CINK-OXID (ZNO): SZERKEZET, TULAJDONSÁGOK, FELHASZNÁLÁSOK, KOCKÁZATOK - KÉMIA - 2026

A cink-oxid egy szervetlen vegyület, amelynek képlete ZnO. Kizárólag Zn ²⁺ és O ^2- ionokból áll, 1: 1 arányban; Azonban a kristályrács lehet bemutatni O ^2- megüresedett, amely ad okot, hogy a strukturális hibák képesek megváltoztatni a színek a szintetikus kristályok.

Kereskedelemben por alakú, fehér szilárd anyagként kapják meg (alsó kép), amelyet közvetlenül a fém cinknek a francia eljárással történő oxidálásával állítanak elő; vagy a cinkérceket karbotermikus redukciónak vetjük alá oly módon, hogy gőzük oxidálódjon és megszilárduljon.

Nézze meg az üveget cink-oxiddal. Forrás: Adam Rędzikowski

A ZnO előállításának egyéb módjai a hidroxid (Zn (OH) ₂) kicsapása cinksók vizes oldatából. Hasonlóképpen, a ZnO morfológiailag változatos vékony rétegei vagy nanorészecskéi szintén szintetizálhatók kifinomultabb technikákkal, például gőzök kémiai lerakódásával.

Ez a fém-oxid a természetben ásványi cinkitként található meg, amelynek kristályai fémszennyeződések miatt általában sárga vagy narancssárga. A ZnO kristályokat piezoelektromos, termokróm, lumineszcens, poláris, és félvezető tulajdonságaikban nagyon széles energiatartományúak jellemzik.

Szerkezetileg izomorf a cink-szulfidtól, a ZnS-től, hatszögletű és köbös kristályokat alkalmazva, hasonlóan a wurzithoz és a keverékhez. Ezekben van egy bizonyos kovalens karakter közötti kölcsönhatások Zn ²⁺ és az O ^2-, ami heterogén eloszlása díjak a ZnO kristály.

A ZnO tulajdonságainak és felhasználásának tanulmányozása kiterjed a fizika, az elektronika és az orvosbiológia területére is. Legegyszerűbb és mindennapi felhasználása észrevétlenül marad az arckrémek és a személyes higiéniai termékek összetételében, valamint a fényvédőben.

Szerkezet

Polimorfokhoz

A ZnO normál nyomás és hőmérséklet körülmények között egy hatszögletű wurzit szerkezetben kristályosodik. Ebben a szerkezetben, a Zn ²⁺ és az O ^2- ionok vannak elrendezve váltakozó rétegek, oly módon, hogy minden egyes végei fel körülvéve egy tetraéder, a ZnO ₄ vagy OZn ₄, ill.

Ezenkívül "sablon" vagy köbös hordozó segítségével ZnO-t kristályosíthatunk egy köbös cinkkeverék-struktúrává; amelyek a wurzithoz hasonlóan megfelelnek a cink-szulfid izomorf szerkezetének (térben azonos, de különböző ionokkal), ZnS.

Ezen a két szerkezeten (wurzit és blende) kívül a ZnO nagy nyomáson (körülbelül 10 GPa) kristályosodik a kősó szerkezetében, ugyanolyan, mint a NaCl.

interakciók

A kölcsönhatások közötti Zn ²⁺ és O ^2- mutat bizonyos jellegű covalence, amelynek van részlegesen kovalens Zn-O kötést (mindkét atom SP ³ hibridizáció), valamint amiatt, hogy a torzítás a tetraéderek, akkor nyilvánvaló egy pillanatra dipól, amely hozzáadja a ZnO kristályok ionos vonzerejét.

A ZnO blende (balra) és wurzite (jobbra) szerkezete. Forrás: Gabriel Bolívar.

A felső képen látható a ZnO struktúrákra említett tetraéder megjelenítése.

A blenda és a wurzite struktúrák közötti különbség abban is rejlik, hogy felülről nézve az ionok nem tapadnak el. Például a wurzitban a fehér gömbök (Zn ²⁺) közvetlenül a piros gömbök (O ²) felett vannak látva. Másrészt, a köbös keverék szerkezetében erről nincs szó, mivel három réteg van: A, B és C, csak kettő helyett.

