ZINKSULFID (ZNS): STRUKTUR, EGENSKAPER OCH ANVÄNDNINGSOMRÅDEN - KEMI - 2025

Den zinksulfid är en oorganisk förening med den formeln Z _n S bildas av katjoner Zn ²⁺ och anjoner S ^2- . Det finns i naturen främst som två mineraler: wurtzite och spalerite (eller zinkblende), varvid det senare är dess huvudform.

Sphalerit är naturligt svart på grund av dess föroreningar. I sin rena form presenterar den vita kristaller, medan wurtzite har gråvita kristaller.

Källa: Av Killerlimpet, från Wikimedia Commons

Zinksulfid är olöslig i vatten. Det kan orsaka miljöskador eftersom det tränger igenom marken och förorenar grundvattnet och dess strömmar.

Zinksulfid kan produceras bland andra reaktioner genom korrosion och genom neutralisering.

Genom korrosion:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Genom neutralisering:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

Zinksulfid är ett fosforescerande salt, vilket ger det kapacitet för flera användningar och applikationer. Det är också en halvledare och en fotokatalysator.

Strukturera

Zinksulfid antar kristallina strukturer styrda av elektrostatiska attraktioner mellan Zn 2 ⁺ -katjonen och S ^2- anjonen . Dessa är två: sfalerit eller zinkblandning och wurzit. I båda minimerar jonerna avvisningar mellan joner med lika laddningar.

Zinkblandningen är den mest stabila i markbundna förhållanden för tryck och temperatur; och wurzit, som är mindre tätt, är resultatet av kristallin omorganisering på grund av ökad temperatur.

De två strukturerna kan samexistera i samma ZnS-fasta samtidigt, även om wurziten mycket långsamt kommer att hamna i dominerande ställning.

Zinkblandning

Källa: Av Solid State, från Wikimedia Commons

Den övre bilden visar den kubiska enhetscellen centrerad på ansiktena av zinkblandningsstrukturen. De gula sfärerna motsvarar S ^2- anjonerna , och de grå sfärerna till Zn 2 ⁺ -katjonerna , belägna i hörnen och i kubens sidor.

Notera de tetraedriska geometrierna runt jonerna. Zinkblandningen kan också representeras av dessa tetraedrar, vars hål i kristallen har samma geometri (tetraedriska hål).

På samma sätt uppfylls ZnS-andelen inom enhetscellerna; det vill säga ett 1: 1-förhållande. För varje Zn 2 ⁺ -katjon finns således en S ^2- anjon . I bilden kan det tyckas att grå sfärer är rikliga, men i verkligheten, eftersom de är i hörnen och mitten av kubens ansikten, delas de av andra celler.

Om du till exempel tar de fyra gula sfärerna som finns i rutan, ska "bitarna" på alla grå sfärer runt det vara lika (och göra) fyra. Således finns det i den kubiska enhetscellen fyra Zn2 ⁺ och fyra S ^2- , varvid det stökiometriska förhållandet ZnS uppfylls.

Det är också viktigt att betona att det finns tetraedriska hål framför och bakom de gula sfärerna (utrymmet som skiljer dem från varandra).

Wurzita

Källa: Av Solid State, från Wikimedia Commons

Till skillnad från strukturen för zinkblandning antar wurzite ett hexagonalt kristallsystem (toppbild). Detta är mindre kompakt, så det fasta materialet har en lägre densitet. Jonerna i wurzit har också tetraedriska omgivningar och ett 1: 1-förhållande som överensstämmer med formeln ZnS.

Egenskaper

Färg

Det kan presenteras på tre sätt:

-Wurtzite, med vita och hexagonala kristaller.

-Shalaleriten, med gråvita kristaller och kubiska kristaller.

-Som ett vitt till gråvitt eller gulaktigt pulver och kubiska gulaktiga kristaller.

Smältpunkt

1700 ° C

Vattenlöslighet

Praktiskt taget olöslig (0,00069 g / 100 ml vid 18 ° C).

löslighet

Olöslig i alkalier, löslig i utspädda mineralsyror.

Densitet

Zinkblände 4,04 g / cm ³ och wurtzit 4,09 g / cm ³ .

Hårdhet

Den har en hårdhet på 3 till 4 på Mohs-skalan.

Stabilitet

När det innehåller vatten oxiderar det långsamt till sulfat. I en torr miljö är den stabil.

