कोवेलाइट

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Covellite
Covellite-252597.jpg
सामान्य
श्रेणीSulfide mineral
Formula
(repeating unit)		copper sulfide:CuS
आईएमए प्रतीकCv[1]
स्ट्रुन्ज़ वर्गीकरण2.CA.05a
दाना वर्गीकरण02.08.12.01
क्रिस्टल सिस्टमHexagonal
क्रिस्टल क्लासDihexagonal dipyramidal (6/mmm)
H–M Symbol (6/m 2/m 2/m)
अंतरिक्ष समूहP63/mmc
यूनिट सेलa = 3.7938 Å, c = 16.341 Å; Z = 6
Identification
ColorIndigo-blue or darker, commonly highly iridescent, brass-yellow to deep red
क्रिस्टल की आदतThin platy hexagonal crystals and rosettes also massive to granular.
क्लीवेजPerfect on {0001}
दृढ़ताFlexible
Mohs scale hardness1.5 - 2
LusterSubmetallic, inclining to resinous to dull
स्ट्रीकLead gray
डायफेनिटीOpaque
विशिष्ट गुरुत्व4.6 - 4.8
ऑप्टिकल गुणUniaxial (+)
अपवर्तक सूचकांकnω = 1.450 nε = 2.620
प्लोक्रोइज्मMarked, deep blue to pale blue
भव्यता2.5
अन्य विशेषताएँMicaceous cleavage
संदर्भ[2][3][4]
हॉर्न सिल्वर माइन, सैन फ्रांसिस्को माइनिंग डिस्ट्रिक्ट, यूटा से कोवेलाइट (ग्रे) च्लोकोपीराइट (लाइट) की जगह ले रहा है और पॉलिश कर रहा है। 210 व्यास तक बढ़ाया गया।

कोवेलाइट (इसे कोवेलिन के रूप में भी जाना जाता है) जिसका रासायनिक सूत्र CuS के साथ एक दुर्लभ कॉपर सल्फाइड खनिज है।[4] यह इंडिगो ब्लू खनिज समान्य रूप से सीमित मात्रा में एक द्वितीयक खनिज है और चूँकि यह तांबे का एक महत्वपूर्ण अयस्क नहीं है, यह खनिज संग्राहकों के लिए अच्छी तरह से जाना जाता है।[4]

खनिज समान्य रूप से कॉपर सल्फाइड जमाव के द्वितीयक संवर्धन (सुपरजीन (भूविज्ञान)) के क्षेत्रों में पाया जाता है। जो कि समान्य रूप से च्लोकोसाइट, च्लोकोपीराइट, बोर्नाइट, एनरगाइट , पाइराइट और अन्य सल्फाइड पर कोटिंग के रूप में पाया जाता है, यह अधिकांशत: अन्य खनिजों के स्यूडोमोर्फिक प्रतिस्थापन के रूप में होता है।[5] जिसका पहला रिकॉर्ड माउंट वेसुवियस से है, जिसका औपचारिक नाम 1832 में एन. कोवेली के नाम पर रखा गया था।[4]


रचना

कोवेलाइट बाइनरी कॉपर सल्फाइड समूह से संबंधित है, जिसका सूत्र CuxSy है और इसमें तांबे/सल्फर का अनुपात 1:2 से 2:1 (Cu/S) तक व्यापक हो सकता है। चूँकि , यह श्रृंखला किसी भी तरह से निरंतर नहीं है और कोवेलाइट CuS की एकरूपता सीमा संकीर्ण है। जिसका सल्फर CuSx से सम्पूर्ण पदार्थ जहां x~ 1.1-1.2 उपस्थित हैं, किन्तु वे अधिसंरचना (संघनित पदार्थ) का प्रदर्शन करते हैं, जो विभिन्न आसन्न इकाई कोशिकाओं में फैली संरचना के हेक्सागोनल ग्राउंड प्लेन का एक मॉड्यूलेशन है।[6] यह निरुपित करता है कि कोवेलाइट के विभिन्न विशेष गुण इस स्तर पर आणविक संरचना का परिणाम हैं।

