ZINKOXID (ZNO): STRUKTUR, EGENSKAPER, ANVÄNDNINGSOMRÅDEN, RISKER - KEMI - 2026

Den zinkoxiden är en oorganisk förening med den kemiska formeln ZnO. Den består enbart av Zn ²⁺ och O ^2- joner i ett förhållande 1: 1; emellertid kan dess kristallina gitter ge upphov till ^O2- vakans , vilket ger upphov till strukturella defekter som kan förändra färgerna på dess syntetiska kristaller.

Det förvärvas kommersiellt som ett pulverformigt vitt fast ämne (lägre bild), som produceras direkt från oxidationen av metalliskt zink genom den franska processen; eller utsätta zinkmalmer för karbotermisk reduktion, på ett sådant sätt att deras ångor sedan oxiderar och slutar stelna.

Titta på glas med zinkoxid. Källa: Adam Rędzikowski

Andra metoder för framställning av ZnO består av att utfälla dess hydroxid, Zn (OH) ₂ , från vattenhaltiga lösningar av zinksalter. På liknande sätt kan morfologiskt varierade tunna filmer eller nanopartiklar av ZnO syntetiseras med användning av mer sofistikerade tekniker såsom den kemiska avsättningen av deras ångor.

Denna metalloxid finns i naturen som mineralzinkit, vars kristaller vanligtvis är gula eller orange på grund av metalliska föroreningar. ZnO-kristaller kännetecknas av att de är piezoelektriska, termokroma, självlysande, polära och även genom att ha ett mycket brett energiband i sina halvledaregenskaper.

Strukturellt sett är det isomorfiskt för zinksulfid, ZnS, antagande av hexagonala och kubiska kristaller som liknar de hos wurzite respektive blende. I dessa finns det en viss kovalent karaktär i interaktioner mellan Zn2 ⁺ och O ^2- , vilket orsakar en heterogen fördelning av laddningar i ZnO-kristallen.

Studier av ZnOs egenskaper och användningsområden omfattar områdena fysik, elektronik och biomedicin. Dess enklaste och mest vardagliga användningar görs obemärkt i sammansättningen av ansiktscremer och personlig hygienprodukter, liksom i solkräm.

Strukturera

polymorfer

ZnO kristalliseras under normalt tryck och temperaturförhållanden i en hexagonal wurzitstruktur. I denna struktur, Zn ²⁺ och O ^2- joner är anordnade i alternerande skikt, på ett sådant sätt att var och en ändarna upp omgivna av en tetraeder, med ZnO ₄ eller OZn ₄ , respektive.

Genom att använda en "mall" eller kubisk stöd kan ZnO göras att kristallisera till en kubisk zinkblandningsstruktur; som, liksom wurzit, motsvarar isomorfa strukturer (identiska i rymden men med olika joner) av zinksulfid, ZnS.

Förutom dessa två strukturer (wurzit och blende) kristalliserar ZnO under högt tryck (cirka 10 GPa) i bergsaltstrukturen, samma som NaCl.

interaktioner

Interaktionerna mellan Zn2 ⁺ och O ^2- uppvisar en viss karaktär av kovalens, för vilken det delvis finns en Zn-O-kovalent bindning (båda atomer med sp ^3- hybridisering ), och på grund av förvrängningen av tetraederen, uppvisar de ett ögonblick dipol som bidrar till de joniska attraktionerna i ZnO-kristaller.

Blende (vänster) och wurzite (höger) struktur i ZnO. Källa: Gabriel Bolívar.

Du har den övre bilden för att visualisera tetraedrarna som nämns för ZnO-strukturerna.

Skillnaden mellan blenda- och wurzitstrukturerna ligger också i den sett ovanifrån, jonerna har inte förmörkats. Till exempel i wurzit ses de vita sfärerna (Zn ²⁺ ) precis ovanför de röda sfärerna (O ^2- ). Å andra sidan, i den kubiska blandningsstrukturen är detta inte fallet eftersom det finns tre lager: A, B och C istället för bara två.

