Азид меди (Cu3N) (1308-80-1) Физические и химические свойства

Химический профиль

Азид меди (Cu3N)

Азид меди (Cu3N) — неорганическое соединение меди(I) с азотом, используется в качестве прекурсора и функционального материала при осаждении тонких пленок и исследований материалов для электронных и покрывных применений.

CAS номер	1308-80-1
Класс соединений	Нитриды металлов
Типичная форма	Порошок или кристаллическое твердое вещество
Распространённые сорта	EP

Используется в НИОКР и производстве для электроники тонких пленок, разработки прекурсоров для процессов CVD/PVD и функциональных покрытий; спецификации материала, такие как чистота, размер частиц и содержание кислорода, обычно определяются требованиями последующих процессов. При закупке и контроле качества следует ориентироваться на аналитические данные поставщика и обеспечивать надлежащие условия обработки и индустриальную гигиену во время процесса.

Азид меди — неорганический нитрид меди, относящийся к структурному классу триазида меди, обычно выражаемый формулой Cu3N. Структурно его описывают как нитрид, богатый медью, где анионный азот занимает интерстициальные положения в медной решётке; согласно многим исследованиям, эта фаза представляет собой меди(I) нитрид с каркасом типа anti‑ReO3, в котором азот находится в центре куба, а медь — в углах куба. Электронная структура определяется d-состояниями меди близко к уровню Ферми с значительной гибридизацией металла и азота; это обуславливает свойства промежуточные между металлической медью и ионными нитридами, объясняя полупроводниковое и узкозонное поведение в тонких плёнках и наноструктурах.

С химической точки зрения, нитридный анион (формально N3− или азанид/связанные гидрогенизированные анионы в некоторых описаниях) придаёт оснóвный и гидролитически чувствительный характер: азид меди склонен к гидролизу и разложению при воздействии влаги, выделяя восстановленные азотсодержащие соединения и образуя оксиды/гидроксиды меди при условиях окружающей водной среды или влажности. Основной материал обладает низкой полярностью и не является классическим молекулярным электролитом; макроскопическая липофильность и коэффициенты распределения обычно неприменимы, поскольку это не дискретное молекулярное вещество, а неорганическое протяжённое твердое тело. Тепловое разложение и окисление — основные химические пути, а не простое кислотно-основное растворение.

Общие коммерческие сорта этого вещества включают: EP.

Основные физические свойства

Плотность

Экспериментально установленное значение этого параметра отсутствует в текущем наборе данных.

Качественно, как плотный нитрид переходного металла, основной материал должен иметь плотность, характерную для нитридов с избытком металла (значительно выше, чем у типичных органических твердых веществ), но достоверное числовое значение здесь не приводится.

Температура плавления или разложения

Экспериментально установленное значение отсутствует в текущем контексте данных.

Азид меди обычно разлагается перед плавлением при нормальном давлении; при разложении образуются металлическая медь и/или оксиды меди и азотсодержащие газы, а не наблюдается конгруэнтная температура плавления.

Растворимость в воде

Азид меди не является растворимой молекулярной солью; он гидролитически неустойчив в воде. При контакте с влагой или водной средой гидролиз и окислительное разложение приводят к образованию оксидов/гидроксидов меди и восстановленных азотсодержащих соединений (например, аммиак или аммоний при некоторых условиях). Следовательно, практическая растворимость в воде как растворённого вещества пренебрежимо мала, и воздействие воды вызывает химическое превращение, а не простое растворение.

pH раствора (качественное поведение)

Точное значение pH водного раствора отсутствует, поскольку вещество подвергается гидролизу, а не формирует стабильную растворённую соль. Качественно, продукты гидролиза могут формировать щелочные соединения (аммиак/аммоний) и оснóвные промежуточные гидролизные продукты, поэтому временные растворы или суспензии, возникающие при частичном гидролизе, могут быть нейтральными или слабо щелочными в зависимости от степени реакции и буферных свойств.

Химические свойства

Кислотно-основное поведение

Азид меди проявляет гидролитическую чувствительность: азотные атомы в решётке являются нуклеофильными/оснóвными по отношению к протонам и могут протонироваться или окисляться при воздействии кислот или воды. При сильнокислой среде происходят протонирование и окислительное растворение с выделением ионов меди и азотсодержащих соединений; в сильнощелочных условиях протекают также гидролиз и окисление, что может ускорить разложение. Само твердое вещество не является дискретной кислотой Брёнстеда или основанием в растворе, но проявляет оснóвную реактивность на активных поверхностях или дефектных участках.

Реактивность и стабильность

Азид меди химически реактивен по отношению к влаге, кислороду и обычным окислителям. Основные пути реактивности: - Гидролиз: влага вызывает превращение в оксиды/гидроксиды меди и аммиачные/аммонийные соединения. - Термическое разложение: нагрев обычно приводит к выделению азота и образованию металлической меди и оксидов меди. - Окисление: воздействие воздуха, особенно при повышенной температуре или в мелкодисперсном состоянии, способствует окислению до соединений меди(II). Для сохранения фазовой целостности рекомендуется работа в сухой инертной атмосфере и избегание водной обработки. Как протяжённое неорганическое твердое вещество, реактивность контролируется поверхностью и сильно зависит от размера частиц, стехиометрии и концентрации дефектов.

Молекулярные и ионные параметры

Формула и молекулярная масса

Молекулярная формула (вычисленная): Cu3H2N
Молекулярная масса (вычисленная): 206.66

Примечание: вычисленные дескрипторы для данного вещества содержат формулу и массу вышеуказанных значений; материал лучше описывать как протяжённый неорганический твердый тел Cu3N, а не как дискретный молекулярный вид.

