CINK OKSID (IZGU): STRUKTURA, SVOJSTVA, UPOTREBA, RIZICI - KEMIJA - 2026

Cink oksid je anorganski spoj kemijske formule ZnO. Sastoji se isključivo od iona Zn ²⁺ i O ^2- u omjeru 1: 1; međutim, njegova kristalna rešetka može predstavljati slobodan prostor O ², što stvara strukturne nedostatke koji mogu mijenjati boje svojih sintetskih kristala.

Komercijalno se dobiva u obliku praškasto-bijele krute tvari (donja slika), koja se proizvodi izravno oksidacijom metalnog cinka francuskim postupkom; ili podvrgavanjem cinkovih ruda karbotermičkoj redukciji, na način da se njihove pare nakon toga oksidiraju i na kraju skrućuju.

Gledajte čašu s cinkovim oksidom. Izvor: Adam Rędzikowski

Ostale metode dobivanja ZnO sastoje se u taloženju njegovog hidroksida, Zn (OH) ₂, iz vodenih otopina cinkovih soli. Isto tako, morfološki raznoliki tanki filmovi ili nanočestice ZnO mogu se sintetizirati sofisticiranijim tehnikama, poput kemijskog taloženja njegovih para.

Ovaj metalni oksid nalazi se u prirodi kao mineral cinkit, čiji su kristali zbog metalnih nečistoća obično žuti ili narančasti. Kristali ZnO su karakteristični po tome što su piezoelektrični, termokromatski, luminescentni, polarni, a oni imaju i vrlo široki energetski pojas u svojstvima poluvodiča.

Strukturno gledano, izomorfno je cinkov sulfid, ZnS, prihvaćajući heksagonalne i kubične kristale slične onima wurzita i mješavine. U njima postoji određeni kovalentni karakter u interakcijama između Zn ²⁺ i O ^2-, što uzrokuje heterogenu raspodjelu naboja u ZnO kristalu.

Proučavanja svojstava i upotrebe ZnO prostiru se na područja fizike, elektronike i biomedicine. Njegove najjednostavnije i najčešće svakodnevne namjene ostaju neprimjećene u sastavu kreme za lice i sredstava za osobnu higijenu, kao i u kremi za sunčanje.

Struktura

polimorfa

ZnO kristalizira u normalnim uvjetima tlaka i temperature u šesterokutnoj strukturi wurzita. U ovoj su strukturi ioni Zn ²⁺ i O ^2- raspoređeni u naizmjeničnim slojevima na način da svaki završava okružen tetraedrom, odnosno ZnO ₄ ili OZn ₄.

Također, pomoću "predloška" ili kubičnog nosača, ZnO se može načiniti za kristalizaciju u kubičnu mješavinu s cinkovom smjesom; koje, poput wurzita, odgovaraju izomorfnim strukturama (identične u prostoru, ali s različitim ionima) cinkovog sulfida, ZnS.

Uz ove dvije strukture (wurzite i mješavinu), ZnO pod visokim tlakom (oko 10 GPa) kristalizira u strukturi kamene soli, istu kao i NaCl.

interakcije

Interakcije između Zn ²⁺ i O ^2- predstavljati određeni karakter covalence, za koje postoji djelomično kovalentna veza O-Zn (s oba atoma sp ³ hibridizacije), a s obzirom na izobličenja tetraedara, pokazuju trenutak dipola koji dodaje ionske atrakcije ZnO kristala.

Blende (lijevo) i wurzite (desno) struktura ZnO. Izvor: Gabriel Bolívar.

Imate gornju sliku za vizualizaciju tetraedra spomenutih za ZnO strukture.

Razlika između strukture blende i wurzita leži i u onome što se vidi odozgo, ioni nisu pomračeni. Na primjer, u wurzitu se bijele sfere (Zn ²⁺) vide upravo iznad crvenih sfera (O ^2-). S druge strane, u strukturi kubične mješavine to nije slučaj jer postoje tri sloja: A, B i C umjesto samo dva.

