Nitruro de cobre (Cu3N) (1308-80-1) Propiedades físicas y químicas
Nitruro de cobre (Cu3N)
El nitruro de cobre (Cu3N) es un nitruro inorgánico de cobre(I) utilizado como precursor y material funcional en deposición de películas delgadas e investigación de materiales para aplicaciones electrónicas y de recubrimientos.
| Número CAS | 1308-80-1 |
| Familia | Nitruros metálicos |
| Forma típica | Polvo o sólido cristalino |
| Grados comerciales comunes | EP |
El nitruro de cobre es un sólido inorgánico de nitruro de cobre que pertenece a la clase estructural de nitruro tricopperado, formulado comúnmente como Cu3N. Estructuralmente se describe típicamente como un nitruro rico en cobre con el nitrógeno aniónico ocupando sitios intersticiales en una red de cobre; varios informes caracterizan la fase como nitruro de cobre(I) con un marco tipo anti-ReO3 en el que el nitrógeno se sitúa en el centro del cubo y el cobre en las esquinas del cubo. La estructura electrónica está dominada por los estados d del cobre cerca del nivel de Fermi con una hibridación metal–nitrógeno significativa; esto confiere propiedades intermedias entre cobre metálico y nitruros iónicos, y explica el comportamiento semiconductor a de brecha estrecha en películas delgadas y nanoestructuras.
Químicamente, el anión nitruro (formalmente N3− o azanuro/azánido y aniones hidrogenados relacionados en algunos descriptores) confiere carácter básico y sensible a la hidrólisis: el nitruro de cobre es propenso a la hidrólisis y descomposición al exponerse a humedad, liberando especies nitrogenadas reducidas y formando óxidos/hidróxidos de cobre bajo condiciones acuosas o húmedas ambientales. El material a granel es de baja polaridad y no es un electrolito molecular clásico; la lipofilia macroscópica o coeficientes de partición no son generalmente aplicables porque es un sólido inorgánico extendido y no una especie molecular discreta. La descomposición térmica y oxidación son las vías químicas principales más que la simple disolución ácido-base.
Los grados comerciales comunes reportados para esta sustancia incluyen: EP.
Propiedades físicas básicas
Densidad
No hay un valor experimentalmente establecido para esta propiedad disponible en el contexto actual de datos.
Cualitativamente, como un nitruro denso de metal de transición, se espera que el material a granel tenga una densidad sólida característica de nitruros ricos en metal (significativamente mayor que sólidos orgánicos típicos), pero aquí no se suministra un valor numérico confiable de densidad.
Punto de fusión o descomposición
No hay valor experimentalmente establecido para esta propiedad disponible en el contexto actual de datos.
El nitruro de cobre generalmente se descompone antes de fundirse bajo presión ambiental; la descomposición produce cobre metálico y/o óxidos de cobre y gases nitrogenados en vez de mostrar un punto de fusión congruente.
Solubilidad en agua
El nitruro de cobre no es una sal molecular soluble; es hidrotraymente inestable en agua. Al contacto con humedad o medios acuosos, la hidrólisis y degradación oxidativa producen óxidos/hidróxidos de cobre y especies nitrogenadas reducidas (por ejemplo, amoníaco o amonio en algunas condiciones). En consecuencia, la solubilidad acuosa práctica como especie disuelta es despreciable, y la exposición al agua conduce a transformación química más que a simple disolución.
pH en solución (comportamiento cualitativo)
No hay un valor preciso de pH acuoso disponible debido a que el compuesto sufre hidrólisis en lugar de formar una sal soluble estable. Cualitativamente, los productos de hidrólisis pueden generar especies alcalinas (amoníaco/amonio) e intermediarios básicos de hidrólisis, por lo que las soluciones o suspensiones transitorias producidas por hidrólisis parcial pueden ser neutras a ligeramente alcalinas dependiendo del grado de reacción y amortiguación.
