CINKA SULFĪDS (ZNS): STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS UN PIELIETOJUMS - ĶĪMIJA - 2025

Cinka sulfīds ir neorganisks savienojums ar formulu Z _n S veidots ar katjoniem, Zn ^{2 +} un anjonu S ^2- . Dabā tas atrodams galvenokārt kā divi minerāli: wurtzite un shalerite (vai cinka maisījums), pēdējais ir tā galvenā forma.

Sfalerīts piemaisījumu dēļ ir dabiski melnā krāsā. Tīrā formā tas satur baltus kristālus, bet wurtzite ir pelēcīgi balti kristāli.

Avots: Autors Killerlimpet, no Wikimedia Commons

Cinka sulfīds nešķīst ūdenī. Tas var radīt kaitējumu videi, jo tas iekļūst zemē un piesārņo gruntsūdeņus un tā straumes.

Cinka sulfīdu, cita starpā, var radīt korozija un neitralizācija.

Pēc korozijas:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Neitralizējot:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

Cinka sulfīds ir fosforescējošs sāls, kas tam dod iespēju vairākkārtīgi izmantot. Tas ir arī pusvadītājs un fotokatalizators.

Uzbūve

Cinka sulfīds pieņem kristāliskas struktūras, ko pārvalda elektrostatiskie atrakcijas starp Zn ²⁺ katjonu un S ^- anjonu . Tie ir divi: sfalerīts vai cinka maisījums un wurzite. Abos jonos tiek samazināta atgrūšanās starp vienādu lādiņu joniem.

Cinka maisījums ir visstabilākais sauszemes spiediena un temperatūras apstākļos; un wurzite, kas ir mazāk blīvs, rodas kristāliskās pārkārtošanās dēļ paaugstinātas temperatūras dēļ.

Abas struktūras vienlaikus var pastāvēt vienā un tajā pašā ZnS cietajā vienlaicīgi, lai gan ļoti lēnām valzīts galu galā dominēs.

Cinka maisījums

Avots: Autors: Solid State, no Wikimedia Commons

Augšējā attēlā ir parādīta kubiskā vienības šūna, kuras centrā ir cinka maisījuma struktūras virsmas. Dzeltenās sfēras atbilst S ^2- anjoniem , un pelēkās sfēras - Zn ²⁺ katjoniem , kas atrodas kuba stūros un centros.

Ņemiet vērā tetraedru ģeometrijas ap joniem. Cinka maisījumu var attēlot arī šie tetraedri, kuru caurumiem kristāla iekšpusē ir tāda pati ģeometrija (tetraedriskiem caurumiem).

Tāpat vienības šūnās ir izpildīta ZnS proporcija; tas ir, attiecība 1: 1. Tādējādi katram Zn ²⁺ katjonam ir S2 ^- anjons . Attēlā var šķist, ka pelēko sfēru ir daudz, taču patiesībā, tā kā tās atrodas kuba seju stūros un centrā, tās ir kopīgas citām šūnām.

Piemēram, ja ņemat četras dzeltenās sfēras, kas atrodas kastes iekšpusē, visu pelēko sfēru “gabaliņiem” ap to vajadzētu būt vienādiem (un darīt) četriem. Tādējādi kubiskā vienības šūnā ir četri Zn ²⁺ un četri S ^2- , piepildot stehiometrisko attiecību ZnS.

Ir arī svarīgi uzsvērt, ka dzeltenās sfēras priekšā un aizmugurē (telpa, kas tos atdala viens no otra) ir tetraedriski caurumi.

Vurzīta

Avots: Autors: Solid State, no Wikimedia Commons

Atšķirībā no cinka maisījuma struktūras, wurzite izmanto sešstūru kristālu sistēmu (augšējais attēls). Tas ir mazāk kompakts, tāpēc cietajam materiālam ir mazāks blīvums. Juriem wurzite ir arī tetraedriska apkārtne un attiecība 1: 1, kas atbilst formulai ZnS.

Īpašības

Krāsa

To var pasniegt trīs veidos:

-Vurtzīts ar baltiem un sešstūrainiem kristāliem.

-Sfalerīts ar pelēcīgi baltiem kristāliem un kubiskiem kristāliem.

- kā balts līdz pelēcīgi balts vai dzeltenīgs pulveris un kubiski dzeltenīgi kristāli.

Kušanas punkts

1700º C.

Šķīdība ūdenī

Praktiski nešķīst (0,00069 g / 100 ml 18 ° C temperatūrā).

Šķīdība

Nešķīst sārmos, šķīst atšķaidītās minerālskābēs.

Blīvums

Sphalerite 4,04 g / cm ³ un wurtzite 4,09 g / cm ³ .

Cietība

Tā cietība ir no 3 līdz 4 pēc Mosa skalas.

Stabilitāte

Kad tas satur ūdeni, tas lēnām oksidējas līdz sulfātam. Sausā vidē tas ir stabils.

Sadalīšanās

Sildot līdz augstām temperatūrām, tas izdala toksiskus cinka un sēra oksīdu tvaikus.