Morfologija nanočestica

Iako kristali ZnO imaju šesterokutnu strukturu wurzita, morfologija njihovih nanočestica je druga priča. Ovisno o parametrima i metodama sinteze, oni mogu imati takve raznolike oblike, kao što su šipke, tanjuri, lišće, sfere, cvijeće, remen, igle.

Svojstva

Fizički izgled

Bijela praškasta kruta masa bez mirisa i gorkog okusa. U prirodi se može naći kristalizirano, s metalnim nečistoćama, poput minerala cinka. Ako su takvi kristali bijeli, pokazuju termokromizam, što znači da, kada se zagrijavaju, mijenjaju boju: od bijele do žute.

Isto tako, njegovi sintetički kristali mogu predstavljati crvenkastu ili zelenkastu boju, ovisno o njihovom stehiometrijskom sastavu kisika; drugim riječima, praznine ili odsutne uzrokovane nedostatkom O ^2- aniona izravno utječe na način na koji se svjetlo interakciju s ionskim mreže.

Molekulska masa

81.406 g / mol

Talište

1974 ° C. Na toj se temperaturi podvrgava termičkoj razgradnji oslobađajući pare cinka i molekularni ili plinoviti kisik.

Gustoća

5,1 g / cm ³

Topnost u vodi

ZnO je praktički netopljiv u vodi, te jedva stvara otopine s koncentracijom od 0,0004% na 18 ° C.

Amphotericism

ZnO može reagirati s kiselinama i bazama. Kada reagira s kiselinom u vodenoj otopini, njezina topljivost se povećava formiranjem topljive soli gdje Zn ²⁺ završava s kompleksom s molekulama vode: ²⁺. Na primjer, reagira sa sumpornom kiselinom da bi se stvorio cink sulfat:

ZnO + H ₂ SO ₄ → ZnSO ₄ + H ₂ O

Slično, reagira s masnim kiselinama kako bi tvorio njihove odgovarajuće soli, poput cinkova stearata i palmitita.

A kad reagira s bazom, u prisustvu vode, formiraju se cinkove soli:

ZnO + 2 NaOH + H ₂ O → Na ₂

Kapacitet topline

40,3 J / K mol

Izravni jaz u energiji

3,3 eV. Ova vrijednost ga čini širokopojasnim poluvodičem, sposobnim za rad pod jakim električnim poljem. Također ima svojstva poluvodiča n-tipa, što nije objašnjeno zašto postoji dodatna opskrba elektrona u njegovoj strukturi.

Ovaj se oksid odlikuje svojim optičkim, zvučnim i elektroničkim svojstvima, zahvaljujući čemu se smatra kandidatom za potencijalne primjene povezane s razvojem optoelektronskih uređaja (senzori, laserske diode, fotonaponske stanice). Razlog za takva svojstva je izvan fizike.

Prijave

medicinski

Cink oksid korišten je kao dodatak u mnogim bijelim kremama za liječenje iritacija na koži, akni, dermatitisa, ogrebotina i pukotina. Na ovom području njegova je upotreba popularna za ublažavanje iritacija uzrokovanih pelenama na koži beba.

Isto tako, komponenta je krema za sunčanje, jer zajedno s nanočesticama titanovog dioksida, TiO ₂, pomaže u blokiranju sunčevog ultraljubičastog zračenja. Isto tako, djeluje kao sredstvo za zgušnjavanje, zbog čega se nalazi u određenom sastavu svjetlosti, losioni, emajli, puderi i sapuni.

S druge strane, ZnO je izvor cinka koji se koristi u dodacima prehrani i vitaminima, kao i u žitaricama.

antibakterijski

Prema morfologiji njegovih nanočestica, ZnO se može aktivirati pod ultraljubičastim zračenjem za stvaranje vodikovih peroksida ili reaktivnih vrsta koje slabe stanične membrane mikroorganizama.

Kad se to dogodi, preostale nanočestice ZnO brazdaju citoplazmu i započinju interakciju s kompendijom biomolekula koje čine stanicu, što rezultira njihovom apoptozom.

