СУЛЬФІД ЦИНКУ (ZNS): СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ ТА ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ

Сульфід цинку являє собою неорганічну сполуку з формулою Z _н S , утворений катіонів Zn ²⁺ і аніони S ² . Він зустрічається в природі головним чином як два мінерали: вюрцит і сфалерит (або цинкова суміш), останній є основною формою.

Сфалерит природного чорного кольору завдяки домішкам. У чистому вигляді він представляє білі кристали, в той час як вюрцит має сірувато-білі кристали.

Джерело: Автор Killerlimpet, з Wikimedia Commons

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

Сульфід цинку може утворюватися, серед інших реакцій, корозією та нейтралізацією.

Корозією:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

За допомогою нейтралізації:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

Сульфід цинку - це фосфоресцентна сіль, яка надає їй здатність для багаторазового використання та застосування. Також це напівпровідник і фотокаталізатор.

Будова

Сульфід цинку приймає кристалічні структури, керовані електростатичними притяганнями між катіоном Zn ²⁺ та S ^2- аніоном . Це два: сфалерит або цинкова суміш і вурцит. В обох іони мінімізують відштовхування між іонами рівних зарядів.

Цинкова суміш є найбільш стійкою в наземних умовах тиску і температури; і вурцит, який менш щільний, є результатом кристалічної перебудови через підвищення температури.

Дві структури можуть співіснувати в одному твердому тілі ZnS одночасно, хоча дуже повільно вурцит виявиться домінуючим.

Цинкова суміш

Джерело: По твердому тілу, із Вікісховища

На верхньому зображенні зображено кубічну одиничну клітинку, зосереджену на гранях структури цинкової суміші. Жовті сфери відповідають S ^2- аніонам , а сірі сфери - катіонами Zn ²⁺ , розташованими в кутах та в центрах граней куба.

Зверніть увагу на чотиригранні геометрії навколо іонів. Цинкова суміш також може бути представлена цими тетраедрами, отвори яких у кристалі мають однакову геометрію (чотиригранні отвори).

Так само в одиничних осередках виконується пропорція ZnS; тобто співвідношення 1: 1. Таким чином, для кожного катіона Zn ²⁺ існує аніон S ^2- . На зображенні може здатися, що сірих сфер багато, але насправді, оскільки вони знаходяться в кутах та центрі граней куба, вони поділяються іншими клітинами.

Наприклад, якщо взяти чотири жовті сфери, що знаходяться всередині коробки, “шматочки” всіх сірих кульок навколо нього повинні дорівнювати (і вони роблять) чотирьом. Таким чином, в осередку кубічної одиниці є чотири Zn ²⁺ і чотири S ^2- , при цьому виконується стехіометричне відношення ZnS.

Важливо також підкреслити, що перед жовтими сферами та позаду них є чотиригранні отвори (простір, який відділяє їх одна від одної).

Вурзіта

Джерело: По твердому тілу, із Вікісховища

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

Властивості

Колір

Його можна представити трьома способами:

-Вюрцит, з білими і шестикутними кристалами.

-Сфалерит, із сірувато-білими кристалами та кубічними кристалами.

-Як білий порошок білого до сірувато-білого або жовтуватого кольору та кубічні жовтуваті кристали.

Точка плавлення

1700ºС.

Розчинність у воді

Практично нерозчинний (0,00069 г / 100 мл при 18 ° С).

Розчинність

Нерозчинний в лугах, розчинний у розведених мінеральних кислотах.

Щільність

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

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 стійкий.

Розкладання

При нагріванні до високих температур він виділяє токсичні пари цинку та оксидів сірки.

Номенклатура

Електронна конфігурація Zn - 3d ¹⁰ 4s ² . Втративши два електрони орбіталі 4s, він залишається як катіон Zn ²⁺ із заповненими d-орбіталями. Тому, оскільки Zn ²⁺ є електронно набагато стійкішим, ніж Zn ⁺ , він має лише валентність +2.

