窒化銅 (Cu3N) (CAS番号: 1308-80-1) 物理的および化学的性質

化学プロファイル

窒化銅 (Cu3N)

窒化銅 (Cu3N) は無機銅(I)窒化物であり、電子デバイスやコーティング用途の薄膜堆積および材料研究において、前駆体および機能性材料として使用されます。

CAS番号	1308-80-1
ファミリー	金属窒化物
一般的な形態	粉末または結晶固体
一般的な等級	EP

薄膜電子デバイスの研究開発および製造、CVD/PVDプロセス向け前駆体開発、機能性コーティングに使用されます。純度、粒径、酸素含有量などの材料仕様は通常、下流工程の要件によって定義されます。調達および品質保証では、供給者提供の分析データに焦点を当て、処理中の適切な取り扱いおよび産業衛生管理が確保されるべきです。

窒化銅は三銅窒化物構造クラスに属する無機銅窒化物固体で、一般的にCu3Nとして表されます。構造的には銅リッチな窒化物として説明され、陰イオンとしての窒素が銅格子内の占有間隙位置にあります。多くの報告では、フェリ磁性金属酸化物ReO3型の逆格子構造を持つ銅(I)窒化物として特徴づけられ、窒素は立方体中心に、銅は立方体角に位置します。電子構造はフェルミ準位近傍の銅d軌道が支配的で、金属–窒素の強い混成により、金属銅とイオン性窒化物の中間的性質を示し、薄膜やナノ構造において半導体的または狭いギャップの挙動を示します。

化学的には、窒化物イオン（形式的にはN3−または一部の記述子ではアザニド/関連水素化イオン）が基本性および加水分解に敏感な性質を付与します。窒化銅は水分に曝露されると加水分解および分解を起こし、還元性窒素種を発生させ、環境水や高湿条件下で銅酸化物/水酸化物を生成します。バルク材料は低極性であり、古典的な分子電解質ではありません。マクロな脂溶性や分配係数は、離散的分子種ではなく無機的な拡張固体であるため一般的に適用されません。熱分解および酸化が主な化学経路であり、単純な酸塩基溶解ではありません。

この物質の一般的な商業グレードにはEPが報告されています。

基本的な物理的性質

密度

現在のデータコンテキストでは、この物性値に関する実験的に確立された値はありません。

質的には、密度の高い遷移金属窒化物として、バルク材料は金属リッチな窒化物に特有の固体密度（典型的な有機固体より大幅に高い）を有すると予想されますが、信頼性のある数値的密度はここには提供されていません。

融点または分解点

現在のデータコンテキストでは、この物性値に関する実験的に確立された値はありません。

窒化銅は通常、常圧下で融解前に分解し、融解点は示さず、分解により銅金属および/または銅酸化物と窒素含有ガスを生成します。

水への溶解性

窒化銅は溶解性分子塩ではなく、水に対して加水分解的不安定性を示します。水分や水性媒体との接触により加水分解および酸化分解が起こり、銅酸化物/水酸化物および還元性窒素種（特定条件下でアンモニアまたはアンモニウム）を生成します。したがって、溶解種としての実用的な水中溶解度は無視でき、水への暴露は単純溶解ではなく化学的変換を引き起こします。

水溶液のpH（質的挙動）

化合物は加水分解を受け、安定な可溶塩を形成しないため、正確な水中pH値はありません。質的には、加水分解生成物がアルカリ性種（アンモニア/アンモニウム）や塩基性加水分解中間体を生成するため、部分加水分解によって形成される一時的な溶液やスラリーは、反応の程度や緩衝状態に応じて中性から弱アルカリ性を示す場合があります。

化学的性質

酸–塩基挙動

窒化銅は加水分解に敏感な窒化物として挙動し、格子内の窒素種はプロトンに対して求核的/塩基性を示し、酸や水に曝露されるとプロトン化または酸化されます。強酸性環境では、プロトン化および酸化溶解により銅イオンおよび窒素含有種が放出されます。強塩基性媒体でも加水分解/酸化経路が進行し、分解を加速させることがあります。固体自体は溶液中の明確なブレンステッド酸または塩基ではありませんが、反応性表面や欠陥部位で塩基性反応性を示します。

反応性および安定性

窒化銅は湿気、酸素、および一般的な酸化剤に対して化学的に反応性を持ちます。主な反応経路は以下の通りです： - 加水分解：湿気により銅酸化物/水酸化物およびアンモニア/アンモニウム種に変換される。 - 熱分解：加熱により窒素の放出と銅金属および銅酸化物の形成が一般的に起こる。 - 酸化：空気中、特に高温環境や微粉末形態で銅(II)種への酸化が促進される。乾燥した不活性大気中での取り扱いや水性処理の回避が相転移の保持に一般的な対策です。拡張型無機固体として、反応性は表面に依存し、粒径、化学量論、欠陥濃度に強く左右されます。

分子およびイオンパラメーター

分子式および分子量

分子式（計算値）：Cu3H2N
分子量（計算値）：206.66

注意：この物質に提供される計算化学的記述子は上記の分子式および分子量を示しますが、本剤は離散的分子種ではなく、拡張型無機固体（Cu3N）として最も適切に記述されます。

