CINK-SZULFID (ZNS): SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK ÉS FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2026

A cink-szulfid egy szervetlen vegyület a általános képletű Z _n S által alkotott kationok Zn ²⁺ és anionok S ^2-. A természetben elsősorban két ásványi anyagként található meg: wurtzite és sphalerite (vagy cinkkeverék), ez utóbbi a fő formája.

A sphalerite szennyeződései miatt természetesen fekete színű. Tiszta formájában fehér kristályokat mutat, míg a wurtzite szürkésfehér kristályokat tartalmaz.

Forrás: Killerlimpet, a Wikimedia Commonsból

A cink-szulfid vízben nem oldódik. Káros környezeti károkat okozhat, mivel behatol a talajba, és szennyezi a talajvizet és annak áramát.

A cink-szulfid előállítható többek között a korrózió és a semlegesítés útján.

Korrózió által:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Semlegesítés útján:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

A cink-szulfid egy foszforeszkáló só, amely többszörös felhasználásra képes. Ezenkívül egy félvezető és fotokatalizátor is.

Szerkezet

Cink-szulfid fogad kristályos struktúrák által szabályozott elektrosztatikus vonzások közötti Zn ²⁺ kation, és az S ^-2- anion. Ez kétféle: szfalerit vagy cinkkeverék és a wurzit. Mindkét esetben az ionok minimalizálják az azonos töltésű ionok közötti visszatéréseket.

A cinkkeverék a legstabilabb földi nyomás és hőmérséklet körülmények között; és a kevésbé sűrű wurzite a megnövekedett hőmérséklet miatt kristályos átrendeződésből származik.

A két struktúra ugyanabban a ZnS-szilárd anyagban egyszerre létezhet, bár nagyon lassan a wurzit dominál.

Cinkkeverék

Forrás: Solid State által, a Wikimedia Commonsból

A felső kép a cinkkeverék szerkezetének felületeire összpontosító köbös egységcellát mutatja. A sárga gömb az S ^2- anionoknak, a szürke gömb a Zn ²⁺ kationoknak felel meg, amelyek a kockafelületek sarkában és középpontjában helyezkednek el.

Vegye figyelembe az ionok körüli tetraéder geometriákat. A cinkkeveréket ezek a tetraéderek is reprezentálhatják, amelyeknek a kristály belsejében lévő lyukak azonos geometriájúak (tetraéderes lyukak).

Hasonlóképpen, az egységcellákban a ZnS arány teljesül; vagyis 1: 1 arány. Így minden Zn ²⁺ kationhoz van egy S ^2- anion. A képen valószínűleg úgy tűnik, hogy a szürke gömbök bőségesek, de a valóságban, mivel a kocka arcának sarkában és középpontjában vannak, más cellák osztják meg őket.

Például, ha vesszük a négy sárga gömböt, amelyek a dobozban vannak, az összes szürke gömb „darabjainak” egyenlőnek kell lenniük (és így vannak). Így a köbös elemi cellában van négy Zn ²⁺ és négy S ^2-, a sztöchiometrikus arány ZnS teljesülnek.

Fontos hangsúlyozni, hogy a sárga gömbök előtt és mögött (a tér, amely elválasztja őket egymástól) tetraéderes lyukak vannak.

Wurzita

Forrás: Solid State által, a Wikimedia Commonsból

A cinkkeverék szerkezetétől eltérően a wurzit hatszögletű kristályrendszert alkalmaz (felső kép). Ez kevésbé kompakt, így a szilárd anyag kisebb sűrűséggel rendelkezik. A wurzit ionjai tetraéderes környezetben vannak és 1: 1 arányban állnak, amely megegyezik a ZnS képlettel.

Tulajdonságok

Szín

Három módon lehet bemutatni:

-Wurtzite, fehér és hatszögletű kristályokkal.

-A szfalerit, szürkésfehér kristályokkal és köbös kristályokkal.

- Fehér vagy szürkésfehér vagy sárgás színű por és köbös sárgás színű kristályok.

Olvadáspont

1700º C

Vízben való oldhatóság

Gyakorlatilag nem oldódik (0,00069 g / 100 ml 18 ° C-on).

Oldhatóság

Lúgokban nem oldódik, híg ásványi savakban oldódik.

Sűrűség

Sphalerite 4,04 g / cm ³, és wurtzit 4,09 g / cm ³.

Keménység

A keménysége 3–4, a Mohs-skála szerint.

Stabilitás

Ha vizet tartalmaz, lassan oxidálódik szulfátra. Száraz környezetben stabil.

bomlás

Magas hőmérsékletre hevítve mérgező cink- és kén-oxid gőzöket bocsát ki.

