CINK SULFID (ZNS): STRUKTURA, SVOJSTVA I UPOTREBE - KEMIJA - 2025

Cinkov sulfid je anorganski spoj iz formule Z _n S, koji nastaje kationa Zn ²⁺ i anioni S ². U prirodi ga nalazimo uglavnom kao dva minerala: wurtzite i shalerit (ili cinkovu mješavinu), a posljednji je njegov glavni oblik.

Sfalerit je prirodno crne boje zbog nečistoća. U svom čistom obliku predstavlja bijele kristale, dok wurtzit ima sivkasto-bijele kristale.

Izvor: Autor Killerlimpet, iz Wikimedia Commons

Cink sulfid je netopljiv u vodi. Može prouzrokovati okolišnu štetu jer prodire u tlo i zagađuje podzemne vode i njegove struje.

Cink sulfid se, među ostalim reakcijama, može proizvesti korozijom i neutralizacijom.

Korozijom:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Neutralizacijom:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

Cink sulfid je fosforescentna sol koja mu daje sposobnost za višestruku upotrebu i primjenu. Također, to je poluvodič i fotokatalizator.

Struktura

Cink sulfid prihvaća kristalne strukture upravljane elektrostatičkim atrakcijama između kationa Zn ²⁺ i S ^2- aniona. To su dva: sfaleritna ili cinkova mješavina i wurzit. U oba, ioni minimaliziraju odbojnosti između iona jednakih naboja.

Cink smjesa je najstabilnija u zemaljskim uvjetima tlaka i temperature; i wurzit, koji je manje gust, rezultat je kristalnog rasporeda zbog povećane temperature.

Dvije strukture mogu istodobno koegzistirati u istoj krutini ZnS iako će vrlo polako wurzit prevladavati.

Cink mješavina

Izvor: Solid State, iz Wikimedia Commons

Gornja slika prikazuje kubnu jediničnu ćeliju usredotočenu na licu strukture cinkove mješavine. Žute sfere odgovaraju S ^2- anionima, a sive kuglice kationima Zn ²⁺, smještene u uglovima i u središtima lica kocke.

Primjetite tetraedarske geometrije oko iona. Cink mješavina također može biti predstavljena ovim tetraedrama, čije rupe unutar kristala imaju istu geometriju (tetraedarske rupe).

Isto tako, unutar jedinica stanice ispunjen je omjer ZnS; to jest omjer 1: 1. Dakle, za svaki Zn ²⁺ kation postoji S ^2- anion. Na slici se može činiti da sive sfere ima u izobilju, ali u stvarnosti, budući da se nalaze u kutovima i na sredini lica kocke, dijele ih druge stanice.

Na primjer, ako uzmete četiri žute sfere koje se nalaze unutar kutije, "komadi" svih sivih sfera oko nje trebali bi biti jednaki (i jesu) četiri. Dakle, u ćeliji s kubičnom jedinicom postoje četiri Zn ²⁺ i četiri S ^2-, stehiometrijski omjer ZnS je ispunjen.

Važno je također naglasiti da ispred i iza žutih sfera postoje tetraedarske rupe (prostor koji ih razdvaja jedna od druge).

Wurzita

Izvor: Solid State, iz Wikimedia Commons

Za razliku od strukture mješavine cinka, wurzite prihvaća šesterokutni kristalni sustav (gornja slika). Ovo je manje kompaktno, pa kruta tvar ima nižu gustoću. Ioni u wurzitu također imaju tetraedarsko okruženje i omjer 1: 1 što je u skladu s formulom ZnS.

Svojstva

Boja

Može se predstaviti na tri načina:

-Wurtzite, s bijelim i šesterokutnim kristalima.

-Sfalerit, s sivkasto-bijelim kristalima i kubičnim kristalima.

-Kao bijeli do sivkasto-bijeli ili žućkasti prah i kubni žućkasti kristali.

Talište

1700º C.

Topnost u vodi

Praktično netopljiv (0,00069 g / 100 ml pri 18 ° C).

Topljivost

Netopljiv u alkalijama, topiv u razrijeđenim mineralnim kiselinama.

Gustoća

Sfalerit 4,04 g / cm ³ i wurtzite 4,09 g / cm ³.

Tvrdoća

Tvrdoća je od 3 do 4 na Mohsovoj skali.

Stabilnost

Kada sadrži vodu, polako se oksidira do sulfata. U suhom je stabilna.

Raspad

Nakon zagrijavanja na visoke temperature emitira otrovne pare cinkovih i sumpornih oksida.

