СУЛЬФИД ЦИНКА (ЦИНК): СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ

Сульфид цинка представляет собой неорганическое соединение с формулой Z _н S , образованный катионов Zn ²⁺ и анионы S ^2- . Он встречается в природе в основном в виде двух минералов: вюрцита и сфалерита (или цинковой обманки), причем последний является его основной формой.

Сфалерит имеет естественный черный цвет из-за примесей. В чистом виде он представляет собой белые кристаллы, а вюрцит - серовато-белые кристаллы.

Источник: Killerlimpet, Wikimedia Commons

Сульфид цинка не растворяется в воде. Он может нанести ущерб окружающей среде, поскольку проникает в землю и загрязняет грунтовые воды и их течения.

Сульфид цинка может образовываться, помимо других реакций, в результате коррозии и нейтрализации.

По коррозии:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Путем нейтрализации:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

Сульфид цинка - это фосфоресцирующая соль, благодаря чему он может использоваться в различных целях. Также это полупроводник и фотокатализатор.

Структура

Сульфид цинка принимает кристаллические структуры, регулируемые электростатическим притяжением между катионом Zn ²⁺ и анионом S ^2- . Это два: сфалерит или цинковая обманка и вюрцит. В обоих случаях ионы минимизируют отталкивание между ионами с одинаковым зарядом.

Цинковая обманка наиболее устойчива в земных условиях давления и температуры; и менее плотный вурцит является результатом кристаллической перегруппировки из-за повышения температуры.

Две структуры могут сосуществовать в одном твердом ZnS одновременно, хотя очень медленно вюрцит в конечном итоге будет доминировать.

Цинковая обманка

Источник: Solid State, Wikimedia Commons.

На верхнем изображении показана кубическая элементарная ячейка с центром на гранях структуры цинковой обманки. Желтые сферы соответствуют анионам S ^2- , а серые сферы - катионам Zn ²⁺ , расположенным в углах и центрах граней куба.

Обратите внимание на тетраэдрическую геометрию вокруг ионов. Цинковая обманка также может быть представлена этими тетраэдрами, отверстия которых внутри кристалла имеют одинаковую геометрию (тетраэдрические отверстия).

Точно так же в элементарных ячейках соблюдается пропорция ZnS; то есть соотношение 1: 1. Таким образом, для каждого катиона Zn ²⁺ существует анион S ^2- . На изображении может показаться, что серых сфер много, но на самом деле, поскольку они находятся в углах и в центре граней куба, их разделяют другие ячейки.

Например, если вы возьмете четыре желтых сферы, которые находятся внутри коробки, «кусочки» всех серых сфер вокруг нее должны равняться (и равняться) четырем. Таким образом, в кубической элементарной ячейке четыре Zn ²⁺ и четыре S ^2- , при этом соблюдается стехиометрическое соотношение ZnS.

Также важно подчеркнуть, что перед желтыми сферами и позади них (пространство, отделяющее их друг от друга) есть четырехгранные отверстия.

Вурзита

Источник: Solid State, Wikimedia Commons.

В отличие от структуры цинковой обманки, вюрцит имеет гексагональную кристаллическую систему (верхнее изображение). Это менее компактно, поэтому твердое тело имеет меньшую плотность. Ионы в вюрците также имеют тетраэдрическое окружение и соотношение 1: 1, что согласуется с формулой ZnS.

Свойства

цвет

Его можно представить тремя способами:

-Вюрцит с белыми и гексагональными кристаллами.

-Сфалерит с серовато-белыми кристаллами и кубическими кристаллами.

- В виде порошка от белого до серовато-белого или желтоватого цвета и кубических желтоватых кристаллов.

Температура плавления

1700º С.

Растворимость воды

Практически нерастворим (0,00069 г / 100 мл при 18 ° C).

Растворимость

Нерастворим в щелочах, растворим в разбавленных минеральных кислотах.

плотность

Сфалерит 4,04 г / см ³ и вюрцит 4,09 г / см ³ .

твердость

Его твердость от 3 до 4 по шкале Мооса.

стабильность

Когда он содержит воду, он медленно окисляется до сульфата. В сухой среде устойчив.

Разложение

При нагревании до высоких температур выделяет токсичные пары оксидов цинка и серы.

