ZINKSULFID (ZNS): STRUKTUR, EGENSKABER OG ANVENDELSER - KEMI - 2025

Den zinksulfid er en uorganisk forbindelse med den formel Z _n S dannet med kationer Zn ²⁺ og anioner S ^2-. Det findes i naturen hovedsageligt som to mineraler: wurtzite og sphalerit (eller zinkblende), hvor sidstnævnte er dens hovedform.

Sphalerit er naturligt sort i farve på grund af dens urenheder. I sin rene form præsenterer det hvide krystaller, mens wurtzite har gråhvide krystaller.

Kilde: Af Killerlimpet fra Wikimedia Commons

Zinksulfid er uopløselig i vand. Det kan forårsage miljøskader, da det trænger ned i jorden og forurener grundvandet og dets strømme.

Zinksulfid kan produceres blandt andre reaktioner ved korrosion og ved neutralisering.

Ved korrosion:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Ved neutralisering:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

Zinksulfid er et phosphorescerende salt, der giver det kapacitet til flere anvendelser og anvendelser. Det er også en halvleder og en fotokatalysator.

Struktur

Zinksulfid vedtager krystallinske strukturer styret af elektrostatiske attraktioner mellem Zn ²⁺ -kationen og S ^2- anionen. Disse er to: sphalerit eller zinkblende og wurzit. I begge minimerer ioner frastødninger mellem ioner med lige store ladninger.

Zinkblandingen er den mest stabile under terrestriske forhold med tryk og temperatur; og wurzit, som er mindre tæt, skyldes krystallinsk omlejring på grund af forøget temperatur.

De to strukturer kan eksistere i samme ZnS-faststof på samme tid, selvom wurziten meget langsomt vil ende med at dominere.

Zinkblende

Kilde: Af Solid State fra Wikimedia Commons

Det øverste billede viser den kubiske enhedscelle centreret på ansigterne på zinkblendestrukturen. De gule kugler svarer til S ^2- anionerne, og de grå kugler til Zn ²⁺ kationerne, der er placeret i hjørnerne og i midten af ​​terningen.

Bemærk de tetraedriske geometrier omkring ioner. Zinkblandingen kan også repræsenteres af disse tetraedre, hvis huller inde i krystallen har den samme geometri (tetraedriske huller).

Ligeledes er ZnS-andelen inden for enhedscellerne opfyldt; det vil sige et forhold på 1: 1. For hver Zn ²⁺ -kation er der således en S ^2- anion. På billedet kan det se ud som om grå sfærer er rigelige, men i virkeligheden, da de er i hjørnerne og midten af ​​terningens ansigter, deles de af andre celler.

Hvis du for eksempel tager de fire gule kugler, der er inde i boksen, skal "stykkerne" af alle de grå kugler omkring det være lige (og gøre) fire. I den kubiske enhedscelle er der således fire Zn2 ⁺ og fire S ^2-, idet det støkiometriske forhold ZnS er opfyldt.

Det er også vigtigt at understrege, at der er tetraedriske huller foran og bag de gule kugler (det rum, der adskiller dem fra hinanden).

Wurzita

Kilde: Af Solid State fra Wikimedia Commons

I modsætning til strukturen af ​​zinkblanding vedtager wurzite et sekskantet krystalsystem (øverste billede). Dette er mindre kompakt, så det faste stof har en lavere densitet. Iionerne i wurzit har også tetraedrale omgivelser og et 1: 1-forhold, der stemmer overens med formlen ZnS.

Ejendomme

Farve

Det kan præsenteres på tre måder:

-Wurtzite, med hvide og hexagonale krystaller.

-Sphalerit med gråhvide krystaller og kubiske krystaller.

-Som et hvidt til gråhvidt eller gulligt pulver og kubiske gullige krystaller.

Smeltepunkt

1700º C.

Vandopløselighed

Praktisk uopløselig (0,00069 g / 100 ml ved 18 ° C).

Opløselighed

Uopløselig i alkalier, opløselig i fortyndede mineralsyrer.

Massefylde

Sphalerite 4,04 g / cm ³ og wurtzit 4,09 g / cm ³.

Hårdhed

Det har en hårdhed på 3 til 4 på Mohs-skalaen.

