Структура, властивості, номенклатура, використання сульфіду цинку (ZnS)

The сульфід цинку являє собою неорганічне з'єднання формули Z_nS, утворені катіонами Zn²⁺ і аніони S^2-. В природі вона зустрічається головним чином як два мінерали: wurtzite і сфалерит (або цинкова бленда), причому остання є основною формою.

Сфалерит з'являється в природі чорного кольору завдяки домішкам, які він представляє. У чистому вигляді вона має білі кристали, а вюрцит має сірувато-білі кристали.

Сульфід цинку нерозчинний у воді. Це може завдати шкоди навколишньому середовищу, оскільки він проникає в землю і забруднює підземні води та її течії.

Сульфід цинку може бути отриманий, серед інших реакцій, шляхом корозії та нейтралізації.

За корозією:

Zn + H₂S => ZnS + H₂

За допомогою нейтралізації:

H₂S + Zn (OH)₂ => ZnS + 2H₂O

Сульфід цинку являє собою фосфоресцентную сіль, яка надає їй здатність багаторазового використання і застосування. Крім того, він є напівпровідником і фотокаталізатором.

Індекс

• 1 Структура
  • 1.1 Бленда цинку
  • 1.2 Wurzita
• 2 Властивості
  • 2.1 Колір
  • 2.2 Точка плавлення
  • 2.3 Розчинність у воді
  • 2.4 Розчинність
  • 2.5 Щільність
  • 2.6 Твердість
  • 2.7 Стабільність
  • 2.8 Розкладання
• 3 Номенклатура
  • 3.1 Систематичні та традиційні номенклатури
• 4 Використання
  • 4.1 Як пігменти або покриття
  • 4.2 Через його фосфоресценції
  • 4.3 Напівпровідник, фотокаталізатор і каталізатор
• 5 Посилання

Структура

Сульфід цинку приймає кристалічні структури, що регулюються електростатичними привабливістю між катіоном Zn²⁺ і аніон S^2-. Це два: сфалерит або цинкова суміш, а також wurzite. В обох іонах до мінімуму зводяться відштовхування між іонами рівних зарядів.

Цинкова суміш є найбільш стабільною в умовах земного тиску і температури; і менш густий вурцит виникає в результаті кристалічної перегрупування за рахунок підвищення температури.

Дві структури можуть співіснувати в одній і тій же твердої речовини ZnS одночасно, хоча, дуже повільно, wurzite закінчиться переважаючим.

Цинк Бленде

Верхнє зображення показує кубічну елементарну комірку з центром на гранях структури цинкової обманки. Жовті сфери відповідають S аніонам^2-, і катіони сірого до Zn²⁺, розташовані в кутах і в центрах куба.

Зверніть увагу на тетраедричні геометрії навколо іонів. Цинкова суміш також може бути представлена ​​цими тетраедрами, чиї отвори всередині кристала мають однакову геометрію (тетраедричні отвори).

Крім того, в одиничних елементах досягається співвідношення ZnS; тобто співвідношення 1: 1. Таким чином, для кожного катіона Zn²⁺ є аніон S^2-. На зображенні може здатися, що сірі сфери рясніють, але насправді, коли вони знаходяться в кутах і центрі граней куба, вони поділяються іншими клітинами.

Наприклад, якщо взяти чотири жовті сфери, що знаходяться всередині коробки, "шматочки" всіх сірих сфер навколо вас повинні додати те ж саме (і вони роблять), чотири. Таким чином у кубічній елементарній комірці є чотири Zn²⁺ і чотири S^2-, виконання стехіометричного співвідношення ZnS.

Важливо також підкреслити, що перед і за жовтими сферами є тетраедричні отвори (простір, що відокремлює їх один від одного)..

Wurzita

На відміну від структури цинкової обманки, wurzite приймає гексагональну кристалічну систему (верхнє зображення). Це менш компактно, тому тверда речовина має меншу щільність. Іони в wurzite також мають чотиригранні середовища і співвідношення 1: 1, що відповідає формулі ZnS.

Властивості

Колір

Його можна представити трьома способами:

-Вюрцит, з білими і гексагональними кристалами.

-Сфалерит, з біло-сіруватими кристалами і кубічними кристалами.

-У вигляді білого до сірувато-білого або жовтуватого порошку і кубічних жовтуватих кристалів.

Точка плавлення

1700º С.

Розчинність у воді

Практично нерозчинні (0,00069 г / 100 мл при 18 ° C).

Розчинність

Нерозчинний у лугах, розчинний у розбавлених мінеральних кислотах.

Щільність

Сфалерит 4.04 г / см³ і wurtzite 4,09 г / см³.