Дополнительные вычисленные молекулярные параметры (сообщённые): - Точная масса: 206.80571 - Моноизотопная масса: 204.80752 - Топологическая полярная поверхность (TPSA): 1 - Сложность: 3.2 - Количество тяжёлых атомов: 4 - Формальный заряд: 0 - Количество доноров водородных связей: 1 - Количество акцепторов водородных связей: 1 - Количество вращающихся связей: 0 - Количество ковалентных единиц: 4 Эти вычисленные дескрипторы являются автоматическими выходными данными и должны интерпретироваться с осторожностью для протяжённого неорганического твердого тела.

Составные ионы

Вычисленные и описательные идентификаторы указывают на наличие азанида и меди в степени окисления +1 (IUPAC-дескрипторы: азанид; медь; медь(I)). Формальное представление в некоторых описаниях показывает ионные фрагменты, такие как [NH2−], вместе с соединениями меди; однако в основном твердом азиде меди это вещество лучше рассматривать как интерстициальный нитрид в медной решётке с металлическо-ковалентной связью, а не как простое совокупное соединение дискретных ионизированных видов. Формальный заряд на всю вычисленную единицу равен 0.

Идентификаторы и синонимы

Реестровые номера и коды

Номер CAS: 1308-80-1
Номер Европейского сообщества (EC): 215-161-4
InChI: InChI=1S/3Cu.H2N/h;;;1H2/q;;+1;-1
InChIKey: DOIHHHHNLGDDRE-UHFFFAOYSA-N
SMILES: [NH2-].[Cu].[Cu].[Cu+]
Устаревшие номера CAS: 2265893-43-2, 756857-91-7

Синонимы и распространённые названия

Синонимы и распространённые наименования, предоставленные депонентом, включают: - Азид меди (Cu3N) - Триазид меди - Нитрид меди - EINECS 215-161-4 - азанид; медь; медь(1+) - COPPER(I) NITRIDE Удалённые/альтернативные синонимы из исходных списков включают Cu3N, Cu3‑N и языковые варианты, такие как "Nitruro de cobre (Cu3N)".

Промышленные и коммерческие применения

Функциональные роли и сектора использования

Азид меди применяется в качестве специального неорганического материала, преимущественно в материаловедении и разработке электронных материалов. Функции на уровне класса включают использование в качестве прекурсора для получения тонких пленок меди и медно-азотных пленок, в качестве компонента или шаблона в процессах осаждения (например, физическое или химическое осаждение из паровой фазы и реактивное распыление), а также в качестве объекта исследований по полупроводниковому и каталитическому поведению на наноуровне. Материал производится и используется в исследованиях, разработках и коммерческих маломасштабных работах, связанных с микроэлектроникой, поверхностными покрытиями и исследованием тонких пленок.

Сообщается, что вещество активно на коммерческом рынке (статус коммерческой активности — ACTIVE).

Типичные примеры применения

Тонкие пленки и покрытия для микроэлектронных и исследовательских приложений (барьеры, слои контроля диффузии или нитридные слои в многослойных архитектурах).
Прекурсор для преобразования в оксид меди, металлическую медь или другие фазы, содержащие медь, посредством контролируемого разложения или обработки после осаждения.
Исследовательский реактив для изучения металл-нитридной связи, реактивности поверхности и электронных свойств на наноуровне.

Конкретные стандартизованные промышленные формуляции не приведены; выбор для определённых применений обычно основан на гидролитической чувствительности материала, поведении при термическом разложении и характеристиках обработки тонких пленок.

Обзор безопасности и обращения

Опасности для здоровья и окружающей среды

Сообщаемые классификации опасностей и предупреждения (сводные данные по уведомлениям компаний) включают: - Сигнальное слово: Опасно - Заявления о риске по GHS (примеры и доля сообщений): H314 (38,2%): Вызывает тяжёлые повреждения кожи и глаз; H315 (61,8%): Вызывает раздражение кожи; H319 (61,8%): Вызывает серьёзное раздражение глаз; H412 (38,2%): Вреден для водных организмов с длительным эффектом. - Сообщаемые классы/категории опасности включают Skin Corr. 1A; Skin Irrit. 2; Eye Irrit. 2; Aquatic Chronic 3.

Токсикологические замечания указывают на потенциальную системную токсичность, связанную с медью, при значительном воздействии: профессиональный гепатотоксин, нефротоксин, потенциальная способность вызывать метгемоглобинемию и гемолитическую анемию в тяжёлых случаях. Отмечается экологический риск для водных организмов.

Нормативы предельно допустимого воздействия на рабочем месте, указанные в описаниях: - Предельно допустимая концентрация (ПДК): \(1.0\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\) (в пересчёте на Cu) - Предельно допустимое значение порога (TLV): \(1.0\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\) (в пересчёте на Cu) - Немедленно опасная для жизни или здоровья концентрация (IDLH): \(100.0\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\) (в пересчёте на Cu) - Максимально допустимая концентрация (MAK) (респирабельная фракция, неорганические соединения меди): \(0.01\,\mathrm{mg}\,\mathrm{m}^{-3}\)

Необходимы инженерные меры и средства индивидуальной защиты для ограничения ингаляционного и кожного воздействия пылей металлов и продуктов гидролиза/окисления. Потенциальные острые последствия при проглатывании или больших экспозициях включают поражение печени и почек, а также гематологические эффекты, связанные с отравлением медью.