SULFURĂ DE ZINC (ZNS): STRUCTURĂ, PROPRIETĂȚI ȘI UTILIZĂRI - CHIMIE - 2025

Sulfura de zinc este un compus anorganic cu formula Z _n S formate prin cationi Zn ²⁺ și anioni S ^2- . Se găsește în natură în principal sub formă de două minerale: wurtzită și sphalerită (sau zinc blende), ultima fiind forma sa principală.

Sphalerita are culoare naturală, din cauza impurităților sale. În forma sa pură prezintă cristale albe, în timp ce wurtzitul are cristale alb-cenușiu.

Sursa: De Killerlimpet, de la Wikimedia Commons

Sulfura de zinc este insolubilă în apă. Poate provoca pagube de mediu, deoarece pătrunde în sol și contamină apele subterane și curenții săi.

Sulfura de zinc poate fi produsă, printre alte reacții, prin coroziune și prin neutralizare.

Prin coroziune:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Prin neutralizare:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

Sulfura de zinc este o sare fosforescentă, care îi conferă capacitatea pentru mai multe utilizări și aplicații. De asemenea, este un semiconductor și un fotocatalizator.

Structura

Sulfura de zinc adoptă structuri cristaline guvernate de atracții electrostatice între cationul Zn ²⁺ și anionul S ^2- . Acestea sunt două: blender sphalerit sau zinc, și wurzită. În ambele, ioni minimizează repulsiile între ioni cu sarcini egale.

Blendul de zinc este cel mai stabil în condiții terestre de presiune și temperatură; iar wurzitul, care este mai puțin dens, rezultă din rearanjarea cristalină datorită creșterii temperaturii.

Cele două structuri pot coexista în același ZnS solid, în același timp, deși, foarte lent, wurzitul va ajunge să domine.

Blende de zinc

Sursa: By Solid State, de la Wikimedia Commons

Imaginea superioară arată celula unității cubice centrată pe fețele structurii blende de zinc. Sferele galbene corespund cu anionii S ^2- , iar sferele gri la cationii Zn ²⁺ , situate în colțuri și în centrele fețelor cubului.

Notează geometriile tetraedrice din jurul ionilor. Blenda de zinc poate fi reprezentată și de aceste tetraedre, ale căror găuri din interiorul cristalului au aceeași geometrie (găuri tetraedrice).

De asemenea, în celulele unității, proporția ZnS este îndeplinită; adică un raport 1: 1. Astfel, pentru fiecare cation Zn ²⁺ există un anion S ^2- . În imagine poate părea că sferele cenușii sunt abundente, dar, în realitate, din moment ce se află în colțurile și centrul fețelor cubului, sunt împărțite de alte celule.

De exemplu, dacă luați cele patru sfere galbene care se află în interiorul cutiei, „bucățile” din toate sferele gri din jurul acesteia ar trebui să egaleze (și să facă) patru. Astfel, în celula unității cubice există patru Zn ²⁺ și patru S ^2- , raportul stoechiometric ZnS fiind îndeplinit.

De asemenea, este important să subliniem că există găuri tetraedrice în fața și în spatele sferelor galbene (spațiul care le separă una de alta).

Wurzita

Sursa: By Solid State, de la Wikimedia Commons

Spre deosebire de structura blendei de zinc, wurzitul adoptă un sistem de cristale hexagonale (imaginea de sus). Acesta este mai puțin compact, astfel încât solidul are o densitate mai mică. Ionii din wurzită au, de asemenea, împrejurimi tetraedrice și un raport 1: 1 care este de acord cu formula ZnS.

Proprietăți

Culoare

Poate fi prezentat în trei moduri:

-Wurtzite, cu cristale albe și hexagonale.

-Shalerita, cu cristale alb-grizonate și cristale cubice.

-Cum este o pulbere albă până la cenușiu sau gălbuie, și cristale cubulețe gălbui.

Punct de topire

1700º C.

Solubilitatea apei

Practic insolubil (0,00069 g / 100 ml la 18 ° C).

Solubilitate

Insolubil în alcaline, solubil în acizi minerali diluați.

Densitate

Blendă 4,04 g / cm ³ și wurtzite 4,09 g / cm ³ .

Duritate

Are o duritate de 3 până la 4 pe scara Mohs.

Stabilitate

Când conține apă, se oxidează încet la sulfat. Într-un mediu uscat este stabil.

Descompunere

Când este încălzit la temperaturi ridicate, emite vapori toxici de zinc și oxizi de sulf.