Твердість

Він має твердість від 3 до 4 за шкалою Мооса.

Стабільність

Коли вона містить воду, вона повільно окислюється до сульфату. У сухому середовищі він стабільний.

Розкладання

При нагріванні при високих температурах він виділяє токсичні пари оксидів цинку і сірки.

Номенклатура

Електронна конфігурація Zn - [Ar] 3d¹⁰4s². Втрата двох електронів 4s орбіталі схожа на катіон Zn²⁺ з його повними орбіталями. Тому, враховуючи, що в електронному вигляді Zn²⁺ вона набагато більш стійка, ніж Zn⁺, вона має тільки валентність +2.

Отже, не використовуючи номенклатуру запасів, додайте його валентність, укладену в круглі дужки та римськими цифрами: сульфід цинку (II).

Систематичні і традиційні номенклатури

Але є й інші способи назвати ZnS на додаток до вже запропонованого. У систематиці число атомів кожного елемента задається грецькими чисельниками; з єдиним винятком елемента справа, коли він єдиний. Таким чином, ZnS називається: мавпаСульфід цинку (а не моноцинку моносульфід).

Що стосується традиційної номенклатури, цинк, що має унікальну валентність +2, додається додаванням суфікса -ico. Як наслідок, його традиційна назва: сульфід цинкуico.

Використання

Як пігменти або покриття

-Sachtolith - білий пігмент з сульфіду цинку. Використовується в шпаклівках, мастиках, ущільнювачах, нижніх кришках, латексних фарбах і вивісках.

Його використання в поєднанні з пігментами, що поглинають ультрафіолетове світло, такі як мікротитанові або прозорі пігменти оксиду заліза, необхідні в атмосферостійких пігментах.

-При застосуванні ZnS в латексних або текстурованих фарбах він має тривалий мікробіцидну дію.

-Завдяки своїй високої твердості та стійкості до поломки, ерозії, дощу або пилу робить його придатним для зовнішніх інфрачервоних вікон або рамок літаків.

-ZnS використовується в покритті роторів, що використовуються при транспортуванні сполук, для зменшення зносу. Використовується також у виробництві друкарських фарб, ізоляційних сполук, термопластичних пігментацій, вогнестійких пластмас і електролюмінесцентних ламп.

-Сульфід цинку може бути прозорим і може використовуватися як вікно для видимої оптики і інфрачервоної оптики. Використовується в приладах нічного бачення, на екранах телевізорів, екранах радарів і в флуоресцентних покриттях.

-Легування ZnS Cu використовується у виробництві панелей електролюмінесценції. Крім того, він використовується в ракетному русі і гравіметрії.

Через його фосфоресценції

-Його фосфоресценція використовується для фарбування рук годинника і таким чином візуалізувати час у темряві; також у фарбах для іграшок, в аварійних знаках та попередженнях про дорожній рух.

Фосфоресценція дозволяє використовувати сульфід цинку в електронно-променевих трубах і на рентгенівських екранах для блиску в темних місцях. Колір фосфоресценції залежить від використовуваного активатора.

Напівпровідник, фотокаталізатор і каталізатор

-Сфалерит і вюрцит є широкосмуговими щілинними напівпровідниками. Сфалерит має ширину забороненої зони 3,54 еВ, а вюрцит має ширину забороненої зони 3,91 еВ.

-ZnS використовується при приготуванні фотокаталізатора, що складається з CdS - ZnS / цирконію - фосфату титану, що використовується для виробництва водню під видимим світлом.

-Він діє як каталізатор для деградації органічних забруднювачів. Застосовується при підготовці кольорового синхронізатора в світлодіодних лампах.

-Його нанокристали використовуються для ультрачутливого виявлення білків. Наприклад, випускаючи світло з квантових точок ZnS. Використовується для приготування комбінованого фотокаталізатора (CdS / ZnS) -TiO2 для виробництва електроенергії за допомогою фотоелектрокаталізу..

Список літератури

1. PubChem. (2018). Сульфід цинку. Взяті з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (16 січня 2015 року). Білий пігмент на основі сульфіду цинку. Отримано з: quiminet.com
3. Вікіпедія. (2018). Сульфід цинку. Взяті з сайту: en.wikipedia.org
4. II-VI Великобританія. (2015). Сульфід цинку (ZnS). Взяті з: ii-vi.es
5. Роб Торекі (30 березня 2015 року). Структура цинкбленди (ZnS). Взяті з: ilpi.com
6. Хімія LibreTexts. (22 січня 2017 року). Структура-цинкова бленда (ZnS). Взяті з: chem.libretexts.org
7. Reade. (2018). Сульфід цинку / Сульфід цинку (ZnS). Взяті з: reade.com