Nanorészecske morfológia

Noha a ZnO kristályok általában hatszögletű wurzit szerkezettel rendelkeznek, nanorészecskék morfológiája egy másik történet. A paraméterektől és a szintézis módszereitől függően ezek változatos formákat ölthetnek, mint például rudak, tányérok, levelek, gömbök, virágok, övek, tűk.

Tulajdonságok

Fizikai megjelenés

Szagtalan, fehér por alakú, keserű ízű szilárd anyag. A természetben kristályosodhat, fémes szennyeződésekkel, például cinkit ásványi anyaggal. Ha az ilyen kristályok fehérek, termokromatikát mutatnak, ami azt jelenti, hogy hevítéskor megváltozik színük: fehértől sárgaig.

Hasonlóképpen, szintetikus kristályai vöröses vagy zöldes színűek lehetnek, sztöchiometrikus oxigén összetételüktől függően; más szavakkal, a hézagok vagy megüresedett által okozott hiánya O ^2- anionok közvetlenül befolyásolják a módot, ahogyan a fény kölcsönhatásba lép ionos hálózatok.

Moláris tömeg

81,406 g / mol

Olvadáspont

1974 ° C. Ezen a hőmérsékleten hőbomláson megy keresztül, felszabadítva cinkgőzöket és molekuláris vagy gáznemű oxigént.

Sűrűség

5,1 g / cm ³

Vízben való oldhatóság

A ZnO gyakorlatilag nem oldódik vízben, alig hoz létre oldatot, amelynek koncentrációja 18ºC-on 0,0004%.

Amphotericism

A ZnO reagálhat savakkal és bázisokkal is. Amikor vizes oldatban savval reagál, oldhatósága növekszik, ha oldódó sót képez, ahol a Zn ²⁺ komplexet képez a vízmolekulákkal: ²⁺. Például kénsavval reagál cink-szulfát előállítására:

ZnO + H ₂ SO ₄ → ZnSO ₄ + H ₂ O

Hasonlóképpen reagál a zsírsavakkal, és így képezik azok megfelelő sóit, például cink-sztearátot és palmitátot.

És amikor bázissal reagál víz jelenlétében, cink sók képződnek:

ZnO + 2NaOH + H ₂ O → Na ₂

Hőkapacitás

40,3 J / K mol

Közvetlen energiarés

3,3 eV. Ez az érték szélessávú félvezetővé teszi, amely intenzív elektromos terek alatt képes működni. Azt is jellemzi, hogy n-típusú félvezető, és ezt nem magyarázták el, miért épül fel az elektronok extra ellátása.

Ezt az oxidot optikai, akusztikus és elektronikus tulajdonságai különböznek, amelynek köszönhetően az optoelektronikai eszközök (szenzorok, lézerdiódák, fotovoltaikus elemek) fejlesztésével kapcsolatos potenciális alkalmazások számára jelölhetőnek tekinthetők. Az ilyen tulajdonságok oka a fizika határain kívül esik.

Alkalmazások

gyógyhatású

A cink-oxidot adalékanyagként használják számos fehér krémben bőrirritációk, pattanások, dermatitisz, kopások és repedések kezelésére. Ezen a területen népszerű a csecsemők bőrén lévő pelenkák által okozott irritáció enyhítésére.

Hasonlóképpen, ez a fényvédő krémek alkotóeleme, mivel a titán-dioxid nanorészecskéivel (TiO ₂) együtt elősegíti a nap ultraibolya sugárzásának blokkolását. Hasonlóképpen, sűrítőként működik, ezért megtalálható bizonyos fényviszonyokban, krémek, zománcok, porok és szappanok.

Másrészt a ZnO cinkforrás az étrend-kiegészítőkben és vitamintermékekben, valamint a gabonafélékben.

antibakteriális

Nanorészecskéinek morfológiája szerint a ZnO ultraibolya sugárzás alatt aktiválható hidrogén-peroxidok vagy olyan reakcióképes fajok előállítása céljából, amelyek gyengítik a mikroorganizmusok sejtmembránjait.

Amikor ez megtörténik, a fennmaradó ZnO nanorészecskék átvágják a citoplazmát, és kölcsönhatásba lépnek a sejtet alkotó biomolekulák összeállításával, ami apoptózisukhoz vezet.

