1.2 Свойства сульфида меди

Сульфид меди является полупроводником p-типа электропроводности. Сульфид меди хорошо проводит электрический ток. При температуре ниже 1,66 К соединение обретает свойства сверхпроводника. Плотность соединения равна 4,6 г/см³. Молярная масса сульфида меди – 95,61·10³ кг/моль. Показатель преломления вещества – n = 1,45. Температура плавления – 1402,15 К (1129 ºС). Ширина запрещенной зоны – 1,3 эВ.

Получают сульфид меди прямым взаимодействием элементов или обменной реакцией солей двухвалентной меди с водорастворимыми сульфидами [3]:

Диаграмма состояния Cu-S построена по совокупности работ (рисунок 2) [4,5]. Соединение Cu₂S плавится конгруэнтно при температуре 1130 ºС и имеет область гомогенности, которая уменьшается с температурой. Соединение CuS образуется по перитектической реакции при температуре 507 ºС. В системе имеют две монотектические реакции при температурах 1104 ºС и 812 ºС. Со стороны максимум несмешиваемости в жидком состоянии имеет место при температуре 1510 ºС. Растворимость серы в меди незначительна.

Рисунок 2 – Фазовая диаграмма состояния полупроводниковой системы CuS [6]

1.3 Применение сульфида меди

Руды, содержащие сульфид меди(II) — один из видов сырья для производства меди, медного купороса. Cульфид меди(II) — компонент медного штейна при пирометаллургическом получении меди. Также используется как полупроводник, компонент полупроводниковых сплавов^.. [7] На рисунке 3 представлен кристаллический сульфид меди.

Рисунок 3 – Образец кристаллического сульфида меди [8]

2 Нахождение константы равновесия основного процесса

2.1 Расчет параметров реакции при температуре 298 к

Уравнение реакции имеет следующий вид:

Константа равновесия гетерогенного процесса в данном случае вычисляется по формуле (1):

(1)

где – парциальные равновесные давления веществ Sn и Se в степенях стехиометрических коэффициентов реакции.

Расчет параметров реакции при температуре 298 К будем проводить по формулам (2), (3), (4) и (5):

(2)

где – количество вещества i-го элемента (стехиометрический коэффициент уравнения), – энтальпия образования i-го вещества.

(3)

где – энтропия образования i-го вещества.

	(4)
	(5)

где – удельная теплоемкость i-го элемента.

Произведем расчет:

Логарифм константы равновесия рассчитаем, исходя из формулы (6):

(6)

где – универсальная газовая постоянная.

Произведем расчет:

2.2 Расчет параметров реакции при произвольно выбранных температурах

По формулам (7), (8), (9) и (10) проведем расчет параметров реакции для фиксированных произвольно выбранных температур. Результаты расчета сведем в таблицу 1. Приведем пример расчета для температуры плавления селенида олова:

	(7)
	(8)
	(9)
	(10)

Таблица 1 – Расчетные значения термодинамических величин

298	-529,8000	-183,8000	-475,0276	191,8234
388	-528,7700	-180,7795	-458,6275	142,2418
1358	-517,6683	-166,4417	-291,6405	25,8432
600	-526,3436	-175,7904	-420,8694	84,4102
773	-524,3636	-172,8908	-390,7190	60,8253

Пример вычислений для температуры 600 К: