Kupfernitrid (Cu3N) (1308-80-1) Physikalische und chemische Eigenschaften
Kupfernitrid (Cu3N)
Kupfernitrid (Cu3N) ist ein anorganisches Kupfer(I)-Nitrid, das als Vorstufe und funktionelles Material in der Dünnschichtabscheidung sowie in der Materialforschung für elektronische und Beschichtungsanwendungen verwendet wird.
| CAS-Nummer | 1308-80-1 |
| Familie | Metallnitrid |
| Typische Form | Pulver oder kristalliner Feststoff |
| Übliche Reinheitsgrade | EP |
Kupfernitrid ist ein anorganischer Kupfernitrid-Feststoff aus der Strukturklasse der Trikupfernitridverbindungen, üblicherweise mit der Formel Cu3N. Strukturell wird es typischerweise als kupferreiches Nitrid beschrieben, bei dem das anionische Stickstoffatom interstitielle Positionen im Kupfergitter einnimmt; viele Veröffentlichungen charakterisieren die Phase als Kupfer(I)-Nitrid mit einem anti‑ReO3-Typ Gitter, in dem Stickstoff im Würfelzentrum und Kupfer an den Würfelecken sitzt. Die elektronische Struktur wird durch Kupfer-d-Zustände nahe des Ferminiveaus dominiert mit signifikanter Metall-Stickstoff-Hybridisierung; dies führt zu Eigenschaften, die zwischen metallischem Kupfer und ionischen Nitriden liegen und semikonduktives bis schmalbandiges Verhalten in Dünnschichten und Nanostrukturen bedingen.
Chemisch verleiht das Nitridanion (formal N3− oder in manchen Beschreibungen azanid- bzw. verwandte hydrogenerte Anionen) basischen und hydrolytisch empfindlichen Charakter: Kupfernitrid ist anfällig für Hydrolyse und Zersetzung bei Feuchtigkeitseinwirkung, wobei reduzierte Stickstoffspezies freigesetzt werden und unter Umgebungsbedingungen Kupferoxide/-hydroxide entstehen. Das Bulkmaterial ist gering polar und kein klassisches molekulares Elektrolyt; makroskopische Lipophilie oder Verteilungskoeffizienten sind nicht anwendbar, da es sich um einen anorganischen, ausgedehnten Feststoff und nicht um eine diskrete molekulare Spezies handelt. Thermische Zersetzung und Oxidation sind die Hauptreaktionspfade, nicht einfache säure-basische Auflösung.
Übliche handelsübliche Reinheitsgrade für diesen Stoff umfassen: EP.
Grundlegende physikalische Eigenschaften
Dichte
Ein experimentell bestätigter Wert für diese Eigenschaft liegt im aktuellen Datenkontext nicht vor.
Qualitativ wird für das Bulkmaterial als dichtes Übergangsmetallnitrid eine feste Dichte erwartet, die typisch für metallreiche Nitridverbindungen ist (deutlich höher als typische organische Feststoffe), ein verlässlicher numerischer Wert wird hier jedoch nicht angegeben.
Schmelz- oder Zersetzungstemperatur
Ein experimentell bestätigter Wert für diese Eigenschaft liegt im aktuellen Datenkontext nicht vor.
Kupfernitrid zersetzt sich typischerweise vor dem Schmelzen unter Umgebungsdruck; die Zersetzung führt zu Kupfermetall und/oder Kupferoxiden sowie stickstoffhaltigen Gasen und zeigt keinen kongruenten Schmelzpunkt.
Wasserlöslichkeit
Kupfernitrid ist kein lösliches molekulares Salz; es ist hydrolytisch instabil in Wasser. Beim Kontakt mit Feuchtigkeit oder wässrigen Medien erfolgt Hydrolyse und oxidative Zersetzung zu Kupferoxiden/-hydroxiden und reduzierten Stickstoffspezies (z. B. Ammoniak oder Ammonium unter bestimmten Bedingungen). Praktische Löslichkeit in Wasser als gelöste Spezies ist daher vernachlässigbar, und die Exposition gegenüber Wasser führt eher zu chemischer Umwandlung als zu einfacher Lösung.
Lösungs-pH (qualitatives Verhalten)
Ein präziser wässriger pH-Wert liegt nicht vor, da die Verbindung hydrolysiert und keine stabile lösliche Salzform bildet. Qualitativ können die Hydrolyseprodukte alkalische Spezies (Ammoniak/Ammonium) und basische Hydrolysezwischenprodukte bilden, sodass vorübergehende Lösungen oder Suspensionen durch partielle Hydrolyse neutral bis mild alkalisch sein können, abhängig vom Reaktionsgrad und Pufferung.
Chemische Eigenschaften
Säure-Base-Verhalten
Kupfernitrid verhält sich als hydrolytisch empfindliches Nitrid: Die Stickstoffspezies im Gitter ist nucleophil/basisch gegenüber Protonen und wird bei Kontakt mit Säuren oder Wasser protoniert oder oxidiert. In stark sauren Medien führt Protonierung und oxidative Auflösung zur Freisetzung von Kupferionen und stickstoffhaltigen Spezies; in stark basischen Medien laufen ebenfalls Hydrolyse-/Oxidationsprozesse ab, die die Zersetzung beschleunigen können. Der Feststoff selbst ist keine diskrete Brønsted-Säure oder -Base in Lösung, zeigt jedoch basische Reaktivität an reaktiven Oberflächen oder Defektstellen.
Reaktivität und Stabilität
Kupfernitrid reagiert chemisch mit Feuchtigkeit, Sauerstoff und üblichen Oxidationsmitteln. Hauptreaktionspfade: - Hydrolyse: Feuchtigkeit induziert Umwandlung zu Kupferoxiden/-hydroxiden und Ammoniak/Ammoniumarten. - Thermische Zersetzung: Erhitzen führt üblicherweise zum Stickstoffverlust und Bildung von Kupfermetall sowie Kupferoxiden. - Oxidation: Luftkontakt, insbesondere bei erhöhter Temperatur oder in fein verteilter Form, fördert Oxidation zu Kupfer(II)-Spezies. Die Handhabung unter trockenen, inerten Atmosphären und das Vermeiden wässriger Prozesse sind typische Strategien zur Erhaltung der Phasenintegrität. Als ausgedehnter anorganischer Feststoff ist die Reaktivität oberflächenkontrolliert und stark abhängig von Partikelgröße, Stöchiometrie und Defektkonzentration.
Molekulare und ionische Parameter
Formel und Molekulargewicht
- Molekulare Formel (berechnet): Cu3H2N
- Molekulargewicht (berechnet): 206.66
Hinweis: Berechnete Deskriptoren für diese Substanz geben die oben gezeigte Formel und das Molekulargewicht an; das Material ist am besten als ausgedehnter anorganischer Feststoff (Cu3N) zu beschreiben und nicht als diskrete molekulare Spezies.
Weitere berechnete molekulare Deskriptoren (laut Angaben): - Exakte Masse: 206.80571 - Monoisotopische Masse: 204.80752 - Topologische polare Oberfläche (TPSA): 1 - Komplexität: 3.2 - Anzahl schwerer Atome: 4 - Formale Ladung: 0 - Anzahl Wasserstoffbrückendonoren: 1 - Anzahl Wasserstoffbrückenakzeptoren: 1 - Anzahl drehbarer Bindungen: 0 - Anzahl kovalent gebundener Einheiten: 4 Diese berechneten Deskriptoren sind automatische Ausgaben und sollten für einen ausgedehnten anorganischen Feststoff mit Vorsicht interpretiert werden.
Bestandteilionen
Berechnete und beschreibende Identifikatoren deuten auf eine Azanid-Komponente und Kupfer in einem +1-Oxidationszustand hin (IUPAC-Bezeichnungen: azanide; copper; copper(1+)). Einige Darstellungen zeigen formale ionische Fragmente wie [NH2−] zusammen mit Kupferspezies; jedoch ist Kupfernitrid im Bulk am besten als interstitielles Nitrid innerhalb eines Kupferrahmens mit gemischter metallischer/kovalenter Bindung zu betrachten und nicht als einfache Anordnung diskreter solvatisierter Ionen. Die formale Gesamtladung der berechneten Einheit wird mit 0 angegeben.
Identifikatoren und Synonyme
Registriernummern und Codes
- CAS-Nummer: 1308-80-1
- Europäische Gemeinschaft (EG)-Nummer: 215-161-4
- InChI: InChI=1S/3Cu.H2N/h;;;1H2/q;;+1;-1
- InChIKey: DOIHHHHNLGDDRE-UHFFFAOYSA-N
- SMILES: [NH2-].[Cu].[Cu].[Cu+]
- Veraltete CAS-Identifikatoren: 2265893-43-2, 756857-91-7
Synonyme und gebräuchliche Bezeichnungen
Vom Einreicher gelieferte Synonyme und gebräuchliche Namen umfassen: - Kupfernitrid (Cu3N) - Trikupfernitrid - Kupfernitrid - EINECS 215-161-4 - azanide;copper;copper(1+) - COPPER(I) NITRIDE Entfernte/alternative Synonyme in Quelllisten umfassen Cu3N, Cu3‑N sowie sprachliche Varianten wie "Nitruro de cobre (Cu3N)".
Industrielle und kommerzielle Anwendungen
Funktionelle Rollen und Einsatzbereiche
Kupfer(III)-nitride findet als spezialisiertes anorganisches Material vor allem in der Materialwissenschaft und der Entwicklung elektronischer Materialien Anwendung. Funktionen auf Klassenebene umfassen die Verwendung als Vorläufer für Kupfer- und Kupfer-Stickstoff-Dünnschichten, als Bestandteil oder Vorlage in Abscheideprozessen (z. B. physikalische oder chemische Gasphasenabscheidung und reaktives Sputtern) sowie als Untersuchungsgegenstand hinsichtlich halbleitender oder katalytischer Eigenschaften im Nanobereich. Das Material wurde in Forschung, Entwicklung und kleinmaßstäblicher kommerzieller Produktion eingesetzt, die für Mikroelektronik, Oberflächenbeschichtungen und Dünnschichtforschung relevant sind.
Die Substanz wird als kommerziell aktiv gemeldet (Status der kommerziellen Aktivität: ACTIVE).
Typische Anwendungsbeispiele
- Dünnschichten und Beschichtungen für mikroelektronische und Forschungsanwendungen (Barrieren, Diffusionskontrollschichten oder Nitridschichten in Mehrschichtarchitekturen).
- Vorläufermaterial zur Umwandlung in Kupferoxid, metallisches Kupfer oder andere kupferhaltige Phasen durch kontrollierte Zersetzung oder Nachbearbeitung nach der Abscheidung.
- Forschungsreagenz für Untersuchungen zu Metall-Nitrid-Bindungen, Oberflächenreaktivität und nanoskaligen elektronischen Eigenschaften.
Eine präzise Anwendungsspezifikation (z. B. standardisierte industrielle Formulierungen) wird hier nicht bereitgestellt; die Auswahl für spezifische Anwendungen basiert typischerweise auf der hydrolytischen Empfindlichkeit, dem thermischen Zersetzungsverhalten und den Dünnschichtprozess-Eigenschaften des Materials.
Übersicht zu Sicherheit und Handhabung
Gesundheits- und Umweltgefährdungen
Meldungen zu Gefahrenklassen und -hinweisen (Unternehmensmeldungen aggregiert) umfassen: - Signalwort: Gefahr - GHS-Gefahrenhinweise (Beispiele und gemeldete Anteile): H314 (38,2 %): Verursacht schwere Verätzungen der Haut und schwere Augenschäden; H315 (61,8 %): Verursacht Hautreizungen; H319 (61,8 %): Verursacht schwere Augenreizung; H412 (38,2 %): Schädlich für Wasserorganismen, mit langfristiger Wirkung. - Gemeldete Gefahrenklassen/-kategorien umfassen Hautätz. 1A; Hautreiz. 2; Augenreiz. 2; Aquatisch chron. 3.
Toxikologische Anmerkungen weisen auf potenzielle systemische Kupfertoxizität nach signifikanter Exposition hin: berufliche Hepatotoxizität, Nephrotoxizität, Möglichkeit der Auslösung von Methämoglobinämie und hämolytischer Anämie in schweren Fällen. Umweltgefährdungspotenzial für aquatische Organismen wird festgestellt.
Angegebene berufsbezogene Expositionsrichtwerte in den Quellen: - Zulässiger Expositionsgrenzwert (PEL): \(1.0\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\) (als Cu) - Grenzwert am Arbeitsplatz (TLV): \(1.0\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\) (als Cu) - Sofort gefährlich für Leben und Gesundheit (IDLH): \(100.0\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\) (als Cu) - Maximale Arbeitsplatz-Konzentration (MAK) (einatmungsfähige Fraktion, anorganische Kupferverbindungen): \(0.01\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\)
Technische Schutzmaßnahmen und persönliche Schutzausrüstung sollten so gewählt werden, dass die Inhalation und dermale Exposition gegenüber Metallstäuben sowie Hydrolyse-/Oxidationsprodukten begrenzt wird. Mögliche akute Folgen bei Verschlucken oder hohen Expositionen umfassen Leber- und Nierenschäden sowie hämatologische Effekte, die mit einer Kupfervergiftung einhergehen.
Lagerungs- und Handhabungshinweise
- Bei kühler, trockener und gut belüfteter Lagerung, fern von Feuchtigkeit und Oxidationsmitteln aufbewahren; Bedingungen vermeiden, die Hydrolyse oder Oxidation fördern (z. B. Umgebungshumidity, Kontakt mit Wasser).
- Im Laborbetrieb dort unter Inertatmosphäre oder in trockenen Behältnissen handhaben, wo die Phasenintegrität erforderlich ist; Staub- und Aerosolbildung minimieren.
- Geeignete persönliche Schutzausrüstung (PSA) verwenden: chemikalienbeständige Handschuhe, Augenschutz und Atemschutz, wenn eine Exposition durch luftgetragene Stäube oder Dämpfe nicht anderweitig kontrolliert werden kann.
- Abfall- und Verschüttungsbehandlung: feste Rückstände aufnehmen, um Freisetzung in Gewässer zu verhindern und Umweltkontamination zu vermeiden; Verbreitung von Partikeln vermeiden. Für detaillierte Gefahren-, Transport- und Regulierungsinformationen sollten Anwender das produktspezifische Sicherheitsdatenblatt (SDS) und lokale Vorschriften konsultieren.