जैसा कि कॉपर मोनोसल्फाइड के लिए वर्णित है, कि कोवेलाइट बनाने वाले परमाणुओं को औपचारिक ऑक्सीकरण अवस्था का असाइनमेंट भ्रामक है।[7] जिसका सूत्र विवरण Cu2+, S2−का सुझाव देता प्रतीत हो सकता है जो कि वास्तव में परमाणु संरचना से पता चलता है कि तांबा और सल्फर प्रत्येक दो अलग-अलग ज्यामिति अपनाते हैं। चूँकि फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी, चुंबकत्व और विद्युत गुण सभी Cu2+ (d9) की अनुपस्थिति का संकेत देते हैं जो कि आयन.[7] ऑक्साइड CuO के विपरीत, पदार्थ एक चुंबकीय अर्धचालक नहीं है किन्तु दुर्बल पॉली परमागनेटिस्म के साथ एक धातु चालक है|जो पाउली-पैरामैग्नेटिज्म को [8] इस प्रकार, खनिज को Cu2+ और S2−. के अतिरिक्त Cu+ और S− से युक्त बताया जाना उत्तम है। S22− बनाने के लिए S− के गैर-बंद आवरण वाले पाइराइट की तुलना में, इसमें केवल 2/3 सल्फर परमाणु उपस्थित हैं।[7] जो कि अन्य 1/3 अयुग्मित रहता है और Cu परमाणुओं के साथ मिलकर हेक्सागोनल परतें बनाता है जो बोरॉन नाइट्राइड (ग्रेफाइट संरचना) की याद दिलाती हैं।[7] इस प्रकार, एक विवरण Cu+3S−S22− धात्विक चालकता के लिए अग्रणी संयोजी बंध में एक डेलोकलाइज्ड छेद के साथ उपयुक्त प्रतीत होगा। चूँकि इसके पश्चात् की बैंड संरचना गणना से संकेत मिलता है कि छेद अयुग्मित सल्फर की तुलना में सल्फर जोड़े पर अधिक स्थानीयकृत है। इसका अर्थ यह है कि Cu+3S2−S2− मिश्रित सल्फर ऑक्सीकरण अवस्था -2 और -1/2 के साथ अधिक उपयुक्त है। Cu+3S2−S2− के विस्तारित सूत्र के अतिरिक्त 1976 और 1993 के शोधकर्ताओं से, अन्य लोग विविधताएं लेकर आए हैं, जैसे Cu+4Cu2+2(S2)2S2.[9][10]

संरचना

कॉपर सल्फाइड के लिए, कोवेलाइट में एक सम्मिश्र लैमेलर संरचना होती है, जिसमें CuS और Cu2S2 की वैकल्पिक परतें होती हैं जो कि क्रमशः त्रिकोणीय तलीय (असामान्य) और चतुष्फलकीय समन्वय के तांबे के परमाणुओं के साथ है ।[10] जिसकी परतें एस-एस बांड (वान डेर वाल्स बलों पर आधारित) द्वारा जुड़ी हुई हैं जिन्हें S2 के नाम से जाना जाता है डिमर.[10] Cu2S2 परतों में सी-अक्ष (परतों के लंबवत) के साथ केवल एक एल/3 बंधन होता है, इस प्रकार एक पूर्ण दरार बनाने के लिए उस दिशा में केवल एक बंधन होता है {0001}।[7]आंशिक रूप से भरे हुए 3पी ऑर्बिटल्स के कारण परतों में चालकता अधिक होती है, जिससे इलेक्ट्रॉन गतिशीलता में सुविधा होती है।[10]


गठन

कोवेलाइट का एक सूक्ष्म चित्र

स्वाभाविक रूप से घटित

कोवेलाइट समान्य रूप से जमाव में द्वितीयक तांबा खनिज के रूप में पाया जाता है। कोवेलाइट सतही निक्षेपों में अपक्षय वातावरण में बनने के लिए जाना जाता है जहां तांबा प्राथमिक सल्फाइड है।[11] एक प्राथमिक खनिज के रूप में, कोवेलाइट का निर्माण जलतापीय स्थितियों तक ही सीमित है, इस प्रकार तांबे के अयस्क जमा या ज्वालामुखीय उप-जलवायु के रूप में संभवत: ही कभी पाया जाता है।[8]