追加の計算分子記述子（報告値）： - 正確質量：206.80571 - 単一同位体質量：204.80752 - トポロジカル極性表面積（TPSA）：1 - 複雑度：3.2 - 重原子数：4 - 形式電荷：0 - 水素結合供与体数：1 - 水素結合受容体数：1 - 回転可能結合数：0 - 共有結合単位数：4 これら計算記述子は自動的に出力されたもので、拡張型無機固体に対しては慎重に解釈する必要があります。

構成イオン

計算値および記述子はアザニド成分および+1価の銅環境（IUPAC記述子：azanide; copper; copper(1+)）を示します。形式的には[NH2−]などのイオン断片と銅種が示されることがありますが、バルク固体の窒化銅は単純な離散的溶媒和イオンの集合体ではなく、銅格子内の間隙窒化物として、金属結合と共有結合が混在した状態として捉えられます。全体の計算単位の形式電荷は0と報告されています。

識別子および同義語

登録番号およびコード

CAS番号：1308-80-1
欧州共同体（EC）番号：215-161-4
InChI: InChI=1S/3Cu.H2N/h;;;1H2/q;;+1;-1
InChIKey: DOIHHHHNLGDDRE-UHFFFAOYSA-N
SMILES: [NH2-].[Cu].[Cu].[Cu+]
廃止されたCAS識別子：2265893-43-2、756857-91-7

同義語および一般名

登録者提供の同義語および一般名には以下が含まれます： - 窒化銅 (Cu3N) - 三銅窒化物 - 窒化銅 - EINECS 215-161-4 - azanide;copper;copper(1+) - COPPER(I) NITRIDE 出典リストに現れる削除済みまたは代替同義語にはCu3N、Cu3-N、および言語バリエーションとして「Nitruro de cobre (Cu3N)」などがあります。

産業および商業用途

機能的役割と使用分野

銅ナイトリドは主に材料科学および電子材料開発における特殊無機材料として利用されています。クラスレベルの機能としては、銅および銅–窒素薄膜の前駆体、堆積プロセス（例：物理的または化学的気相成長および反応スパッタリング）における成分またはテンプレートとしての使用、さらにナノスケールでの半導体的または触媒的挙動の研究対象として用いられます。この物質は、マイクロエレクトロニクス、表面コーティング、薄膜研究に関連する研究、開発および小規模商業活動で製造・取り扱われています。

この物質は商業的に活性（商業活動状況はACTIVE）であると報告されています。

典型的な適用例

マイクロエレクトロニクスおよび研究用途向け薄膜およびコーティング（多層構造におけるバリア層、拡散制御層、またはナイトリド層）。
制御分解または堆積後処理による酸化銅、金属銅、その他の銅含有相への変換用前駆体材料。
金属–ナイトリド結合、表面反応性、ナノスケール電子特性の研究用試薬。

ここでは簡潔な用途仕様（例：標準化された工業用配合）は提供していません。特定用途への選択は、主に材料の加水分解感受性、熱分解挙動、および薄膜加工特性を基に行われます。

安全性および取扱い概要

健康および環境に関する危険性

報告された危険分類および表示（企業からの通知集計）には以下が含まれます： - 危険有害性呼称語：危険（Danger） - GHS危険有害性文言（例および報告割合）：H314 (38.2%)：重篤な皮膚のやけどおよび眼損傷を引き起こす；H315 (61.8%)：皮膚刺激を引き起こす；H319 (61.8%)：深刻な眼刺激を引き起こす；H412 (38.2%)：水生生物に長期間有害。 - 報告されている危険クラス／カテゴリーには皮膚腐食性 1A、皮膚刺激性 2、眼刺激性 2、水生環境有害性慢性 3が含まれます。

毒性に関する注記として、銅関連の全身毒性の可能性が示されています：職業性肝毒性、腎毒性、重篤な場合はメトヘモグロビン血症および溶血性貧血を誘発する可能性。環境への影響としては水生生物に対する潜在的な危険性が指摘されています。

職業上の暴露指針値（出典記述より）： - 許容濃度制限（PEL）：1.0 mg/m³（Cuとして） - 閾値制限値（TLV）：1.0 mg/m³（Cuとして） - 生命または健康に即時危険（IDLH）：100.0 mg/m³（Cuとして） - 最大許容濃度（MAK）（吸入可能粒子分、有機銅化合物）：0.01 mg/m³

設計技術および個人防護対策は、金属粉塵および加水分解／酸化生成物の吸入および皮膚曝露を制限するために適切に選択されるべきです。摂取や大量曝露による急性影響には肝臓および腎臓障害、銅中毒に関連する血液学的影響が含まれます。

保管および取り扱い上の注意

湿気や酸化剤から遠ざけ、涼しく乾燥した換気の良い場所に保管してください。加水分解や酸化を促進する条件（例：周囲の湿度、水性接触）を避けてください。
相の完全性が必要な研究室規模の操作では、不活性雰囲気下または乾燥した密閉環境で取り扱ってください。粉塵およびエアロゾルの発生を最小限に抑えてください。
適切な個人用保護具（PPE）の使用：化学防護手袋、眼保護、および空中粉塵や蒸気曝露が制御できない場合の呼吸保護具を着用してください。
廃棄および流出処理：固体残留物を回収し、水系へ放出を避け環境曝露を防いでください。微粒子の拡散を避けてください。詳細な危険性、輸送および規制情報については、製品固有の安全データシート（SDS）および地域の法令を参照してください。