ЦИНКОВ СУЛФИД (ZNS): СТРУКТУРА, СВОЙСТВА И ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2026

В сулфид цинк е неорганично съединение на по формула Z _п S образуван от катиони Zn ²⁺ и аниони S ^2-. Той се среща в природата главно като два минерала: вурцит и сфалерит (или цинкова смес), като последният е основната му форма.

Сфалеритът е с естествено черен цвят поради примесите. В чистата си форма той представя бели кристали, докато вюрцит има сивкаво-бели кристали.

Източник: От Killerlimpet, от Wikimedia Commons

Цинковият сулфид е неразтворим във вода. Той може да причини екологични щети, тъй като прониква в земята и замърсява подпочвените води и нейните течения.

Цинковият сулфид може да се получи, наред с други реакции, чрез корозия и чрез неутрализация.

Чрез корозия:

Zn + H ₂ S => ZnS + Н ₂

Чрез неутрализация:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2Н ₂ О

Цинковият сулфид е фосфоресцираща сол, която му придава способност за множество приложения и приложения. Също така, той е полупроводник и фотокатализатор.

структура

Цинковият сулфид приема кристални структури, управлявани от електростатични атракции между катиона Zn ²⁺ и S ^2- аниона. Това са две: сфалерит или цинкова смес и вурзит. И при двете, йоните свеждат до минимум отблъскванията между йони с еднакви заряди.

Цинковата смес е най-стабилната в земните условия на налягане и температура; и wurzite, който е по-малко плътен, е резултат от кристално пренареждане поради повишена температура.

Двете структури могат да съществуват едновременно в едно и също ZnS твърдо вещество, въпреки че много бавно вурзитът ще доминира.

Цинк смес

Източник: От твърдо състояние, от Wikimedia Commons

Горното изображение показва кубичната единична клетка, центрирана върху лицата на структурата на цинковата смес. Жълтите сфери съответстват на S ^2- анионите, а сивите на катионите Zn ²⁺, разположени в ъглите и в центровете на лицата на куба.

Обърнете внимание на тетраедричните геометрии около йоните. Цинковата смес може да бъде представена и от тези тетраедри, чиито дупки вътре в кристала имат еднаква геометрия (тетраедрични дупки).

По същия начин, в рамките на единичните клетки е изпълнено съотношението ZnS; тоест съотношение 1: 1. По този начин, за всеки катион Zn2 ⁺ има S ^2- анион. На изображението може да изглежда, че сивите сфери са в изобилие, но в действителност, тъй като те са в ъглите и в центъра на лицата на куба, те се споделят от други клетки.

Например, ако вземете четирите жълти сфери, които са вътре в кутията, "парчетата" от всички сиви сфери около нея трябва да са равни (и да) четири. Така в кубичната единична клетка има четири Zn ²⁺ и четири S ^2-, като стехиометричното съотношение ZnS е изпълнено.

Важно е също да се подчертае, че пред и зад жълтите сфери има тетраедрични отвори (пространството, което ги разделя една от друга).

Wurzita

Източник: От твърдо състояние, от Wikimedia Commons

За разлика от структурата на цинковата смес, wurzite възприема шестоъгълна кристална система (горно изображение). Това е по-малко компактно, така че твърдото вещество има по-ниска плътност. Йоните във вурзит също имат тетраедрична среда и съотношение 1: 1, което е в съответствие с формулата ZnS.

Имоти

цвят

Тя може да бъде представена по три начина:

-Вюрцит, с бели и шестоъгълни кристали.

-Сфалеритът, със сивкаво-бели кристали и кубични кристали.

-Като е бял до сивкаво-бял или жълтеникав прах и кубични жълтеникави кристали.

Точка на топене

1700º С.

Разтворимост във вода

Практически неразтворим (0,00069 g / 100 ml при 18 ° C).

разтворимост

Неразтворим в алкали, разтворим в разредени минерални киселини.

плътност

Сфалерит 4,04 g / cm ³ и wurtzite 4,09 g / cm ³.

твърдост

Има твърдост от 3 до 4 по скалата на Mohs.

стабилност

Когато съдържа вода, тя бавно се окислява до сулфат. В суха среда е стабилен.

разлагане

При нагряване до високи температури той отделя токсични пари от цинкови и серни оксиди.

