질화구리 (Cu3N) (1308-80-1) 물리적 및 화학적 성질
질화구리 (Cu3N)
질화구리 (Cu3N)는 무기 구리(I) 질화물로, 전자 및 코팅 응용을 위한 박막 증착 및 소재 연구에서 전구체 및 기능성 재료로 사용됩니다.
| CAS 번호 | 1308-80-1 |
| 분류군 | 금속 질화물 |
| 일반 형태 | 분말 또는 결정 고체 |
| 일반 등급 | EP |
질화구리는 무기 구리 질화 고체로 삼구리 질화물 구조군에 속하며 일반적으로 Cu3N으로 표현됩니다. 구조적으로는 양이온 구리 격자 내 질소 음이온이 간극 자리를 차지하는 구리 풍부의 질화물로 설명되며, 다수 보고서에서는 질소가 정육면체 중심에, 구리가 정육면체 모서리에 위치하는 anti‑ReO3 형 프레임워크를 가지는 구리(I) 질화물로 특성화합니다. 전자 구조는 페르미 준위 근처의 구리 d 상태가 지배적이며 금속–질소 혼성화가 상당하여 박막 및 나노구조에서 금속 구리와 이온 질화물의 중간 특성을 나타내며 반도체에서 협갭 특성을 보입니다.
화학적으로 질화 음이온(형식상 N3− 또는 일부 기술에선 아자니드 혹은 관련 수소화 음이온)은 염기성 및 가수분해에 민감한 특성을 부여합니다. 질화구리는 수분에 노출 시 가수분해 및 분해가 잘 일어나며, 환원된 질소 종을 방출하고 주변 수용액 또는 습윤 조건에서 구리 산화물/수산화물로 변합니다. 대량 물질은 극성이 낮으며 고전적인 분자 전해질이 아니고, 무기적 확장 고체이므로 대체로 지용성이나 분배 계수 등은 적용되지 않습니다. 열분해 및 산화가 주요 화학 경로이며 단순 산–염기 용해는 아니라고 할 수 있습니다.
상용 등급으로는 EP가 일반적으로 보고됩니다.
기본 물리적 특성
밀도
현 데이터 환경에서는 이 성질에 대해 실험적으로 확립된 값이 없습니다.
정성적으로, 조밀한 전이금속 질화물로서 고체 밀도는 금속 풍부 질화물의 특징을 가지며(일반적인 유기 고체보다 훨씬 큼), 신뢰할 수 있는 수치적 밀도 값은 본문에 제공되지 않습니다.
융점 또는 분해점
이번 데이터 맥락에선 실험적으로 확립된 값이 존재하지 않습니다.
질화구리는 일반적으로 대기압에서 융점 도달 전 분해하며, 분해 산물로 구리 금속 및/또는 구리 산화물과 질소 함유 가스가 발생합니다. 일관된 융점은 나타나지 않습니다.
물에 대한 용해도
질화구리는 용해 가능한 분자 염이 아니며, 물에 가수분해로 불안정합니다. 수분 혹은 수용성 매체와 접촉 시 가수분해 및 산화 분해가 일어나 구리 산화물/수산화물과 환원된 질소 종(조건에 따라 암모니아 또는 암모늄)이 생성됩니다. 따라서 용해된 종으로서의 실제 수용성은 무시할 수 있으며, 물 노출 시 단순 용해가 아닌 화학적 변환이 촉진됩니다.
용액 pH (정성적 거동)
화합물이 안정한 수용성 염으로 형성되지 않고 가수분해가 일어나 정확한 수용액 pH 값은 없습니다. 정성적으로는 가수분해 산물이 알칼리성 종(암모니아/암모늄)과 염기성 가수분해 중간체를 생산하여, 부분 가수분해에 의해 생성된 일시적 용액 또는 슬러리는 반응 정도와 완충 상태에 따라 중성에서 약알칼리성까지 변화할 수 있습니다.