Nanopartikelmorfologi

Även om ZnO-kristaller tenderar att ha hexagonala wurzitstrukturer, är morfologin hos deras nanopartiklar en annan historia. Beroende på parametrar och syntesmetoder kan dessa ta så varierande former som stänger, plattor, blad, sfärer, blommor, bälten, nålar, bland andra.

Egenskaper

Fysiskt utseende

Luktfri, vit pulverformig fast substans med en bitter smak. I naturen kan den finnas kristalliserad med metalliska föroreningar, såsom zinkitmineral. Om sådana kristaller är vita visar de termokromism, vilket betyder att när de värms upp ändrar de färg: från vit till gul.

På samma sätt kan dess syntetiska kristaller uppvisa rödaktiga eller grönaktiga färger beroende på deras stökiometriska syresammansättning; med andra ord, luckorna eller vakanserna orsakade av bristen på ^O2- anjoner påverkar direkt sättet på vilket ljus interagerar med joniska nätverk.

Molmassa

81,406 g / mol

Smältpunkt

1974 ° C Vid denna temperatur genomgår den termisk sönderdelning som frisätter zinkångor och molekylärt eller gasformigt syre.

Densitet

5,1 g / cm ^{^}

Vattenlöslighet

ZnO är praktiskt taget olösligt i vatten, vilket knappast ger upphov till lösningar med en koncentration av 0,0004% vid 18 ° C.

Amphotericism

ZnO kan reagera med både syror och baser. När den reagerar med en syra i vattenlösning ökar dess löslighet genom att bilda ett lösligt salt där Zn ²⁺ slutar komplexa med vattenmolekyler: ²⁺ . Till exempel reagerar den med svavelsyra för att producera zinksulfat:

ZnO + H ₂ SO ₄ → ZnSO ₄ + H ₂ O

På liknande sätt reagerar den med fettsyror för att bilda deras respektive salter, såsom zinkstearat och palmitat.

Och när den reagerar med en bas, i närvaro av vatten, bildas zinksalterna:

ZnO + 2NaOH + H ₂ O → Na ₂

Värmekapacitet

40,3 J / K mol

Direkt energigap

3,3 eV. Detta värde gör det till en bredbandsledare som kan arbeta under intensiva elektriska fält. Det har också egenskaper som att vara en halvledare av n-typ, vilket inte har förklarats varför det finns en extra tillförsel av elektroner i dess struktur.

Denna oxid kännetecknas av dess optiska, akustiska och elektroniska egenskaper, tack vare vilken den anses vara en kandidat för potentiella applikationer relaterade till utveckling av optoelektroniska enheter (sensorer, laserdioder, fotovoltaiska celler). Anledningen till sådana egenskaper är utanför fysiken.

tillämpningar

Medicinsk

Zinkoxid har använts som tillsats i många vita krämer för att behandla hudirritationer, akne, dermatit, skador och sprickor. I detta område är användningen populär för att lindra irritation orsakad av blöjor på huden hos spädbarn.

På samma sätt är det en del av solskyddsmedel, eftersom det tillsammans med titandioxid-nanopartiklar, TiO ₂ , hjälper till att blockera solens ultravioletta strålning. På samma sätt fungerar det som ett förtjockningsmedel, varför det finns i viss ljusmink, lotioner, emaljer, pulver och tvålar.

Å andra sidan är ZnO en källa till zink som används i kosttillskott och vitaminprodukter samt i spannmål.

antibakteriell

Enligt morfologin hos dess nanopartiklar kan ZnO aktiveras under ultraviolett strålning för att generera väteperoxider eller reaktiva arter som försvagar cellmembranen i mikroorganismer.