номенклатура

Електронната конфигурация на Zn е 3d ¹⁰ 4s ². Като загуби двата електрона на 4-те орбитали, той остава като катион Zn ²⁺ с пълните си d орбитали. Следователно, тъй като Zn ²⁺ е електронно много по-стабилен от Zn ⁺, той има само валентност от +2.

Следователно, за номенклатурата на запасите добавянето на нейната валентност, затворена в скоби и с римски цифри, се пропуска: цинков (II) сулфид.

Систематични и традиционни номенклатури

Но има и други начини да се обадите на ZnS в допълнение към вече споменатия. В систематиката броят на атомите на всеки елемент се определя с гръцките числители; с единственото изключение на елемента вдясно, когато е само един. По този начин, ZnS е наречен като: цинков моно сулфид (а не монозинц моносулфид).

По отношение на традиционната номенклатура, цинк с единична валентност +2 се добавя чрез добавяне на наставката –ico. Следователно традиционното му име е: цинков сулфид ico.

Приложения

Като пигменти или покрития

-Сахтолит е бял пигмент, направен с цинков сулфид. Използва се в уплътнения, мастики, уплътнители, подкосъм, латексови бои и табели.

Използването му в комбинация с пигменти, поглъщащи ултравиолетова светлина, като микротитанови или прозрачни пигменти от железен оксид, е необходимо при устойчиви на атмосферни влияния пигменти.

-Когато ZnS се нанася върху латекс или текстурирани бои, той има продължително микробицидно действие.

-Заради голямата си твърдост и устойчивост на счупване, ерозия, дъжд или прах, това го прави подходящ за външни инфрачервени прозорци или в рамки на самолети.

-ZnS се използва в покритието на ротори, използвани при транспортиране на съединения, за да се намали износването. Използва се и при производството на печатни мастила, изолационни съединения, термопластична пигментация, устойчива на пламък пластмаса и електролуминесцентни лампи.

-Цинковият сулфид може да бъде прозрачен и може да се използва като прозорец за видима оптика и инфрачервена оптика. Използва се в устройства за нощно виждане, телевизионни екрани, радарни екрани и флуоресцентни покрития.

-Допингът на ZnS с Cu се използва при производството на панели за електролуминесценция. Също така се използва в ракетно задвижване и гравиметрия.

За неговата фосфоресценция

-Неговата фосфоресценция се използва за оцветяване на ръцете на часовника и по този начин показване на времето в тъмното; също в боя за играчки, при спешни знаци и предупреждения за движение.

Фосфоресценцията позволява използването на цинков сулфид в епруветки с катодни лъчи и рентгенови екрани, за да свети в тъмни петна. Цветът на фосфоресценцията зависи от използвания активатор.

Полупроводник, фотокатализатор и катализатор

-Sphalerite и wurtzite са широколентови прорези полупроводници. Сфалеритът има ивица между 3.54 eV, докато wurtzite има 3.90 eV.

-ZnS се използва при получаването на фотокатализатор, съставен от CdS - ZnS / цирконий - титанов фосфат, използван за производството на водород при видима светлина.

-Тя се намесва като катализатор за разграждането на органичните замърсители. Използва се при подготовката на цветен синхронизатор в LED лампи.

-Неговите нанокристали се използват за свръхчувствително откриване на протеини. Например чрез излъчване на светлина от квантови точки на ZnS. Използва се при получаването на комбиниран фотокатализатор (CdS / ZnS) -TiO2 за електрическо производство чрез фотоелектрокатализа.

Препратки

1. PubChem. (2018). Цинков сулфид. Взета от: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (2015 г., 16 януари). Бял пигмент на базата на цинков сулфид. Възстановено от: quiminet.com
3. Wikipedia. (2018). Цинков сулфид. Взета от: en.wikipedia.org
4. II-VI Великобритания. (2015). Цинков сулфид (ZnS). Взета от: ii-vi.es
5. Роб Тореки. (30 март 2015 г.). Структурата на Zincblende (ZnS). Взета от: ilpi.com
6. Химия LibreTexts. (22 януари 2017 г.). Структура-цинкова смес (ZnS). Взета от: chem.libretexts.org
7. Рийд. (2018). Цинков сулфид / цинков сулфид (ZnS). Взета от: reade.com