화학적 특성
산–염기 거동
질화구리는 가수분해에 민감한 질화물로, 격자 내 질소 종은 양성자에 대해 친전자성/염기성으로 작용하여 산 또는 물과 접촉 시 프로톤화 또는 산화됩니다. 강산성 환경에서는 프로톤화 및 산화 용해로 구리 이온과 질소 함유 종이 방출되며, 강염기성 매체에서도 가수분해/산화 경로가 진행되어 분해가 가속될 수 있습니다. 고체 자체는 수용액에서 명확한 브뢴스테드 산 또는 염기가 아니지만, 반응성이 높은 표면 또는 결함 부위에서 염기성 반응성을 보입니다.
반응성 및 안정성
질화구리는 수분, 산소, 일반 산화제에 대해 화학적으로 반응성이 높습니다. 주요 반응 경로는 다음과 같습니다: - 가수분해: 수분이 구리 산화물/수산화물 및 암모니아/암모늄 생성으로 전환을 유도 - 열 분해: 가열 시 질소 방출 및 구리 금속 및 구리 산화물 형성 - 산화: 공기, 특히 고온 또는 미세 분말 상태에서 산화 구리(II) 종 형성 촉진 상기 이유로 건조하고 불활성 분위기에서 취급하며, 수용액 공정을 피하는 것이 상의상 보존 전략입니다. 무기 확장 고체로서 반응성은 표면 제어를 받으며 입자 크기, 화학양론 및 결함 농도에 크게 의존합니다.
분자 및 이온 관련 파라미터
분자식 및 분자량
- 분자식 (계산값): Cu3H2N
- 분자량 (계산값): 206.66
참고: 해당 물질에 대한 계산된 지표는 위 분자식 및 분자량을 나타내지만, 본 물질은 개별 분자가 아닌 확장된 무기 고체(Cu3N)로 설명하는 것이 적합합니다.
추가로 보고된 계산 지표: - 정확 질량: 206.80571 - 단일 동위 원소 질량: 204.80752 - 위상적 극성 표면적 (TPSA): 1 - 복잡도: 3.2 - 무거운 원자 개수: 4 - 형식 전하: 0 - 수소 결합 공여자 개수: 1 - 수소 결합 수용자 개수: 1 - 회전 가능한 결합 수: 0 - 공유 결합 단위 수: 4 이 계산된 지표는 자동 산출치이며 확장 무기 고체에 적용 시 주의해 해석해야 합니다.
성분 이온
계산 및 설명 식별자는 아자니드 성분과 +1 산화 상태 구리를 나타냅니다(IUPAC 설명자: azanide; copper; copper(1+)). 일부 표현식에서는 [NH2−]와 구리 종을 이온 단편으로 묘사하나, 벌크 고체 질화구리는 구리 격자 내 간극 질화물로, 단순한 용매화된 이온 조합이 아니라 금속적 및 공유 결합성이 혼합된 구조로 보는 것이 적합합니다. 전체 계산 단위의 형식 전하는 0으로 보고됩니다.
식별자 및 별칭
등록 번호 및 코드
- CAS 번호: 1308-80-1
- 유럽 공동체(EC) 번호: 215-161-4
- InChI: InChI=1S/3Cu.H2N/h;;;1H2/q;;+1;-1
- InChIKey: DOIHHHHNLGDDRE-UHFFFAOYSA-N
- SMILES: [NH2-].[Cu].[Cu].[Cu+]
- 폐기된 CAS 식별자: 2265893-43-2, 756857-91-7
별칭 및 통용명
기탁자가 제공한 별칭 및 통용명: - 질화구리 (Cu3N) - 삼구리 질화물 - 구리 질화물 - EINECS 215-161-4 - azanide;copper;copper(1+) - COPPER(I) NITRIDE 출처 목록에 등장하는 삭제되거나 대체된 별칭으로는 Cu3N, Cu3‑N, 및 언어 변형인 "Nitruro de cobre (Cu3N)" 등이 포함됩니다.