Elnevezéstan

A Zn elektronkonfigurációja 3D ¹⁰ 4s ². A 4s pálya két elektronjának elvesztésével a Zn ²⁺ kation marad, d-es pályáival. Ezért, mivel a Zn ²⁺ elektronikusan sokkal stabilabb, mint a Zn ⁺, csak valenciája +2.

Ennélfogva a tőzsdei nómenklatúrához a zárójelben feltüntetett és római számokkal közölt valencia hozzáadását el kell hagyni: cink (II) -szulfid.

Rendszeres és hagyományos nómenklatúrák

De a ZnS felhívására a már említetten kívül más módok is vannak. A szisztematikában az egyes elemek atomszámát a görög számlálókkal kell megadni; azzal a kivétellel, hogy a jobb oldalon található elem csak egy. Így a ZnS nevezik: cink- mono -szulfid (és nem monozinc monoszulfid).

A hagyományos nómenklatúrát illetően a +ico egyértékű vegyértékű cink hozzáadása a –ico utótag hozzáadásával történik. Következésképpen a hagyományos neve: cink-szulfid ico.

Alkalmazások

Pigmentek vagy bevonatok formájában

-Sachtolith fehér pigment cink-szulfiddal. Selyemben, masztikumokban, tömítőanyagokban, aljbevonatokban, latexfestékekben és feliratokban használják.

Időjárásálló pigmenteknél ultraibolya fényelnyelő pigmentekkel, például mikro-titán vagy átlátszó vas-oxid pigmentekkel együtt kell használni.

-Ha a ZnS-t latex- vagy texturált festékekre alkalmazzák, meghosszabbított mikrobicid hatása van.

- Nagy keménysége és törése, eróziója, eső vagy por ellenállása miatt alkalmassá teszi külső infravörös ablakokhoz vagy repülőgépkeretekhez.

-ZnS-t a vegyületek szállításához használt rotorok bevonására használják a kopás csökkentése érdekében. Szintén nyomdafestékek, szigetelő vegyületek, hőre lágyuló pigmentáció, lángálló műanyagok és elektrolumineszcens lámpák gyártásához használják.

-A cink-szulfid átlátszó lehet, és ablakkként használható a látható optika és az infravörös optika számára. Éjjellátó készülékekben, televíziós képernyőkben, radar képernyőkben és fluoreszcens bevonatokban használják.

-A ZnS Cu-val történő doppingolását használják az elektrolumineszcencia panelek előállításához. Ezenkívül rakétameghajtásban és gravimetriában is használják.

A foszforeszcencia érdekében

-A foszforeszcenciát használják az óra kezének színezésére, és így az idő sötétben történő megjelenítésére; a játékok festékéhez, a vészjelző táblákhoz és a közlekedési figyelmeztetésekhez is.

A foszforeszcencia lehetővé teszi a cink-szulfid használatát katódsugárcsövekben és röntgensugár-képernyőkön, hogy sötét foltokban világítson. A foszforeszcencia színe az alkalmazott aktivátortól függ.

Félvezető, fotokatalizátor és katalizátor

-A szaferit és a wurtzite szélessávú hasított félvezetők. A Sphalerite sávrése 3,54 eV, míg a wurtzite sávrése 3,91 eV.

A -ZnS-t olyan fotokatalizátor előállításához használják, amely CdS - ZnS / cirkónium - titán-foszfátból áll, és amelyet hidrogén előállításához használnak látható fényben.

- katalizátorként hat a szerves szennyező anyagok lebontására. A LED-lámpákban alkalmazott színszinkronizátor előállításához használják.

-A nanokristályokat használják a fehérjék ultraérzékeny kimutatására. Például fény kibocsátásával a ZnS kvantumpontjaiból. Kombinált fotokatalizátor (CdS / ZnS) -TiO2 előállításánál használják fotoelektrokatalízissel történő villamos előállításhoz.

Irodalom

1. Pubchem. (2018). Cink-szulfid. Feltéve: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (2015, január 16). Fehér pigment cink-szulfid alapján. Helyreállítva: quiminet.com
3. Wikipedia. (2018). Cink-szulfid. Forrás: en.wikipedia.org
4. II – VI. (2015). Cink-szulfid (ZnS). Feltöltve: ii-vi.es
5. Rob Toreki. (2015. március 30.). A Zincblende (ZnS) felépítése. Forrás: ilpi.com
6. Kémia LibreTexts. (2017. január 22.) Szerkezet-cink keverék (ZnS). Forrás: chem.libretexts.org
7. Reade. (2018). Cink-szulfid / Cink-szulfid (ZnS). Forrás: reade.com