Структура сульфида цинка (ZnS), свойства, номенклатура, применение

сульфид цинка неорганическое соединение формулы Z_NS, образованный катионами Zn²⁺ и анионы S^2-. В природе он встречается в основном в виде двух минералов: вюрцита и сфалерита (или цинковой обманки), последний является его основной формой..

Сфалерит появляется в природе черного цвета из-за присутствующих в нем примесей. В чистом виде он имеет белые кристаллы, а вюрцит - серовато-белые кристаллы..

Сульфид цинка нерастворим в воде. Это может нанести ущерб окружающей среде, так как проникает в землю и загрязняет грунтовые воды и их течения..

Сульфид цинка может быть получен, среди других реакций, коррозией и нейтрализацией.

По коррозии:

Zn + H₂S => ZnS + H₂

Путем нейтрализации:

H₂S + Zn (OH)₂ => ZnS + 2H₂О

Сульфид цинка является фосфоресцентной солью, что дает ему возможность многократного использования и применения. Кроме того, это полупроводник и фотокатализатор.

индекс

• 1 структура
  • 1.1 Смешать цинк
  • 1.2 Вурзита
• 2 свойства
  • 2.1 Цвет
  • 2.2 Температура плавления
  • 2.3 Растворимость в воде
  • 2.4 Растворимость
  • 2.5 Плотность
  • 2.6 Твердость
  • 2.7 Стабильность
  • 2.8 Разложение
• 3 Номенклатура
  • 3.1 Систематические и традиционные номенклатуры
• 4 использования
  • 4.1 В качестве пигментов или покрытий
  • 4.2 Из-за его фосфоресценции
  • 4.3 Полупроводник, фотокатализатор и катализатор
• 5 ссылок

структура

Сульфид цинка принимает кристаллические структуры, управляемые электростатическим притяжением между катионом Zn²⁺ и анион S^2-. Их два: сфалерит или цинковая обманка и вюрцит. В обоих ионах сводятся к минимуму отталкивания между ионами равных зарядов.

Цинковая обманка является наиболее стабильной в условиях земного давления и температуры; и вюрцит, который является менее плотным, возникает в результате кристаллической перегруппировки из-за повышения температуры.

Эти две структуры могут сосуществовать в одном и том же твердом теле ZnS одновременно, хотя очень медленно вюрцит будет доминировать.

Цинковая обманка

Верхнее изображение показывает кубическую элементарную ячейку с центром на гранях структуры цинковой обманки. Желтые сферы соответствуют анионам S^2-, и серые к катионам Zn²⁺, расположен в углах и в центрах граней куба.

Обратите внимание на тетраэдрическую геометрию вокруг ионов. Цинковую обманку также можно представить этими тетраэдрами, чьи отверстия внутри кристалла имеют одинаковую геометрию (тетраэдрические отверстия).

Кроме того, в элементарных ячейках соблюдается соотношение ZnS; то есть соотношение 1: 1. Таким образом, для каждого катиона Zn²⁺ есть анион S^2-. На изображении может показаться, что серые сферы имеются в большом количестве, но на самом деле, находясь в углах и в центре граней куба, они являются общими для других ячеек..

Например, если вы возьмете четыре желтые сферы, которые находятся внутри коробки, «части» всех серых сфер вокруг вас должны добавить одинаковые (и они делают) четыре. Таким образом, в кубической элементарной ячейке есть четыре Zn²⁺ и четыре S^2-, выполнение стехиометрического отношения ZnS.

Также важно подчеркнуть, что перед желтой сферой и позади нее находятся тетраэдрические отверстия (пространство, которое отделяет их друг от друга).

вюрцит

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 тетраэдрическую среду и соотношение 1: 1, соответствующее формуле ZnS..

свойства

цвет

Это можно представить тремя способами:

-Вюрцит, с белыми и шестиугольными кристаллами.

-Сфалерит, с бело-сероватыми кристаллами и кубическими кристаллами.

-Как от белого до серовато-белого или желтоватого порошка, так и от кубических желтоватых кристаллов.

Точка плавления

1700º С.