Stabilitet

Når det indeholder vand, oxideres det langsomt til sulfat. I et tørt miljø er det stabilt.

nedbrydning

Når den opvarmes til høje temperaturer afgiver den giftige dampe af zink og svovloxider.

nomenklatur

Elektronkonfigurationen af ​​Zn er 3d ¹⁰ 4s ². Ved at miste de to elektroner fra 4s-orbitalen forbliver den som Zn ²⁺ -kation med dens d-orbitaler fyldt. Da Zn ^{2+ derfor} er elektronisk meget mere stabil end Zn ⁺, har det kun en valens på +2.

Derfor udelades den for stamnomenklaturen, idet dens valens tilføjes i parenteser og med romertal: zink (II) sulfid.

Systematiske og traditionelle nomenklaturer

Men der er andre måder at ringe til ZnS ud over den allerede nævnte. I systematik er antallet af atomer for hvert element specificeret med de græske tællere; med den eneste undtagelse af elementet til højre, når det kun er et. Således er de ZnS navngivet som: zink mono- sulfid (og ikke monozinc monosulfid).

Med hensyn til den traditionelle nomenklatur tilføjes zink, der har en enkelt valens på +2, ved at tilføje suffikset –ico. Derfor er dets traditionelle navn: zinksulfid ico.

Applikationer

Som pigmenter eller belægninger

-Sachtolith er et hvidt pigment fremstillet med zinksulfid. Det bruges i lameller, mastik, fugemasser, underfrakker, latexmaling og skiltning.

Dens brug i kombination med ultraviolet lysabsorberende pigmenter, såsom mikrotitan eller pigmenter af jernoxid, er nødvendig i vejrbestandige pigmenter.

-Når ZnS påføres latex eller tekstureret maling, har det en langvarig mikrobicid virkning.

- På grund af sin store hårdhed og modstand mod brud, erosion, regn eller støv, gør det det velegnet til udvendige infrarøde vinduer eller i flyrammer.

-ZnS bruges til belægning af rotorer brugt til transport af forbindelser for at reducere slid. Det bruges også til fremstilling af trykfarver, isolerende forbindelser, termoplastisk pigmentering, flammebestandig plast og elektroluminescerende lamper.

-Zinksulfid kan være transparent og kan bruges som et vindue til synlig optik og infrarød optik. Det bruges i nattsynsenheder, tv-skærme, radarskærme og lysstofrør.

-Doping af ZnS med Cu bruges til produktion af elektroluminescenspaneler. Det bruges også til raketfremdrift og gravimetri.

For dets phosphorescens

-Den phosphorescens bruges til at farve urets hænder og dermed vise tiden i mørke; også i maling til legetøj, i nødskilte og trafikadvarsler.

Fosfororescens tillader, at brug af zinksulfid i katodestrålerør og røntgenskærme lyser i mørke pletter. Farve på phosphorescensen afhænger af den anvendte aktivator.

Halvleder, Fotokatalysator og katalysator

-Sphalerite og wurtzite er bredbåndslids halvledere. Sphalerite har et bandgap på 3,54 eV, mens wurtzite har et bandgap på 3,91 eV.

-ZnS bruges til fremstilling af en fotokatalysator sammensat af CdS - ZnS / zirconium - titanphosphat, der anvendes til produktion af brint under synligt lys.

-Den griber ind som en katalysator til nedbrydning af organiske forurenende stoffer. Det bruges til forberedelse af en farvesynkronisator i LED-lamper.

-Det er nanokrystaller der bruges til ultrasensitiv detektion af proteiner. For eksempel ved at udsende lys fra kvantepunkter af ZnS. Det bruges til fremstilling af en kombineret fotokatalysator (CdS / ZnS) -TiO2 til elektrisk produktion via fotoelektrokatalyse.

Referencer

1. Pubchem. (2018). Zinksulfid. Taget fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (2015, 16. januar). Hvidt pigment baseret på zinksulfid. Gendannes fra: quiminet.com
3. Wikipedia. (2018). Zinksulfid. Taget fra: en.wikipedia.org
4. II-VI UK. (2015). Zinksulfid (ZnS). Taget fra: ii-vi.es
5. Rob Toreki. (30. marts 2015). Zinkblende-strukturen. Taget fra: ilpi.com
6. Kemi LibreTexts. (22. januar 2017). Struktur-zinkblende (ZnS). Taget fra: chem.libretexts.org
7. Reade. (2018). Zinksulfid / Zinksulfid (ZnS). Taget fra: reade.com