Propiedades químicas
Comportamiento ácido–base
El nitruro de cobre se comporta como un nitruro sensible a la hidrólisis: la especie de nitrógeno en la red es nucleofílica/básica con respecto a protones y será protonada u oxidada al exponerse a ácidos o agua. En ambientes fuertemente ácidos, la protonación y disolución oxidativa liberan iones cobre y especies nitrogenadas; en medios fuertemente básicos las vías de hidrólisis/oxidación también ocurren y pueden acelerar la descomposición. El sólido en sí no actúa como un ácido o base de Brønsted discreto en solución, pero muestra reactividad básica en superficies reactivas o sitios defectuosos.
Reactividad y estabilidad
El nitruro de cobre es químicamente reactivo frente a humedad, oxígeno y oxidantes comunes. Vías principales de reactividad: - Hidrólisis: la humedad induce la conversión a óxidos/hidróxidos de cobre y especies de amoníaco/amonio. - Descomposición térmica: el calentamiento conduce comúnmente a pérdida de nitrógeno y formación de cobre metálico y óxidos de cobre. - Oxidación: la exposición al aire, especialmente a temperatura elevada o en forma finamente dividida, promueve la oxidación a especies de cobre(II). El manejo en atmósferas secas e inertes y la evitación de procesos acuosos son estrategias típicas para preservar la integridad de la fase. Como sólido inorgánico extendido, la reactividad está controlada por la superficie y depende fuertemente del tamaño de partícula, estequiometría y concentración de defectos.
Parámetros moleculares e iónicos
Fórmula y peso molecular
- Fórmula molecular (calculada): Cu3H2N
- Peso molecular (calculado): 206.66
Nota: los descriptores calculados proporcionados para esta sustancia enumeran la fórmula y peso molecular arriba indicados; el material se describe mejor como un sólido inorgánico extendido (Cu3N) más que como una especie molecular discreta.
Descriptores moleculares adicionales calculados (según reporte): - Masa exacta: 206.80571 - Masa monoisotópica: 204.80752 - Área polar superficial topológica (TPSA): 1 - Complejidad: 3.2 - Número de átomos pesados: 4 - Carga formal: 0 - Número de donadores de enlace de hidrógeno: 1 - Número de aceptores de enlace de hidrógeno: 1 - Número de enlaces rotativos: 0 - Número de unidades covalentemente enlazadas: 4 Estos descriptores calculados son salidas automáticas y deben interpretarse con cautela para un sólido inorgánico extendido.
Iones constituyentes
Los identificadores calculados y descriptivos indican un componente azanuro y cobre en un ambiente de oxidación +1 (descriptores IUPAC: azanuro; cobre; cobre(1+)). La representación formal en algunos descriptores muestra fragmentos iónicos como [NH2−] junto con especies de cobre; sin embargo, en el sólido a granel el nitruro de cobre se considera mejor como un nitruro intersticial dentro del marco de cobre con enlaces metálicos/covalentes mixtos más que un ensamblaje simple de iones solvatados discretos. La carga formal de la unidad computada global se reporta como 0.
Identificadores y sinónimos
Números de registro y códigos
- Número CAS: 1308-80-1
- Número Comunidad Europea (CE): 215-161-4
- InChI: InChI=1S/3Cu.H2N/h;;;1H2/q;;+1;-1
- InChIKey: DOIHHHHNLGDDRE-UHFFFAOYSA-N
- SMILES: [NH2-].[Cu].[Cu].[Cu+]
- Identificadores CAS obsoletos listados: 2265893-43-2, 756857-91-7
Sinónimos y nombres comunes
Los sinónimos y nombres comunes proporcionados por el depositante incluyen: - Nitruro de cobre (Cu3N) - Nitruro tricopperado - Nitruro de cobre - EINECS 215-161-4 - azanuro;cobre;cobre(1+) - NITRURO DE COBRE(I) Los sinónimos eliminados/alternativos que aparecen en listas fuente incluyen Cu3N, Cu3‑N y variantes idiomáticas como "Nitruro de cobre (Cu3N)".