Ezért nem minden nanorészecskét lehet használni a fényvédő készítményekben, csak azokat, amelyek nem mutatnak antibakteriális hatást.

Az ilyen típusú ZnO-t tartalmazó termékek oldható polimer anyagokkal vannak bevonva fertőzések, sebek, fekélyek, baktériumok és még cukorbetegség kezelésére.

Pigmentek és bevonatok

A fehér cink néven ismert pigment ZnO, amelyet különféle festékekhez és bevonatokhoz adnak hozzá, hogy megvédjék a fémfelületeket a korrózió ellen. Például a galvanizált vas védelmére a hozzáadott ZnO-val rendelkező bevonatokat használják.

Másrészről, ezeket a bevonatokat ablaküvegen is használták, hogy megakadályozzák a hő behatolását (ha kívül van) vagy bejutását (ha benne van). Hasonlóképpen, védi néhány polimer és textil anyagot a napsugárzás és a hő hatására bekövetkező károsodásoktól.

Bioimages

A ZnO nanorészecskék lumineszcenciáját megvizsgálták a bioképezésben való felhasználás szempontjából, ezáltal megvizsgálva a sejtek belső szerkezetét a sugárzó kék, zöld vagy narancssárga fényen keresztül.

Adalékanyag

A ZnO adalékanyagként is alkalmazható gumikban, cementekben, fogkrémekben, poharakban és kerámiában, alacsony olvadáspontja miatt, és ezért fluxáló szerként viselkedik.

Hidrogén-szulfid eltávolító

A ZnO eltávolítja a H ₂ S kellemetlen gázjait, elősegítve néhány gázfüst kéntelenítését:

ZnO + H ₂ S → ZnS + H ₂ O

kockázatok

A cink-oxid önmagában nem mérgező és ártalmatlan vegyület, így szilárd anyag körültekintő kezelése nem jelent semmilyen kockázatot.

A probléma azonban a füstben rejlik, mert bár magas hőmérsékleten bomlik, a cinkgőzök a tüdeket szennyezik és fajta „fémlázot” okoznak. Ezt a betegséget a köhögés, a láz, a mellkasi szorító érzés és a szájban folyamatos fémes íz jellemzi.

Ezenkívül nem karcinogén, és a krémeket nem igazolták, hogy növelik a cink bőrfelszívódását, így a ZnO-alapú fényvédőket biztonságosnak tekintik; kivéve, ha allergiás reakciók merülnek fel, ebben az esetben abba kell hagyni.

A baktériumok leküzdésére tervezett egyes nanorészecskék negatív következményekkel járhatnak, ha azokat nem megfelelően szállítják a cselekvési helyükre.

Irodalom

1. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Cink-oxid. Helyreállítva: en.wikipedia.org
3. Hadis Morkoç és Ümit Özgur. (2009). Cink-oxid: alapelvek, anyagok és eszköztechnika.. Helyreállítva: application.wiley-vch.de
4. Parihar, M. Raja és R. Paulose. (2018). A cink-oxid nanorészecskék szerkezeti, elektromos és elektrokémiai tulajdonságainak rövid áttekintése.. Helyreállítva: ipme.ru
5. Rodnyi A. és IV. Khodyuk. (2011). A cink-oxid optikai és lumineszcencia tulajdonságai. Helyreállítva: arxiv.org
6. Siddiqi, KS, Ur Rahman, A., Tajuddin és Husen, A. (2018). A cink-oxid nanorészecskék tulajdonságai és mikrobákkal szembeni aktivitása. Nanoméretű kutatási levelek, 13 (1), 141. doi: 10.1186 / s11671-018-2532-3
7. ChemicalSafetyFacts. (2019). Cink-oxid. Helyreállítva a következő címen: chemicalsafetyfacts.org
8. Jinhuan Jiang, Jiang Pi és Jiye Cai. (2018). A cink-oxid nanorészecskék fejlesztése az orvosbiológiai alkalmazásokhoz. Bioinorganic Chemistry and Applications, vol. 2018, ID: 1062562, 18 oldal. doi.org/10.1155/2018/1062562