Номенклатура

Электронная конфигурация Zn равна 3d ¹⁰ 4s ² . Теряя два электрона 4s-орбитали, он остается катионом Zn ²⁺ с заполненными d-орбиталями. Следовательно, поскольку Zn ²⁺ электронно намного более стабилен, чем Zn ⁺ , он имеет только валентность +2.

Следовательно, для номенклатуры сырья добавление его валентности в круглых скобках и римскими цифрами опущено: сульфид цинка (II).

Систематические и традиционные номенклатуры

Но есть и другие способы вызова ZnS в дополнение к уже упомянутому. В систематике количество атомов каждого элемента указывается греческими числителями; за единственным исключением элемента справа, когда он только один. Таким образом, ZnS назван как: цинк моно сульфид (и не monozinc моносульфид).

Что касается традиционной номенклатуры, цинк, имеющий единственную валентность +2, добавляется путем добавления суффикса –ico. Следовательно, его традиционное название - сульфид цинка ico .

Приложения

В качестве пигментов или покрытий

-Сахтолит - белый пигмент на основе сульфида цинка. Он используется в герметиках, мастиках, герметиках, грунтовках, латексных красках и вывесках.

Его использование в сочетании с пигментами, поглощающими ультрафиолетовый свет, такими как микротитан или прозрачные пигменты на основе оксида железа, необходимо в погодоустойчивых пигментах.

-При нанесении ZnS на латексные или текстурированные краски он оказывает длительное бактерицидное действие.

-Благодаря своей высокой твердости и устойчивости к поломке, эрозии, дождю или пыли, он подходит для наружных инфракрасных окон или рам самолетов.

-ZnS используется для покрытия роторов, используемых при транспортировке компаундов, для уменьшения износа. Он также используется в производстве печатных красок, изоляционных смесей, термопластичных пигментов, огнестойких пластиков и электролюминесцентных ламп.

-Сульфид цинка может быть прозрачным и может использоваться в качестве окна для видимой оптики и инфракрасной оптики. Он используется в приборах ночного видения, телевизионных экранах, экранах радаров и флуоресцентных покрытиях.

- Легирование ZnS Cu используется при производстве электролюминесцентных панелей. Также он используется в ракетных двигательных установках и гравиметрии.

За его фосфоресценцию

- Его фосфоресценция используется для тонирования стрелок часов и отображения времени в темноте; также в краске для игрушек, в знаках аварийной ситуации и предупреждениях дорожного движения.

Фосфоресценция позволяет использовать сульфид цинка в электронно-лучевых трубках и рентгеновских экранах, чтобы светиться в темных пятнах. Цвет фосфоресценции зависит от используемого активатора.

Полупроводник, фотокатализатор и катализатор

-Сфалерит и вюрцит - широкополосные щелевые полупроводники. Сфалерит имеет запрещенную зону 3,54 эВ, тогда как вюрцит имеет запрещенную зону 3,91 эВ.

-ZnS используется при приготовлении фотокатализатора, состоящего из фосфата CdS-ZnS / циркония-титана, используемого для производства водорода в видимом свете.

-Он действует как катализатор разложения органических загрязнителей. Он используется при изготовлении синхронизатора цвета в светодиодных лампах.

-Его нанокристаллы используются для сверхчувствительного обнаружения белков. Например, излучая свет из квантовых точек ZnS. Он используется для приготовления комбинированного фотокатализатора (CdS / ZnS) -TiO2 для производства электроэнергии с помощью фотоэлектрокатализа.

Ссылки

PubChem. (2018). Сульфид цинка. Взято с: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
QuimiNet. (2015, 16 января). Белый пигмент на основе сульфида цинка. Получено с: quiminet.com
Wikipedia. (2018). Сульфид цинка. Взято с: en.wikipedia.org
II-VI Великобритания. (2015). Сульфид цинка (ZnS). Взято с: ii-vi.es
Роб Тореки. (30 марта 2015 г.). Структура цинковой обманки (ZnS). Взято с: ilpi.com
Химия LibreTexts. (22 января 2017 г.). Состав - цинковая смесь (ZnS). Взято с сайта chem.libretexts.org
Читал. (2018). Сульфид цинка / сульфид цинка (ZnS). Взято с: reade.com

СУЛЬФИД ЦИНКА (ЦИНК): СТРОЕНИЕ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025