सिंथेटिक

कोवेलाइट की अनूठी क्रिस्टल संरचना इसकी सम्मिश्र ऑक्सीडेटिव गठन स्थितियों से संबंधित है, जैसा कि कोवेलाइट को संश्लेषित करने का प्रयास करते समय देखा गया था।[12][13] इसका गठन संबंधित सल्फाइड की स्थिति और इतिहास पर भी निर्भर करता है जिससे इसे प्राप्त किया गया था। प्रायोगिक साक्ष्य अमोनियम मेटावनाडेट (NH4VO3) दिखाते हैं अन्य कॉपर सल्फाइड से कोवेलाइट के ठोस अवस्था परिवर्तन के लिए संभावित रूप से महत्वपूर्ण उत्प्रेरक होना।[13] जिसका शोधकर्ताओं ने पता लगाया कि विभिन्न तापमानों पर सल्फेट को कम करने वाले बैक्टीरिया द्वारा हाइपोक्सिया (पर्यावरणीय) स्थितियों के अनुसार प्रयोगशाला में कोवेलाइट का भी उत्पादन किया जा सकता है।[14] चूँकि आगे का शोध शेष है, क्योंकि यद्यपि कोवेलाइट की प्रचुरता अधिक हो सकती है, इसके क्रिस्टल आकार की वृद्धि वास्तव में बैक्टीरिया की भौतिक बाधाओं से बाधित होती है।[14] यह प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शित किया गया है कि अमोनियम वैनाडेट्स की उपस्थिति अन्य कॉपर सल्फाइड के कोवेलाइट क्रिस्टल में ठोस अवस्था परिवर्तन में महत्वपूर्ण है।[12]


घटना

काले वन , जर्मनी से कोवेलाइट

मध्य यूरोप, चीन, ऑस्ट्रेलिया, पश्चिमी संयुक्त राज्य अमेरिका और अर्जेंटीना में बड़ी संख्या में क्षेत्रो के साथ, कोवेलाइट की घटना विश्व भर में व्यापक है।[4] जो कि विभिन्न ओरोजेनिक बेल्ट के समीप पाए जाते हैं, जहां भौगोलिक वर्षा अधिकांशत: मौसम में भूमिका निभाती है। प्राथमिक खनिज निर्माण का एक उदाहरण सिल्वर बो काउंटी, मोंटाना में 1,150 मीटर की गहराई पर हाइड्रोथर्मल नसों में पाया जाता है।[4] एक द्वितीयक खनिज के रूप में, कोवेलाइट सुपरजीन (भूविज्ञान) संवर्धन क्षेत्र में अवरोही सतह के पानी के रूप में भी बनता है और उसी क्षेत्र में हाइपोजीन सल्फाइड (पाइराइट और च्लोकोपाइराइट) पर कोवेलाइट को ऑक्सीकरण और पुन: जमा करता है।[4] न्यू मैक्सिको के लाल बेड्स में कार्बनिक पदार्थ की जगह कोवेलाइट की एक असामान्य घटना पाई गई थी।[15]

जो खनिज के खोजकर्ता निकोला कोवेली (1790-1829), वनस्पति विज्ञान और रसायन विज्ञान के प्रोफेसर थे, चूँकि भूविज्ञान और ज्वालामुखी विज्ञान, विशेष रूप से माउंट वेसुवियस के विस्फोटों में रुचि रखते थे।[4] इसके लावा के उनके अध्ययन से कोवेलाइट सहित विभिन्न अज्ञात खनिजों की खोज हुई।[4]


