Óxido de cobre(I)

óxido de cobre(I) u óxido cuproso es el compuesto inorgánico de fórmula Cu₂O. Es uno de los principales óxidos de cobre, siendo el otro el óxido de cobre (II) o el óxido cúprico (CuO). El óxido cuproso es un sólido de color rojo y forma parte de algunas pinturas antiincrustantes. El compuesto puede aparecer amarillo o rojo, según el tamaño de las partículas. El óxido de cobre (I) se encuentra como cuprita, un mineral rojizo.

Preparación

El óxido de cobre (I) se puede producir mediante varios métodos. De manera más sencilla, surge mediante la oxidación del cobre metálico:

4 Cu + O₂ → 2 Cu₂O

Los aditivos como el agua y los ácidos afectan la velocidad de este proceso, así como la oxidación adicional a óxidos de cobre (II). También se produce comercialmente mediante la reducción de soluciones de cobre (II) con dióxido de azufre.

Reacciones

Las soluciones acuosas de cloruro cuproso reaccionan con la base para dar el mismo material. En todos los casos, el color es muy sensible a los detalles procesales.

La formación de óxido de cobre(I) es la base de la prueba de Fehling y de la prueba de Benedict para azúcares reductores. Estos azúcares reducen una solución alcalina de una sal de cobre (II), dando un precipitado rojo brillante de Cu₂O.

Se forma en piezas de cobre plateadas expuestas a la humedad cuando la capa de plata es porosa o está dañada. Este tipo de corrosión se conoce como peste roja.

Little evidence exists for copper(I) hydroxide NaOH, which is expected to rapidly undergo dehydration. A similar situation applies to the hydroxides of gold(I) and silver(I).

Propiedades

El sólido es diamagnético. En términos de sus esferas de coordinación, los centros de cobre tienen 2 coordinaciones y los óxidos son tetraédricos. Por tanto, la estructura se parece en cierto sentido a los principales polimorfos del SiO2, pero las redes del óxido cuproso se interpenetran.

El óxido de cobre(I) se disuelve en una solución concentrada de amoníaco para formar el complejo incoloro [Cu(NH₃)₂]⁺, que se oxida fácilmente en el aire al azul [Cu(NH₃)₄(H₂O)₂] ²⁺. Se disuelve en ácido clorhídrico para dar soluciones de CuCl⁻
>₂. El ácido sulfúrico y el ácido nítrico diluidos producen sulfato de cobre (II) y nitrato de cobre (II), respectivamente.

Cu₂O se degrada a óxido de cobre(II) en aire húmedo.

Estructura

Cu₂O cristaliza en una estructura cúbica con una constante de red a_l = 4,2696 Å. Los átomos de cobre se organizan en una subred fcc, los átomos de oxígeno en una subred bcc. Una subred se desplaza un cuarto de la diagonal del cuerpo. El grupo espacial es Pn3m, que incluye el grupo de puntos con simetría octaédrica completa.

Propiedades semiconductoras

En la historia de la física de semiconductores, el Cu₂O es uno de los materiales más estudiados, y muchas aplicaciones experimentales de semiconductores se han demostrado por primera vez en este material:

• Semiconductor
• Diódos semiconductores
• Phonoritons ("una superposición coherente de exciton, foton y phonon")

Los excitones más bajos en Cu₂O tienen una vida extremadamente larga; Se han demostrado formas de línea de absorción con anchos de línea neV, que es la resonancia de excitón en masa más estrecha jamás observada. Los polaritones cuadrupolares asociados tienen una velocidad de grupo baja que se acerca a la velocidad del sonido. Por tanto, la luz se mueve casi tan lentamente como el sonido en este medio, lo que da como resultado altas densidades de polaritones. Otra característica inusual de los excitones en estado fundamental es que todos los mecanismos de dispersión primarios se conocen cuantitativamente. El Cu₂O fue la primera sustancia en la que se pudo establecer un modelo totalmente libre de parámetros de ampliación del ancho de línea de absorción en función de la temperatura, lo que permitió deducir el coeficiente de absorción correspondiente. Se puede demostrar utilizando Cu₂O que las relaciones de Kramers-Kronig no se aplican a los polaritones.

Aplicaciones

El óxido cuproso se usa comúnmente como pigmento, fungicida y agente antiincrustante para pinturas marinas. Los diodos rectificadores basados en este material se utilizan industrialmente ya en 1924, mucho antes de que el silicio se convirtiera en el estándar. El óxido de cobre (I) también es responsable del color rosa en una prueba de Benedict positiva.

En diciembre de 2021, Toshiba anunció la creación de una célula solar de película fina de óxido cuproso transparente (Cu₂O). La celda logró una eficiencia de conversión de energía del 8,4%, la eficiencia más alta jamás reportada para cualquier celda de este tipo a partir de 2021. Las celdas podrían usarse para aplicaciones de estaciones de plataformas de gran altitud y vehículos eléctricos.

Compuestos similares

Un ejemplo de óxido de cobre(I,II) natural es el mineral paramelaconita, Cu₄O₃ o Cu^I
>₂Cu^II
>₂O₃.