산업 및 상업적 적용
기능적 역할 및 사용 분야
구리 나이트라이드는 주로 재료 과학과 전자재료 개발 분야에서 특수 무기재료로서 응용됩니다. 클래스 수준 기능에는 구리 및 구리-질소 박막의 전구체로서의 사용, 증착 공정(예: 물리적 또는 화학적 증기 증착 및 반응 스퍼터링)에서 구성 요소 또는 템플릿으로 사용, 그리고 나노스케일에서의 반도체 또는 촉매 거동 연구 대상이 포함됩니다. 이 물질은 마이크로일렉트로닉스, 표면 코팅, 박막 연구와 관련한 연구, 개발 및 소규모 상업 활동에서 생산 및 취급되어 왔습니다.
이 물질은 상업적으로 활성 상태(상업 활동 상태: ACTIVE)로 보고됩니다.
전형적 적용 예시
- 마이크로일렉트로닉스 및 연구용 박막 및 코팅(장벽, 확산 제어층 또는 다층 구조 내 나이트라이드층).
- 제어된 분해 또는 증착 후 처리 과정을 통해 산화구리, 금속 구리 또는 기타 구리 함유상으로 전환하기 위한 전구체 물질.
- 금속-나이트라이드 결합, 표면 반응성 및 나노스케일 전자적 특성 연구용 시약.
여기에는 간결한 적용 명세서(예: 표준화된 산업 조성)가 제공되지 않습니다; 특정 용도 선택은 일반적으로 물질의 가수분해 민감성, 열분해 거동 및 박막 가공 특성에 기반합니다.
안전 및 취급 개요
건강 및 환경 위험
보고된 위해성 분류 및 문구(업체 통지 집계)는 다음과 같습니다: - 신호어: 위험 - GHS 위해성 문구(예 및 보고 비율): H314 (38.2%): 중증 피부화상 및 눈 손상 유발; H315 (61.8%): 피부 자극 유발; H319 (61.8%): 심각한 눈 자극 유발; H412 (38.2%): 장기간 유해한 수생 생물에 해로움. - 보고된 위해성 등급/범주에는 Skin Corr. 1A; Skin Irrit. 2; Eye Irrit. 2; Aquatic Chronic 3이 포함됩니다.
독성 관련 설명에는 상당한 노출 후 구리 관련 전신 독성 가능성이 언급됩니다: 직업상 간독성, 신독성, 심각한 경우 메트헤모글로빈혈증 및 용혈성 빈혈 유발 가능성. 수생 유기체에 대한 환경 위해성도 지적됩니다.
출처 설명에서 인용된 작업장 노출 가이드라인 값: - 허용 노출 한도(Permissible Exposure Limit, PEL): \(1.0\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\) (구리 기준) - 한계치(Threshold Limit Value, TLV): \(1.0\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\) (구리 기준) - 생명 또는 건강에 즉시 위험한 농도(IDLH): \(100.0\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\) (구리 기준) - 최대 허용 농도(Maximum Allowable Concentration, MAK) (호흡성 분획, 무기 구리 화합물): \(0.01\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\)
금속 먼지 및 가수분해/산화 생성물에 대한 흡입 및 피부 노출을 제한하기 위해 공학적 및 개인 보호 조치를 선택해야 합니다. 섭취 또는 대량 노출 시 급성 결과로 간 및 신장 손상, 구리 중독과 관련된 혈액학적 영향이 발생할 수 있습니다.
보관 및 취급 고려사항
- 수분 및 산화제와 멀리 떨어진 서늘하고 건조하며 통풍이 잘 되는 장소에 보관; 가수분해 또는 산화를 촉진하는 조건(예: 주변 습도, 수용성 접촉)을 피할 것.
- 상태 유지를 요구하는 실험실 규모 작업에서는 불활성 분위기 또는 건조한 밀폐 공간에서 취급; 분진 및 에어로졸 발생 최소화.
- 적절한 개인 보호 장비(PPE)를 사용: 화학 저항성 장갑, 눈 보호구, 공기 중 분진 또는 연무 노출이 제어 불가능할 경우 호흡기 보호구 착용.
- 폐기물 및 유출물 처리: 고체 잔류물을 수집하여 수로로의 유출 및 환경 노출을 방지; 입자성 물질의 산포 방지. 위해성, 운송 및 규제 정보에 대해서는 제품별 안전보건자료(SDS) 및 현지 법규를 참조해야 합니다.
