氧化亚铜

氧化亚铜是化学式为Cu₂O的无机化合物。它是铜的主要氧化物之一，另一种是氧化铜(CuO)。这种红色固体是一些抗附着漆的成分。根据颗粒的大小，该化合物可能呈现黄色或红色。^[3]氧化亚铜被发现为带红色的矿物赤铜矿。

氧化亚铜
IUPAC名 Copper(I) oxide
别名	氧化铜(I) 赤铜矿 红色氧化铜
识别
CAS号	1317-39-1  Y
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
性质
化学式	Cu2O
摩尔质量	143.09 g·mol⁻¹
外观	棕红色固体
密度	6.0 g/cm3
熔点	1232 °C（1505 K）
沸点	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	3004800000000000000♠−20×10−6 cm3/mol
结构
晶体结构	立方
空间群	Pn3m,
晶格常数	a = 4.2696
热力学
ΔfHm⦵298K	−170 kJ·mol−1
S⦵298K	93 J·mol−1·K−1
危险性
GHS危险性符号
GHS提示词	危险
H-术语	H302, H318, H332, H400, H410
P-术语	P273, P305+351+338[1]
NFPA 704	0 2 1
允许暴露限值	TWA 1 mg/m3 (作为Cu)[2]
相关物质
其他阴离子	硫化亚铜 硫化铜 硒化亚铜
其他阳离子	氧化铜 氧化银 氧化镍 氧化锌
若非注明，所有数据均出自标准状态（25 ℃，100 kPa）下。

制备

氧化亚铜可以通过多种方法生产。^[4]最直接的是通过铜金属的氧化产生：

4 Cu + O₂ = 2 Cu₂O

水和酸等添加剂会影响该过程的速度以及进一步氧化为氧化铜。它还通过用二氧化硫还原铜(II)溶液进行商业生产。

氯化亚铜水溶液与碱反应，会得到相同的物质。在所有情况下，颜色对程序的细节非常敏感。^{[来源请求]}

未络合介质中铜的电位-pH图（OH⁻以外的阴离子未考虑）。离子浓度 0.001mol/kg 水。温度 25°C。

氧化亚铜的形成是斐林测试和本氏测试还原糖的基础。这些糖还原铜(II)盐的碱性溶液，产生鲜红色的Cu₂O沉淀。

当银镀层损坏时，它会在暴露于湿气的镀银铜部件上形成。这种腐蚀被称为红疫。

性质

氧化亚铜固体是抗磁性的。就其配位范围而言，铜中心是2-配位且氧化物是四面体的。因此，该结构在某种意义上类似于SiO₂的主要同质异形体，并且两种结构都具有互穿晶格的特点。

氧化亚铜在浓氨溶液中形成无色配合物[Cu(NH₃)₂]⁺，在空气中易氧化为蓝色的[Cu(NH₃)₄(H₂O)₂]²⁺。溶于盐酸生成CuCl−
2，在稀硫酸和硝酸中分别产生硫酸铜和硝酸铜。^[5]

Cu₂O在潮湿空气中会氧化为氧化铜。

结构

Cu₂O以立方晶系结晶，晶格常数a_l = 4.2696 Å。铜原子排列在fcc亚晶格中，氧原子排列在bcc亚晶格中。一个亚晶格移动了四分之一的身体对角线。空间群为Pn3m，包含全八面体对称的点群。

半导体特性

在半导体物理学史上，Cu₂O是研究最多的材料之一，许多实验性的半导体应用首先在这种材料中得到了证明：

• 半导体
• 半导体二极管^[6]
• Phonoritons（“激子、光子和声子的相干叠加”）^[7][8]

Cu₂O中最低的激子寿命极长；吸收线型已被证明具有NeV的线宽，这是迄今为止观察到的最窄的体激子共振。^[9]相关的四极电磁极化子具有接近声速的低群速度。因此，光在这种介质中的移动速度几乎与声音一样慢，这导致了高电磁极化子密度。基态激子的另一个不同寻常的特征是，所有主要的散射机制都是定量的。^[10]Cu₂O第一个完全无参数的吸收线宽随温度变宽的模型的物质，从而可以推断出相应的衰减系数。Cu₂O可以证明克喇末-克勒尼希关系不适用于电磁极化子。^[11]

应用

氧化亚铜通常用作颜料、杀真菌剂和船舶涂料的防附着剂。早在1924年，在硅成为标准之前，基于这种材料的整流二极管就已在工业上使用。氧化亚铜也是本氏测试呈阳性的粉红色的原因。

2021年12月，东芝宣布研制出透明氧化亚铜 (Cu₂O) 薄膜太阳能电池。该电池实现了8.4%的能量转换效率，这是截至2021年任何此类电池报告的最高效率。该电池可用于高空平台站应用和电动汽车。^[12]

参见

• 氧化铜