अनुप्रयोग

अतिचालक

कोवेलाइट प्राकृतिक रूप से पाया जाने वाला पहला अतिचालक था।[16] जो CuS3 /CuS2 की रूपरेखा इलेक्ट्रॉन की अधिकता की अनुमति दें जो असाधारण रूप से कम तापीय हानि के साथ विशेष अवस्थाओं के समय अतिचालकता की सुविधा प्रदान करता है। पदार्थ विज्ञान अब कोवेलाइट के विभिन्न अनुकूल गुणों से अवगत है और विभिन्न शोधकर्ता कोवेलाइट को संश्लेषित करने पर आशय हैं।[17][18] कोवेलाइट CuS अतिचालकता अनुसंधान का उपयोग लिथियम बैटरी के कैथोड, अमोनियम गैस सेंसर और मेटल चॉकोजेनाइड पतली फिल्मों के साथ सौर विद्युत में देखा जा सकता है।[19][20][21]


लिथियम आयन बैटरी

लिथियम बैटरी के लिए वैकल्पिक कैथोड पदार्थ में अनुसंधान अधिकांशत: स्टोइकोमेट्री और कॉपर सल्फाइड की टेट्राहेड्रोन पैकिंग स्तरित संरचना में सम्मिश्र विविधताओं की जांच करता है।[22] जो कि लाभ में सीमित विषाक्तता और कम निवेश सम्मिलित हैं।[23] कोवेलाइट की उच्च विद्युत चालकता (10−3 एस सेमी−1) और एक उच्च सैद्धांतिक क्षमता कारक (560 एमएएच जी−1) फ्लैट डिस्चार्ज वक्र के साथ जब चक्र बनाम Li+/Li को क्षमता के लिए महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए निर्धारित किया गया है।[23] जिसमे निर्माण के विधियों की विविधता भी कम निवेश का एक कारक है। चूँकि चक्र स्थिरता और रासायनिक गतिकी के उद्देश्यों इसके अनुसंधान में भविष्य के विकास तक मुख्यधारा की लिथियम बैटरियों में कोवेलाइट के उपयोग की प्रगति को सीमित कर रहे हैं।[23]


नैनोसंरचना

कोवेलाइट की इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और मुक्त छिद्र घनत्व विशेषताएँ इसे नैनोस्ट्रक्चर और नैनोक्रिस्टल के लिए एक आकर्षक विकल्प बनाती हैं क्योंकि वे संरचनाओं को आकार में भिन्न होने की क्षमता प्रदान करते हैं।[24][25] चूँकि यह क्षमता सभी कॉपर सल्फाइड की प्लेट जैसी संरचना द्वारा सीमित हो सकती है।[24] इसकी एनिसोट्रॉपिक विद्युत चालकता प्रयोगात्मक रूप से परतों के अंदर अधिक सिद्ध हुई है (अथार्थ सी-अक्ष के लंबवत)।[24] शोधकर्ताओं ने दिखाया है कि लगभग कोवेलाइट नैनोप्लेटलेट्स। दो एनएम मोटी, एक ईकाई कोशिका और दो तांबे परमाणु परतों के साथ, और लगभग 100 एनएम व्यास ऑक्सीजन कटौती प्रतिक्रियाओं (ओआरआर) में विद्युत उत्प्रेरक के लिए आदर्श आयाम हैं।[24] जो बेसल तल अधिमान्य ऑक्सीजन अवशोषण का अनुभव करते हैं और बड़ा सतह क्षेत्र इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण की सुविधा प्रदान करता है।[24] इसके विपरीत, परिवेशीय स्थितियों के साथ, चार एनएम चौड़ाई और 30 एनएम से अधिक व्यास वाले नैनोप्लेटलेट्स को प्रयोगात्मक रूप से कम निवेश और ऊर्जा के साथ संश्लेषित किया गया है।[25] इसके विपरीत, कोवेलाइट नैनोकणों में देखी गई स्थानीयकृत सतह प्लास्मोन प्रतिध्वनि को वर्तमान में नैनोक्रिस्टल के लिए स्टोइकोमेट्री-निर्भर ऊर्जा अंतराल कुंजी से जोड़ा गया है।[26][27] इस प्रकार, कोवेलाइट CuS के साथ नैनोस्ट्रक्चर के उपयोग से भविष्य के रासायनिक संवेदी उपकरणों, इलेक्ट्रॉनिक्स और अन्य उपकरणों की खोज की जा रही है।[24][26]


यह भी देखें

संदर्भ

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