Aplicaciones Industriales y Comerciales
Roles Funcionales y Sectores de Uso
El nitruro de cobre se utiliza como un material inorgánico especializado principalmente en la ciencia de materiales y el desarrollo de materiales electrónicos. Las funciones a nivel de clase incluyen su uso como precursor para películas delgadas de cobre y cobre-nitrógeno, como componente o plantilla en procesos de deposición (p. ej., deposición física o química de vapor y sputtering reactivo), y como objeto de estudio para el comportamiento semiconductor o catalítico a escala nanométrica. El material ha sido producido y manejado en actividades de investigación, desarrollo y comercio a pequeña escala relevantes para microelectrónica, recubrimientos superficiales e investigación de películas delgadas.
Se informa que la sustancia está comercialmente activa (estatus de actividad comercial indicado como ACTIVA).
Ejemplos Típicos de Aplicación
- Películas delgadas y recubrimientos para aplicaciones microelectrónicas y de investigación (barreras, capas de control de difusión o capas de nitruro en arquitecturas multicapa).
- Material precursor para conversión a óxido de cobre, cobre metálico u otras fases que contienen cobre mediante descomposición controlada o procesamiento posdeposición.
- Reactivo de investigación para estudios de enlace metal-nitruro, reactividad superficial y propiedades electrónicas a escala nanométrica.
No se proporciona aquí una especificación concisa de la aplicación (p. ej., formulaciones industriales estandarizadas); la selección para usos específicos se basa típicamente en la sensibilidad a la hidrólisis del material, el comportamiento de descomposición térmica y las características de procesamiento de películas delgadas.
Resumen de Seguridad y Manipulación
Peligros para la Salud y el Medio Ambiente
Las clasificaciones y declaraciones de peligro reportadas (agregados de notificaciones de empresas) incluyen: - Palabra de señal: Peligro - Declaraciones de peligro GHS (ejemplos y proporciones reportadas): H314 (38,2 %): Provoca quemaduras graves en la piel y daños oculares; H315 (61,8 %): Provoca irritación cutánea; H319 (61,8 %): Provoca irritación ocular grave; H412 (38,2 %): Nocivo para los organismos acuáticos con efectos a largo plazo. - Clases/categorías de peligro reportadas incluyen Corrosión cutánea 1A; Irritación cutánea 2; Irritación ocular 2; Crónico acuático 3.
Las observaciones toxicológicas indican potencial toxicidad sistémica relacionada con el cobre tras exposiciones significativas: hepatotóxico y nefrotóxico ocupacional, potencial para inducir metahemoglobinemia y anemia hemolítica en casos severos. Se señala potencial de peligro ambiental para organismos acuáticos.
Valores guía de exposición ocupacional citados en descriptores de fuente: - Límite de exposición permisible (PEL): \(1.0\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\) (como Cu) - Valor límite umbral (TLV): \(1.0\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\) (como Cu) - Concentración inmediatamente peligrosa para la vida o la salud (IDLH): \(100.0\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\) (como Cu) - Concentración máxima admisible (MAK) (fracción respirable, compuestos inorgánicos de cobre): \(0.01\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\)
Las medidas de ingeniería y protección personal deben ser seleccionadas para limitar la inhalación y la exposición dérmica a polvos metálicos y productos de hidrólisis/oxidación. Los resultados agudos potenciales por ingestión o grandes exposiciones incluyen daño hepático y renal y efectos hematológicos asociados con intoxicación por cobre.
Consideraciones para Almacenamiento y Manipulación
- Almacenar en un lugar fresco, seco y bien ventilado, alejado de la humedad y agentes oxidantes; evitar condiciones que favorezcan la hidrólisis o la oxidación (p. ej., humedad ambiental, contacto con agua).
- Manejar bajo atmósfera inerte o en recintos secos para operaciones a escala de laboratorio donde se requiera la integridad de la fase; minimizar la generación de polvo y aerosoles.
- Usar equipo de protección personal (EPP) adecuado: guantes resistentes a productos químicos, protección ocular y protección respiratoria cuando no sea posible controlar de otra forma la exposición a polvo o humos en suspensión.
- Gestión de residuos y derrames: recoger residuos sólidos para evitar su liberación en vías fluviales y prevenir la exposición ambiental; evitar la dispersión de materia particulada. Para información detallada sobre peligros, transporte y regulación, los usuarios deben consultar la Ficha de Datos de Seguridad (FDS) específica del producto y la legislación local.