Отже, для номенклатури запасів додавання її валентності, укладеної в дужки та з римськими цифрами, опускається: сульфід цинку (II).

Систематична та традиційна номенклатура

Але є й інші способи викликати ZnS на додаток до вже згаданого. У систематиці кількість атомів кожного елемента задається грецькими чисельниками; за винятком елемента праворуч, коли він лише один. Таким чином, ZnS названий як: цинк моно сульфід (і не monozinc моносульфід).

Що стосується традиційної номенклатури, цинк, що має одну валентність +2, додається суфіксом –ico. Отже, його традиційна назва: сульфід цинку ico .

Програми

Як пігменти або покриття

-Сахтоліт - це білий пігмент, виготовлений із сульфіду цинку. Застосовується в котлах, мастиках, герметиках, підшерстях, латексних фарбах та вивісках.

Її використання в поєднанні з пігментами, що поглинають ультрафіолетове світло, такими як мікро титан або прозорі пігменти оксиду заліза, необхідні в стійких до погоди пігментах.

-При застосуванні ZnS до латексних або фактурних фарб він має тривалу мікробіцидну дію.

-Зважаючи на велику твердість і стійкість до поломки, ерозії, дощу або пилу, це робить його придатним для зовнішніх інфрачервоних вікон або в рамах літака.

-ZnS застосовується при покритті роторів, що використовуються для транспортування сполук, для зменшення зносу. Його також використовують у виробництві друкарських фарб, ізоляційних сполук, термопластичної пігментації, вогнестійкої пластмаси та електролюмінесцентних ламп.

-Сульфід цинку може бути прозорим і його можна використовувати як вікно для видимої оптики та інфрачервоної оптики. Застосовується в пристроях нічного бачення, телевізійних екранах, радіолокаційних екранах та люмінесцентних покриттях.

-Допінг ZnS з Cu використовується у виробництві панелей електролюмінесценції. Також його використовують у ракетному рушії та гравіметрії.

Для його фосфоресценції

-Фосфоресценція використовується для тонування рук годинника і тим самим відображення часу в темряві; також у фарбі для іграшок, в аварійних знаках та дорожніх попередженнях.

Фосфоресценція дозволяє використовувати сульфід цинку в катодних променях і рентгенівських екранах, щоб світитися в темних плямах. Колір фосфоресценції залежить від використовуваного активатора.

Напівпровідники, фотокаталізатори та каталізатори

-Сфалерит і вурцит - це широкосмугові щілинні напівпровідники. Сфалерит має проміжок у діапазоні 3,54 еВ, тоді як вурцит має зазор 3,91 еВ.

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

-Втручається як каталізатор деградації органічних забруднюючих речовин. Він використовується при підготовці кольорового синхронізатора в світлодіодних лампах.

-Вони нанокристалів використовують для надчутливого виявлення білків. Наприклад, випромінюючи світло від квантових точок ZnS. Його використовують при приготуванні комбінованого фотокаталізатора (CdS / ZnS) -TiO2 для виробництва електроенергії за допомогою фотоелектрокаталізу.

Список літератури

PubChem. (2018). Сульфід цинку. Взято з: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
QuimiNet. (2015 р., 16 січня). Білий пігмент на основі сульфіду цинку. Відновлено з сайту: quiminet.com
Вікіпедія. (2018). Сульфід цинку. Взято з: en.wikipedia.org
II-VI Великобританія. (2015). Сульфід цинку (ZnS). Взято з: ii-vi.es
Роб Торекі. (30 березня 2015 р.). Структура Цинкбленде (ZnS) Взято з: ilpi.com
Хімія LibreTexts. (22 січня 2017 р.). Будова-цинкова суміш (ZnS). Взято з: chem.libretexts.org
Прочитайте. (2018). Сульфід цинку / сульфід цинку (ZnS). Взято з: reade.com

СУЛЬФІД ЦИНКУ (ZNS): СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ ТА ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025