Sönderfall

När den värms upp till höga temperaturer avger den giftiga ångor av zink och svaveloxider.

Nomenklatur

Elektronkonfigurationen för Zn är 3d ¹⁰ 4s ² . Genom att förlora de två elektronerna från 4-orbitalet kvarstår det som Zn 2 ⁺ -katjonen med dess d orbital fylld. Eftersom Zn ²⁺ elektroniskt är mycket mer stabilt än Zn ⁺ har det bara en valens på +2.

Därför utelämnas den för stamnomenklaturen och lägger dess valens inneslutna inom parentes och med romerska siffror: zink (II) sulfid.

Systematiska och traditionella nomenklaturer

Men det finns andra sätt att ringa ZnS utöver det som redan nämnts. I systematik anges antalet atomer för varje element med de grekiska tecknarna; med det enda undantaget för elementet till höger när det bara är ett. Således är de ZnS namnges som: zink mono- sulfiden (och inte monozinc monosulfid).

När det gäller den traditionella nomenklaturen läggs zink med en enda valens på +2 genom att lägga till suffixet –ico. Följaktligen är dess traditionella namn: zinksulfid ico .

tillämpningar

Som pigment eller beläggningar

-Sachtolith är ett vitt pigment tillverkat med zinksulfid. Det används i caulks, mastics, tätningsmedel, underrockar, latexfärger och skyltar.

Dess användning i kombination med ultraviolett ljusabsorberande pigment, såsom mikrotitan eller transparenta järnoxidpigment, är nödvändigt i väderbeständiga pigment.

-När ZnS appliceras på latex eller texturerat målar det en långvarig mikrobicid verkan.

-Tack vare sin stora hårdhet och motståndskraft mot brott, erosion, regn eller damm, gör det det lämpligt för yttre infraröda fönster eller i flygplansramar.

-ZnS används för beläggning av rotorer som används för transport av föreningar för att minska slitage. Det används också vid tillverkning av tryckfärger, isolerande föreningar, termoplastisk pigmentering, flamskyddad plast och elektroluminescerande lampor.

-Zinksulfid kan vara transparent och kan användas som fönster för synlig optik och infraröd optik. Det används i nattsynenheter, tv-skärmar, radarskärmar och lysrör.

-Dopningen av ZnS med Cu används för produktion av elektroluminescenspaneler. Den används också vid raketframdrivning och gravimetri.

För dess fosforescens

-Fosforescens används för att tona klockhänderna och därmed visa tiden i mörkret; också i målarfärg för leksaker, i nödsignaler och trafikvarningar.

Fosforescens tillåter att användning av zinksulfid i katodstrålerör och röntgenskärmar lyser i mörka fläckar. Fosfororescens färg beror på den aktivator som används.

Halvledare, fotokatalysator och katalysator

-Saleralerit och wurtzite är bredbandsslits halvledare. Sphalerit har ett bandspalt på 3,54 eV, medan wurtzite har ett bandspalt på 3,91 eV.

-ZnS används vid beredningen av en fotokatalysator som består av CdS - ZnS / zirkonium - titanfosfat som används för produktion av väte under synligt ljus.

-Den ingriper som en katalysator för nedbrytning av organiska föroreningar. Det används för beredning av en färgsynkronisator i LED-lampor.

-Nanokristaller används för ultraljudsdetektering av proteiner. Till exempel genom att släppa ut ljus från kvantprickar av ZnS. Det används vid beredningen av en kombinerad fotokatalysator (CdS / ZnS) -TiO2 för elektrisk produktion via fotoelektrokatalys.

referenser

1. PubChem. (2018). Zinksulfid. Hämtad från: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (2015, 16 januari). Vitt pigment baserat på zinksulfid. Återställd från: quiminet.com
3. Wikipedia. (2018). Zinksulfid. Hämtad från: en.wikipedia.org
4. II-VI Storbritannien. (2015). Zinksulfid (ZnS). Hämtad från: ii-vi.es
5. Rob Toreki. (30 mars 2015). Zinkblende-strukturen. Hämtad från: ilpi.com
6. Kemi LibreTexts. (22 januari 2017). Struktur-Zink Blende (ZnS). Hämtad från: chem.libretexts.org
7. Reade. (2018). Zinksulfid / Zinksulfid (ZnS). Hämtad från: reade.com