разлика од оксидот CuO, материјалот не е магнетен полупроводник, туку метален спроводник со слаб паулов парамагнетизам.Така, минералот е подобро опишан како составен од и наместо и . Во споредба со пирит со незатворена обвивка од спарување за да се формира , се задржуваат само 2/3 од атомите на сулфур. Другата 1/3 останува неспарена и заедно со атомите на Cu формира хексагонални слоеви што потсетуваат на бор нитридот (графитна структура). Така, опис би изгледало соодветно со делокализирана дупка во валентната лента што води до метална спроводливост. Подоцнежните пресметки на структурата на лентата покажуваат дека дупката е повеќе локализирана на сулфурните парови отколку на неспарениот сулфур. Ова значи дека со мешана оксидациска состојба на сулфур −2 и −1/2 е посоодветно. Други излегле со варијации, како што се .
2 Структура
За бакар сулфид, ковелитот има комплицирана слоевита структура, со наизменични слоеви на CuS и со атоми на бакар со тригонална рамнинска (невообичаена) и тетраедарска координација, соодветно. Слоевите се поврзани со SS врски (врз основа на силите на Ван дер Валс) познати како димери.Спроводливоста е поголема низ слоевите поради делумно исполнетите 3p орбитали, што ја олеснува мобилноста на електроните.
3 Формирање
3.1 Природно
Ковелитот најчесто се наоѓа како вторичен бакарен минерал во наоѓалиштата. Познато е дека ковелитот се формира во атмосферски средини во површински наоѓалишта каде што бакарот е основен сулфид. Како основен минерал, формирањето на ковелит е ограничено на хидротермални услови, па затоа ретко се наоѓа како таков во наоѓалишта на бакарна руда или како вулкански сублимат.
3.2 Синтетички
Уникатната кристална структура на ковелитот е поврзана со неговите сложени услови на оксидативно формирање, како што се гледа при обид за синтеза на ковелит. Неговото формирање зависи и од состојбата и историјата на придружните сулфиди од кои е добиен. Експерименталните докази покажуваат амониум метаванадат кој е потенцијално важен катализатор за претварање на ковелитот во цврста состојба од други бакарни сулфиди. Истражувачите откриле дека ковелитот може да се произведе и во лабораторија под анаеробни услови од бактерии кои ги намалуваат сулфатите на различни температури. Сепак, остануваат понатамошни истражувања, бидејќи иако изобилството на ковелит може да биде големо, растот на големината на неговиот кристал всушност е инхибиран од физичките ограничувања на бактериите. Експериментално е докажано дека присуството на амониум ванадати е важно во преобразбата во цврста состојба на други бакарни сулфиди во кристали на ковелит.
4 Појава
Појавата на ковелит е широко распространета низ целиот свет, со значителен број на локалитети во Средна Европа, Кина, Австралија, Западни Соединети Американски Држави и Аргентина. Многу од нив се наоѓаат во близина на орогени појаси, каде што орографските врнежи често играат улога во атмосферските влијанија. Пример за формирање на примарни минерали е во хидротермалните вени на длабочина од 1,150 метри пронајден во округот Силвер Боу, Монтана. Како секундарен минерал, ковелитот се формира и кога површинската вода што се спушта во зоната на супергенско збогатување оксидира и повторно го таложи ковелитот на хипогени сулфиди (пирит и халкопирит) на истата местоположба. Невообичаена појава на ковелит е пронајдена како замена за органски остатоци во црвените слоеви на Ново Мексико.
Никола Ковели (1790-1829), откривачот на минералот, бил професор по ботаника и хемија, иако бил заинтересиран за геологија и вулканологија, особено ерупциите на вулканот Везув. Неговите испиутувања за неговата лава довеле до откривање на неколку непознати минерали, вклучувајќи го и ковелитот.
5 Употреба
5.1 Суперпроводници
Ковелитот е суперпроводник со критична температура од 1,6°C. К. Рамката на / овозможува вишок на електрони што го олеснува суперспроводливоста за време на одредени состојби, со исклучително ниска топлинска загуба. Материјалната наука денес е свесна за неколку поволни својства на ковелитот и неколку истражувачи се решени да го синтетизираат ковелитот.Употребата на ковелитот CuS може да се видат во катоди на литиумски батерии, сензори за амонијак и сончеви електрични уреди со тенки филмови од метален халкогенид.
5.2 Литиум-јонски батерии
Истражувањата за алтернативен катоден материјал за литиумски батерии често ги испитуваат сложените варијации во стехиометријата и тетраедарската слоевита структура на бакарните сулфиди. Предностите вклучуваат ограничена отровност и ниски трошоци. Високата електрична спроводливост на ковелитот и висок теоретски капацитет со рамни криви на празнење кога се циклираат во споредба со Li+/Li, се покажало дека играат клучна улога во капацитетот. Разновидноста на методите на формирање е исто така фактор на ниските трошоци. Сепак, проблемите со стабилноста на циклусот и кинетиката го ограничуваат напредокот на користењето на ковелит во главните литиумски батерии сè додека не се случи напредок во истражувањата.
5.3 Наноструктури
Карактеристиките на мобилноста на електроните и густината на слободните дупки на ковелитот го прават привлечен избор за наноплочи и нанокристали бидејќи им даваат на структурите можност да варираат во големина. Сепак, оваа способност може да биде ограничена од структурата слична на плоча која ја имаат сите бакарни сулфиди. Експериментално е докажано дека неговата анизотропна електрична спроводливост е поголема во рамките на слоевите (т.е. нормално на c-оската). Истражувачите покажале дека ковелитни наноплочи од приближно дебелина, со една единечна ќелија и два слоеви на бакарни атоми, и пречник околу нанометри се идеални димензии за електрокатализатори во реакциите на редукција на кислород (ORR). Базалните рамнини доживуваат преференцијална адсорпција на кислород, а поголемата површина го олеснува преносот на електрони. Спротивно на тоа, во амбиентални услови, наноплочестите плочи со димензии од нанометри и поголема од нанометри во пречник се експериментално синтетизирани со помалку трошоци и енергија. Локализираните површински плазмонски резонанци забележани во ковелитни наночестички неодамна се поврзани со стехиометриски зависен клуч на енергетскиот јаз за нанокристали. Така, се истражуваат идни уреди за хемиско мерење, електроника и други инструменти кои користат наноструктури од ковелитен CuS.