Zato se ne mogu sve nanočestice koristiti u sastavima za zaštitu od sunca, već samo one kojima nedostaje antibakterijsko djelovanje.

Proizvodi ove vrste ZnO namijenjeni su za oblaganje topivim polimernim materijalima za liječenje infekcija, rana, čira, bakterija, pa čak i dijabetesa.

Pigmenti i premazi

Pigment poznat kao bijeli cink je ZnO, koji se dodaje raznim bojama i premazima kako bi se zaštitile metalne površine na kojima se nanose od korozije. Na primjer, premazi s dodanim ZnO koriste se za zaštitu pocinčanog željeza.

S druge strane, ovi se premazi koriste i na prozorskom staklu kako bi se spriječilo prodiranje topline (ako je vani) ili ulaska (ako je unutra). Isto tako, štiti neke polimerne i tekstilne materijale od propadanja uslijed djelovanja sunčevog zračenja i topline.

Bioimages

Luminiscencija ZnO nanočestica je proučavana kako bi se primijenila u biografiji, čime su proučavane unutarnje strukture stanica pomoću plave, zelene ili narančaste svjetlosti koja zrače.

Aditiv

ZnO se također koristi kao aditiv u gumama, cementima, zubnim bojama, čašama i keramikama, zbog niže tališta i, prema tome, ponaša se kao sredstvo za stvaranje fluksa.

Sredstvo za uklanjanje vodikovog sulfida

ZnO uklanja neugodnih plinova iz H ₂ S, pomažući desulfurize neki plin pare:

ZnO + H ₂ S → ZnS + H ₂ O

rizici

Cink oksid kao takav je netoksičan i bezopasan spoj, pa oprezno rukovanje njegovom čvrstom tvari ne predstavlja nikakav rizik.

Problem, međutim, leži u njegovom dimu, jer iako se na visokim temperaturama razgrađuje, para cinka na kraju kontaminira pluća i uzrokuje neku vrstu "metalne groznice". Ovu bolest karakteriziraju simptomi kašlja, groznice, osjećaja stezanja u prsima i stalnog metalnog okusa u ustima.

Također nije kancerogena, a pokazalo se da kreme koje ga sadrže ne povećavaju apsorpciju cinka u kožu, pa se sunčane kreme na bazi ZnO smatraju sigurnim; osim ako nema alergijskih reakcija, u tom slučaju treba prekinuti njegovu upotrebu.

Što se tiče određenih nanočestica namijenjenih za borbu protiv bakterija, one mogu imati negativne učinke ako se ne transportiraju ispravno do mjesta djelovanja.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Neorganska kemija. (Četvrto izdanje). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Cinkov oksid. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
3. Hadis Morkoç i Ümit Özgur. (2009). Cink oksid: osnove, materijali i tehnologija uređaja., Oporavak od: application.wiley-vch.de
4. Parihar, M. Raja i R. Paulose. (2018.). Kratak pregled strukturnih, električnih i elektrokemijskih svojstava nanočestica cinkovog oksida., Oporavak od: ipme.ru
5. A. Rodnyi i IV Hhodyuk. (2011). Optička i svjetlosna svojstva cinkovog oksida. Oporavilo sa: arxiv.org
6. Siddiqi, KS, Ur Rahman, A., Tajuddin, & Husen, A. (2018). Svojstva nanočestica cinkovog oksida i njihovo djelovanje protiv mikroba. Nanoscale istraživanja slova, 13 (1), 141. doi: 10.1186 / s11671-018-2532-3
7. ChemicalSafetyFacts. (2019). Cinkov oksid. Oporavilo sa: chemicalsafetyfacts.org
8. Jinhuan Jiang, Jiang Pi i Jiye Cai. (2018.). Unapređenje nanočestica cinkovog oksida za biomedicinsku primjenu. Bioinorganska kemija i primjene, god. 2018., ID članka 1062562, 18 stranica. doi.org/10.1155/2018/1062562