Nomenklatura

Konfiguracija elektrona Zn je 3d ¹⁰ 4s ². Izgubivši dva elektrona 4b orbitala, ostaje kao Zn ²⁺ kation s ispunjenim d orbitalama. Dakle, budući da je Zn ²⁺ elektronički mnogo stabilniji od Zn ⁺, on ima samo valensu od +2.

Dakle, za nomenklaturu zaliha dodavanjem njene valencije u zagradama i s rimskim brojevima izostavljen je: cink (II) sulfid.

Sustavne i tradicionalne nomenklature

Ali postoje i drugi načini da se ZnS nazove pored već spomenutog. U sistematici se broj atoma svakog elementa određuje grčkim brojevima; s jedinom iznimkom elementa udesno kad je samo jedan. Dakle, ZnS je nazvan: cink mono sulfid (a ne monozinc monosulfid).

U odnosu na tradicionalnu nomenklaturu, cink s jednom valencijom +2 dodaje se sufiksom –ico. Shodno tome, njegov tradicionalni naziv je: cink sulfid ico.

Prijave

Kao pigmenti ili premazi

-Sachtolith je bijeli pigment napravljen s cinkovim sulfidom. Koristi se u kavama, mastikama, brtvilima, podlogama, bojama od lateksa i natpisima.

Njegova uporaba u kombinaciji s pigmentima koji apsorbiraju ultraljubičasto svjetlo, poput mikrotitana ili prozirnih pigmenata željeznog oksida, neophodna je u pigmentima otpornim na vremenske uvjete.

-Kad se ZnS nanosi na lateks ili teksturirane boje ima produljeno mikrobicidno djelovanje.

-Zbog velike tvrdoće i otpornosti na lom, eroziju, kišu ili prašinu, to ga čini pogodnim za vanjske infracrvene prozore ili u okvirima zrakoplova.

-ZnS se koristi u oblozi rotora koji se koriste u transportu spojeva kako bi se smanjilo trošenje. Također se koristi u proizvodnji tiskarske boje, izolacijskih spojeva, termoplastične pigmentacije, plastike otporne na plamen i elektroluminescentne žarulje.

-Cink sulfid može biti transparentan i može se koristiti kao prozor za vidljivu optiku i infracrvenu optiku. Koristi se u uređajima za noćno gledanje, televizijskim ekranima, radarskim ekranima i fluorescentnim premazima.

- Doping ZnS s Cu koristi se u proizvodnji panela za elektroluminiscenciju. Također se koristi u raketnom pogonu i gravimetriji.

Zbog njegove fosforescentnosti

- fosforescencija se koristi za toniranje ruku sata i na taj način prikazivanje vremena u mraku; također u boji za igračke, u znakovima za hitne slučajeve i u prometnim upozorenjima.

Fosforescencija omogućuje upotrebu cinkovog sulfida u katodnim epruvetama i na rendgenskim ekranima kako bi svijetlili u tamnim mrljama. Boja fosforescencije ovisi o korištenom aktivatoru.

Poluvodički, fotokatalizator i katalizator

-Sfalerit i wurtzite su širokopojasni poluvodiči s prorezom. Sfalerit ima jaz između 3,54 eV, dok wurtzit ima jaz između 3,91 eV.

-ZnS se koristi u proizvodnji fotokatalizatora sastavljenog od CdS - ZnS / cirkonij - titan fosfata koji se koristi za proizvodnju vodika pod vidljivom svjetlošću.

-Intervenira kao katalizator razgradnje organskih zagađivača. Koristi se u pripremi sinkronizatora boja u LED svjetiljkama.

-Njegovi se nanokristali koriste za ultraosjetljivu detekciju proteina. Na primjer, emitiranjem svjetlosti iz kvantnih točaka ZnS. Koristi se u pripremi kombiniranog fotokatalizatora (CdS / ZnS) -TiO2 za proizvodnju električne energije pomoću fotoelektrokatalize.

Reference

1. Pubchem. (2018.). Cink sulfid. Preuzeto iz: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (2015., 16. siječnja). Bijeli pigment na bazi cinkovog sulfida. Oporavilo od: quiminet.com
3. Wikipedia. (2018.). Cink sulfid. Preuzeto sa: en.wikipedia.org
4. II-VI UK. (2015). Cink sulfid (ZnS). Preuzeto iz: ii-vi.es
5. Rob Toreki. (30. ožujka 2015.). Struktura Zincblende (ZnS). Preuzeto sa: ilpi.com
6. Kemija LibreTexts. (22. siječnja 2017.). Struktura-Cink Blende (ZnS). Preuzeto sa: chem.libretexts.org
7. Reade. (2018.). Cink sulfid / Cink sulfid (ZnS). Preuzeto sa: reade.com