Nomenclatură

Configurația electronică a Zn este 3d ¹⁰ 4s ² . Prin pierderea celor doi electroni ai orbitalului 4s, acesta rămâne ca cationul Zn ²⁺ cu orbitalele sale d umplute. Prin urmare, deoarece Zn ²⁺ este electronic mult mai stabil decât Zn ⁺ , are doar o valență de +2.

Prin urmare, pentru nomenclatura de stocuri, adăugarea valenței sale cuprinse în paranteze și cu cifre romane este omisă: zinc (II) sulfură.

Nomenclaturi sistematice și tradiționale

Dar există și alte modalități de a apela ZnS în plus față de cel menționat deja. În sistematică, numărul de atomi ai fiecărui element este specificat cu numeratorii greci; cu singura excepție a elementului din dreapta atunci când este doar unul. Astfel, ZnS este numit ca: sulfura mono zinc (și nu monosulfura monozincă).

În ceea ce privește nomenclatura tradițională, prin adăugarea sufixului –ico se adaugă zincul cu o valență unică de +2. În consecință, numele său tradițional este: sulfură de zinc ico .

Aplicații

Ca pigmenți sau acoperiri

-Sachtolith este un pigment alb realizat cu sulfură de zinc. Se folosește în dulapuri, mastice, sigilante, pardesii, vopsele din latex și semnalizare.

Utilizarea sa în combinație cu pigmenți absorbți de lumină ultraviolete, cum ar fi micro-titaniu sau pigmenți transparenti de oxid de fier, este necesară în pigmenții rezistenți la intemperii.

-Cand ZnS este aplicat pe latex sau vopsele texturate, are o actiune microbicida prelungita.

-Datorită durității și rezistenței sale mari la rupere, eroziune, ploaie sau praf, îl face potrivit pentru geamuri infraroșii exterioare sau în rame de aeronave.

-ZnS este utilizat în acoperirea rotorilor folosiți în transportul compușilor, pentru a reduce uzura. De asemenea, este utilizat la producerea de cerneluri de tipărire, compuși izolatori, pigmentare termoplastică, materiale plastice rezistente la flacără și lămpi electroluminescente.

-Sulfura de zinc poate fi transparentă și poate fi folosită ca fereastră pentru optică vizibilă și optică infraroșie. Este utilizat în dispozitive de viziune nocturnă, ecrane de televiziune, ecrane radar și acoperiri fluorescente.

-Dopajul ZnS cu Cu este utilizat la producerea panourilor de electroluminescență. De asemenea, este utilizat în propulsia rachetelor și gravimetrie.

Pentru fosforescența sa

-Fosforescența este folosită pentru a nuanța mâinile ceasului și, astfel, afișează ora în întuneric; de asemenea, în vopsea pentru jucării, în semne de urgență și avertismente de trafic.

Fosforescența permite utilizarea sulfurii de zinc în tuburile cu raze catodice și ecrane cu raze X pentru a străluci în locuri întunecate. Culoarea fosforescenței depinde de activatorul utilizat.

Semiconductor, fotocatalizator și catalizator

-Shalerita și wurtzitul sunt semiconductoare cu fanta largă. Sphaleritul are un interval de 3,54 eV, în timp ce wurtzitul are un interval de 3,91 eV.

-ZnS este utilizat la prepararea unui fotocatalizator compus din CdS - ZnS / zirconiu - fosfat de titan utilizat pentru producerea de hidrogen sub lumină vizibilă.

-Se intervine ca un catalizator pentru degradarea poluanților organici. Este utilizat la pregătirea unui sincronizator de culori în lămpile cu LED

-Sunt nanocristalele lor sunt utilizate pentru detectarea ultrasensibilă a proteinelor. De exemplu, prin emiterea de lumină din punctele cuantice de ZnS. Este utilizat la prepararea unui fotocatalizator combinat (CdS / ZnS) -TiO2 pentru producția electrică prin fotoelectrocataliză.

Referințe

1. Extract. (2018). Sulfură de zinc. Luat de la: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (2015, 16 ianuarie) Pigment alb pe bază de sulf de zinc. Recuperat de la: quiminet.com
3. Wikipedia. (2018). Sulfură de zinc. Preluat de la: en.wikipedia.org
4. II-VI Marea Britanie. (2015). Sulfură de zinc (ZnS). Preluat de la: ii-vi.es
5. Rob Toreki. (30 martie 2015). Structura Zincblende (ZnS). Luat de la: ilpi.com
6. Chimie LibreTexturi. (22 ianuarie 2017). Structura-Zinc Blende (ZnS). Luat de la: chem.libretexts.org
7. Reade. (2018). Sulfură de zinc / sulfură de zinc (ZnS). Luat de la: reade.com