Растворимость в воде

Фактически нерастворим (0,00069 г / 100 мл при 18ºС).

растворимость

Нерастворим в щелочах, растворим в разбавленных минеральных кислотах.

плотность

Сфалерит 4,04 г / см³ и вюрцит 4,09 г / см³.

твердость

Он имеет 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 при высоких температурах выделяет токсичные пары оксидов цинка и серы..

номенклатура

Электронная конфигурация Zn - [Ar] 3d¹⁰4s². Потеря двух электронов орбитали 4s подобна катиону Zn²⁺ с его полными орбиталями. Поэтому, учитывая, что в электронном виде Zn²⁺ он намного стабильнее Zn⁺, у него только валентность +2.

Следовательно, опустите номенклатуру запаса, добавьте ее валентность, заключенную в скобки и с римскими цифрами: сульфид цинка (II).

Систематические и традиционные номенклатуры

Но есть и другие способы вызова ZnS в дополнение к уже предложенному. В систематике число атомов каждого элемента указывается с помощью греческих числителей; с единственным исключением элемента справа, когда он только один. Таким образом, ZnS называется: обезьянаСульфид цинка (а не моносульфид моноцинка).

Что касается традиционной номенклатуры, цинк, имеющий уникальную валентность +2, добавляется путем добавления суффикса -ico. В результате его традиционное название оказывается: сульфид цинкаICO.

приложений

В качестве пигментов или покрытий

-Сахтолит - это белый пигмент, изготовленный из сульфида цинка. Используется в шпатлевках, мастиках, герметиках, нижних покрытиях, латексных красках и вывесках.

Его использование в сочетании с пигментами, поглощающими ультрафиолетовое излучение, такими как микротитановые или прозрачные пигменты на основе оксида железа, необходимо в погодоустойчивых пигментах..

-Когда ZnS применяется в латексных или текстурированных красках, он обладает пролонгированным микробицидным действием..

-Благодаря своей высокой твердости и устойчивости к поломкам, эрозии, дождю или пыли делает его пригодным для наружных инфракрасных окон или рам самолетов.

-ZnS используется в покрытиях роторов, используемых при транспортировке соединений, для уменьшения износа. Он также используется в производстве печатных красок, изоляционных составов, термопластичной пигментации, огнестойких пластиков и электролюминесцентных ламп..

-Сульфид цинка может быть прозрачным и может использоваться в качестве окна для видимой оптики и инфракрасной оптики. Используется в приборах ночного видения, на экранах телевизоров, экранах радаров и в люминесцентных покрытиях..

-Легирование ZnS с Cu используется в производстве электролюминесцентных панелей. Кроме того, он используется в ракетной тяге и гравиметрии..

Из-за его фосфоресценции

-Его фосфоресценция используется для окрашивания стрелок часов и, таким образом, для визуализации времени в темноте; также в красках для игрушек, в аварийных знаках и дорожных предупреждениях.

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

Полупроводник, фотокатализатор и катализатор

-Сфалерит и вюрцит являются широкополосными щелевыми полупроводниками. Сфалерит имеет ширину запрещенной зоны 3,54 эВ, а вюрцит имеет ширину запрещенной зоны 3,91 эВ..

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

-Он действует как катализатор деградации органических загрязнителей. Используется при составлении цветового синхронизатора в светодиодных лампах.

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

ссылки

1. PubChem. (2018). Сульфид цинка. Взято из: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (16 января 2015 г.) Белый пигмент на основе сульфида цинка. Получено с: quiminet.com
3. Wikipedia. (2018). Сульфид цинка. Взято из: en.wikipedia.org
4. II-VI Великобритания. (2015). Сульфид цинка (ZnS). Взято из: ii-vi.es
5. Роб Тореки (30 марта 2015 г.) Структура Цинкбленде (ZnS). Взято из: ilpi.com
6. Химия LibreTexts. (22 января 2017 г.) Структурно-цинковая обманка (ZnS). Взято с сайта chem.libretexts.org
7. Reade. (2018). Сульфид цинка / сульфид цинка (ZnS). Взято из: reade.com