När detta händer, får de återstående ZnO-nanopartiklarna fälla cytoplasma och börjar interagera med kompendiet av biomolekyler som utgör cellen, vilket resulterar i deras apoptos.

Det är därför inte alla nanopartiklar kan användas i solskyddskompositioner, men bara de som saknar antibakteriell aktivitet.

Produkter med denna typ av ZnO är avsedda, belagda med lösliga polymermaterial, för att behandla infektioner, sår, sår, bakterier och till och med diabetes.

Pigment och beläggningar

Det pigment som kallas vit zink är ZnO, som tillsätts olika färger och beläggningar för att skydda metallytor där de appliceras från korrosion. Till exempel används beläggningar med tillsatt ZnO för att skydda galvaniserat järn.

Å andra sidan har dessa beläggningar också använts på fönsterglas för att förhindra att värme tränger igenom (om det är utanför) eller kommer in (om det är inuti). På samma sätt skyddar det vissa polymermaterial och textilmaterial från försämring på grund av solstrålning och värme.

Bioimages

Luminescensen hos ZnO-nanopartiklarna har studerats för användning vid bioimaging och därmed studerat de inre strukturerna i cellerna med hjälp av de blå, gröna eller orange lamporna som strålar.

Tillsats

ZnO finner också användning som tillsatsmedel i gummi, cement, tandkräm, glas och keramik på grund av dess lägre smältpunkt och därför uppträder som ett flussmedel.

Hydrogen sulfide remover

ZnO tar bort de obehagliga gaserna i H ₂ S, vilket hjälper till att avsvavla vissa gasångor:

ZnO + H ₂ S → ZnS + H ₂ O

risker

Zinkoxid som sådan är en giftfri och ofarlig förening, så den försiktiga hanteringen av dess fasta substans utgör inte någon risk.

Problemet ligger emellertid i dess rök, för även om det vid höga temperaturer sönderdelas, hamnar zinkångorna i lungorna och orsakar en slags "metallfeber". Denna sjukdom kännetecknas av symtom på hosta, feber, en känsla av täthet i bröstet och en konstant metallisk smak i munnen.

Det är inte heller cancerframkallande och krämer som innehåller det har inte visat sig öka zinkabsorptionen i huden, så ZnO-baserade solskyddsmedel anses vara säkra; såvida det inte finns allergiska reaktioner, i vilket fall användningen bör stoppas.

Beträffande vissa nanopartiklar utformade för att bekämpa bakterier kan dessa ha negativa effekter om de inte transporteras korrekt till deras handlingsplats.

referenser

1. Shiver & Atkins. (2008). Oorganisk kemi . (Fjärde upplagan). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Zinkoxid. Återställd från: en.wikipedia.org
3. Hadis Morkoç och Ümit Özgur. (2009). Zinkoxid: Fundamentals, Material and Device Technology. . Återställs från: application.wiley-vch.de
4. Parihar, M. Raja och R. Paulose. (2018). En kort översikt av strukturella, elektriska och elektrokemiska egenskaper hos zinkoxid-nanopartiklar. . Återställd från: ipme.ru
5. A. Rodnyi och IV Khodyuk. (2011). Optiska och luminescensegenskaper för zinkoxid. Återställd från: arxiv.org
6. Siddiqi, KS, Ur Rahman, A., Tajuddin, & Husen, A. (2018). Egenskaper hos zinkoxid-nanopartiklar och deras aktivitet mot mikrober. Nanoskala forskningsbrev, 13 (1), 141. doi: 10.1186 / s11671-018-2532-3
7. ChemicalSafetyFacts. (2019). Zinkoxid. Återställs från: chemicalafetyfacts.org
8. Jinhuan Jiang, Jiang Pi och Jiye Cai. (2018). Främjandet av zinkoxid-nanopartiklar för biomedicinska tillämpningar. Bioinorganic Chemistry and Applications, vol. 2018, artikel ID 1062562, 18 sidor. doi.org/10.1155/2018/1062562