Nomenklatūra

Zn elektronu konfigurācija ir 3d ¹⁰ 4s ² . Zaudējot divus 4s orbitāles elektronus, tas paliek kā Zn ²⁺ katjons ar piepildītām d orbitālēm. Tāpēc, tā kā Zn ²⁺ ir elektroniski daudz stabilāks nekā Zn ⁺ , tam ir tikai valence +2.

Tāpēc tas nav iekļauts krājumu nomenklatūrā, pievienojot tā valenci, kas pievienots iekavās un ar romiešu cipariem: cinka (II) sulfīds.

Sistemātiskas un tradicionālas nomenklatūras

Bet papildus jau minētajam ir arī citi veidi, kā piezvanīt ZnS. Sistemātikā katra elementa atomu skaits tiek norādīts ar grieķu skaitītājiem; izņemot vienīgo elementu labajā pusē, kad tas ir tikai viens. Tādējādi ZnS ir nosaukts par: cinka mono sulfīds (un ne monozinc monosulfide).

Attiecībā uz tradicionālo nomenklatūru, pievienojot piedēkli –ico, cinku ar vienotu valenci +2. Līdz ar to tā tradicionālais nosaukums ir: cinka sulfīds ico .

Lietojumprogrammas

Kā pigmenti vai pārklājumi

-Sachtolith ir balts pigments, kas izgatavots ar cinka sulfīdu. Izmanto drīvēšanai, mastikās, hermētiķos, pavilkās, lateksa krāsās un apzīmējumos.

Pret laikapstākļiem izturīgos pigmentos ir nepieciešams to lietot kombinācijā ar ultravioleto gaismu absorbējošiem pigmentiem, piemēram, mikrotitāna vai caurspīdīgiem dzelzs oksīda pigmentiem.

-Kad ZnS tiek uzklāts uz lateksa vai teksturētām krāsām, tai ir ilgstoša mikrobicīda iedarbība.

- Tā kā tai ir liela cietība un izturība pret pārrāvumiem, eroziju, lietu vai putekļiem, tā ir piemērota ārējiem infrasarkanajiem logiem vai lidmašīnu rāmjiem.

-ZnS izmanto rotoru pārklāšanai, ko izmanto savienojumu pārvadāšanai, lai samazinātu nodilumu. To izmanto arī iespiedkrāsu, izolācijas savienojumu, termoplastiskas pigmentācijas, liesmu izturīgas plastmasas un elektroluminiscences spuldžu ražošanā.

-Cinka sulfīds var būt caurspīdīgs, un to var izmantot kā logu redzamajai optikai un infrasarkanajai optikai. To izmanto nakts redzamības ierīcēs, televīzijas ekrānos, radaru ekrānos un dienasgaismas pārklājumos.

- Elektroluminiscences paneļu ražošanā tiek izmantots ZnS dopings ar Cu. To izmanto arī raķešu dzinējos un gravimetrijā.

Par tās fosforescenci

-Tā fosforizēšana tiek izmantota, lai tonētu pulksteņa rokas un tādējādi parādītu laiku tumsā; arī rotaļlietu krāsā, avārijas zīmēs un satiksmes brīdinājumos.

Fosporācija ļauj izmantot cinka sulfīdu katodstaru lampās un rentgena ekrānos, lai mirdzētu tumšos plankumos. Fosforescences krāsa ir atkarīga no izmantotā aktivatora.

Pusvadītājs, fotokatalizators un katalizators

-Šalerīts un wurtzite ir platjoslas sagriezti pusvadītāji. Sphalerite joslas sprauga ir 3,54 eV, savukārt wurtzite ir joslas sprauga 3,91 eV.

-ZnS izmanto fotokatalizatora sagatavošanā, kas sastāv no CdS - ZnS / cirkonija - titāna fosfāta, ko izmanto ūdeņraža ražošanai redzamā gaismā.

-Tas darbojas kā katalizators organisko piesārņotāju sadalīšanai. To izmanto, gatavojot krāsu sinhronizatoru LED lampās.

-Tā nanokristāli tiek izmantoti olbaltumvielu ultrajutīgai noteikšanai. Piemēram, izstarojot gaismu no ZnS kvantu punktiem. To izmanto kombinētā fotokatalizatora (CdS / ZnS) -TiO2 sagatavošanā elektriskajai ražošanai, izmantojot fotoelektrokatalizāciju.

Atsauces

1. PubChem. (2018). Cinka sulfīds. Ņemts no: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (2015. gads, 16. janvāris). Balts pigments, kura pamatā ir cinka sulfīds. Atgūts no: quiminet.com
3. Wikipedia. (2018). Cinka sulfīds. Iegūts no: en.wikipedia.org
4. II-VI Lielbritānijā. (2015). Cinka sulfīds (ZnS). Paņemts no: ii-vi.es
5. Robs Toreki. (2015. gada 30. marts). Zincblende (ZnS) struktūra. Iegūts no: ilpi.com
6. Ķīmija LibreTexts. (2017. gada 22. janvāris). Struktūra-cinka maisījums (ZnS). Paņemts no: chem.libretexts.org
7. Atjaunot. (2018). Cinka sulfīds / cinka sulfīds (ZnS). Iegūts no: reade.com