Iodure de cuivre(I)
L'iodure de cuivre(I), aussi appelé iodure cuivreux, est un composé inorganique, le plus bas iodure du cuivre, de formule CuI.
Il est utile dans une large gamme d'applications allant de la synthèse organique à l'ensemencement des nuages.
Propriétés
À l'état pur, il se présente sous la forme d'un poudre incolore[1], mais il est plus couramment d'une couleur grisâtre. Il existe aussi sous la forme d'un minerai naturel rare, la marshite, et présente dans ce cas une teinte brun rougeâtre qui est due à la présence d'impuretés. Il est courant que de échantillons contenant de l'iode se décolorent en raison de l'oxydation aérobie facile de l'anion iodure en diiode[1].
Avec une solubilité de (Modèle:Unité à Modèle:Tmp)[1], l'iodure de cuivre est pratiquement insoluble dans l'eau, mais il se dissout en présence de NaI ou KI pour donner l'anion linéaire [CuI2]−. La dilution de telles solutions avec de l'eau reprécipite CuI. Ce procédé de dissolution–précipitation est utilisé pour purifier CuI, et permet d'obtenir des échantillons incolores[1].
Dissout dans l'acétonitrile, il produit une solution de divers complexes. Lors de la cristallisation, des composés moléculaires[2] ou polymériques[3]Modèle:,[4] peuvent être isolés. Il est également possible de dissoudre CuI dans l'acétone ou le chloroforme en utilisant le bon agent complexant, par exemple du thiocarbamide ou ses dérivés. Les composés qui cristallisent à partir de ce genre de solutions sont des chaînes inorganiques hybrides[5].
En raison de la configuration des électrons d10, les composés de cuivre(I) sont diamagnétiques. L'iodure de cuivre est beaucoup moins sensible à la lumière que le bromure ou le chlorure de cuivre(I), mais il libère néanmoins de petites quantités d'iode lorsqu'il est exposé à la lumière dans l'air ambiant avec une légère décomposition.
Structure
L'iodure de cuivre(I), comme la plupart des halogénures de métal binaires, est un polymère inorganique. Il a un diagramme de phase riche, et existe sous la forme de plusieurs formes cristallins. Il adopte la structure de la blende en dessous de Modèle:Tmp (γ-CuI), celle de la wurtzite entre 390 et Modèle:Tmp (β-CuI), et celle du sel (chlorure de sodium) au dessus de Modèle:Tmp (α-CuI). Les ions adoptent une configuration tétraédrique dans les structures blende ou wurtzite, avec une distance Cu-I de Modèle:Unité.
La même transition blende-wurtzite se produit pour le bromure de cuivre(I) et le chlorure de cuivre(I), respectivement à Modèle:Tmp et Modèle:Tmp. Sachant que les distances interatomiques cuivre-brome et cuivre-chlore sont respectivement de Modèle:Unité et Modèle:Unité[6], on peut noter une relation inverse entre la longueur de liaison cuivre-halogène et la hauteur de la température de transition entre les deux structures.
-iodide-unit-cell-3D-balls.png) |
-iodide-(beta)-unit-cell-3D-balls.png) |
-iodide-(alpha)-unit-cell-3D-balls.png)
|
| γ-CuI | β-CuI | α-CuI |
Synthèse
L'iodure de cuivre(I) peut être préparé en laboratoire en dissolvant du cuivre dans de l'acide iodhydrique concentré, en faisant réagir du cyanure de cuivre(I) avec de l'iodure d'hydrogène. Une autre méthode commune est de mélanger un sel de cuivre(II), généralement une solution de sulfate de cuivre) et une solution d'iodure de sodium ou d'iodure de potassium.
- [[Cuivre|CuModèle:Exp]] + 2 [[Iodure|IModèle:Exp]] ⟶ Modèle:Fchim.
Une dernière variante est le titrage d'une solution de sulfate de cuivre(II) avec une solution stœchiométrique d'iodure de potassium et de thiosulfate de sodium, afin d'obtenir un produit aussi propre que possible[1] :
- 2 [[Sulfate de cuivre|Modèle:Fchim]] + 4 KI ⟶ 2 Modèle:Fchim + 2 [[Sulfate de potassium|Modèle:Fchim]].
L'iodure de cuivre(II) formé de façon intermédiaire est instable et se décompose presque instantanément en iodure de cuivre(I) et en diiode.
- 2 Modèle:Fchim ⟶ 2 CuI + [[Diiode|Modèle:Fchim]].
Cette dégradation constitue la base du dosage des composés de cuivre(II) par iodométrie, l'iode ainsi formé étant quantifié par un titrage rédox. Cependant, dans le cadre de la synthèse de CuI, cet excès d'iode a tendance à contaminer le produit obtenu et à former des complexes d'iodure de cuivre solubles ; on l'élimine donc de la réaction par le thiosulfate, qui donne le tétrathionate :
- 2 [[Thiosulfate de sodium|Modèle:Fchim]] + Modèle:Fchim ⟶ Modèle:Fchim + 2 NaI.
L'équation globale de la réaction est donc :
- 2 [[Sulfate de cuivre|Modèle:Fchim]] + 4 KI + 2 [[Thiosulfate de sodium|Modèle:Fchim]] ⟶ 2 CuI + 2 [[Sulfate de potassium|Modèle:Fchim]] + Modèle:Fchim + 2 NaI.
Dans l'industrie, l'iodure de cuivre(I) est obtenu en faisant passer des vapeur de diiode sur du cuivre métallique :
- 2 Cu + [[Diiode|Modèle:Fchim]] ⟶ 2 CuI.
Utilisations
L'iodure de cuivre(I) est utilisé dans de nombreux domaines pour des applications variées, et plus particulièrement en synthèse organique
En combinaison avec des ligands 1,2- ou 1,3-diamine, CuI catalyse la conversion de bromures d'aryle, d'hétéroaryle ou de vinyle en iodures correspondants, l'iodure de sodium servant de source en iodure et le dioxane de solvant (voir la réaction de Finkelstein)[7]. Les halogénures d'aryle sont utilisés pour former des liaisons carbone-carbone et carbone-hétéroatome via des procédés tels que la réaction de Heck, la réaction de Stille, la réaction de Suzuki, le couplage de Sonogashira ou la réaction d'Ullmann. Les iodures d'aryle sont à ce propos bien plus réactifs que leurs homologues bromures ou chlorures. L'iodure de cuivre(I) peut aussi être utilisé pour catalyser des réactions de couplage des alcynes avec des halogénoalcane. On peut citer comme exemple la réaction entre le 2-bromo-1-octèn-3-ol avec le non-1-yne catalysé par le dichlorobis(triphénylphosphine)palladium(II), la diéthylamine et CuI et pour former le 7-méthylène-8-hexadécyn-6-ol[8].
Le CuI est utilisé dans la production d'agrégats de Cu(I)[9]. Il est également utilisé dans la détection du mercure. Au contact de vapeurs de mercure, le composé initialement blanc prend une teinte brune du fait de la formation de tétraiodomercurate de cuivre.
Le CuI peut servir de source d'iode alimentaire dans le sel de table et la nourriture animale[10]. Enfin, CuI est utilisé dans l'ensemencement des nuages[10], c'est-à-dire modifier la quantité ou le type de précipitation d'un nuage, voire leur structure en dispersant des substances dans l'atmosphère qui augmentent la capacité de l'eau à former des gouttelettes ou des cristaux. Le CuI fournit une sphère autour de laquelle l'humidité contenue dans le nuage se condense, ce qui entraîne une augmentation des précipitations et une diminution de la densité du nuage.