SIARCZEK CYNKU (ZNS): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI I ZASTOSOWANIE - CHEMIA - 2026

Siarczek cynku jest nieorganiczny związek o wzorze Z _n S, utworzone przez kationy Zn ²⁺ i anionów S ^2- . W naturze występuje głównie jako dwa minerały: wurtzyt i sfaleryt (lub blenda cynkowa), przy czym ten ostatni jest jego główną formą.

Sfaleryt ma naturalnie czarny kolor ze względu na swoje zanieczyszczenia. W czystej postaci przedstawia białe kryształy, natomiast wurtzyt ma szaro-białe kryształy.

Źródło: Killerlimpet, źródło Wikimedia Commons

Siarczek cynku jest nierozpuszczalny w wodzie. Może powodować szkody w środowisku, ponieważ przenika do gruntu i zanieczyszcza wody gruntowe oraz ich prądy.

Siarczek cynku można wytwarzać między innymi w wyniku korozji i neutralizacji.

Przez korozję:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Neutralizacja:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

Siarczek cynku jest fosforyzującą solą, dzięki czemu ma wiele zastosowań i zastosowań. Jest również półprzewodnikiem i fotokatalizatorem.

Struktura

Siarczek cynku przyjmuje struktury krystaliczne regulowane elektrostatycznych miejsc pomiędzy Zn ²⁺ kationu i S ^2- anionu . Są to dwa: sfaleryt lub blenda cynkowa i wurzit. W obu przypadkach jony minimalizują odpychanie między jonami o równych ładunkach.

Blenda cynkowa jest najbardziej stabilna w ziemskich warunkach ciśnienia i temperatury; a wurzit, który jest mniej gęsty, wynika z przegrupowania krystalicznego w wyniku podwyższonej temperatury.

Te dwie struktury mogą współistnieć w tym samym ciele stałym ZnS w tym samym czasie, chociaż bardzo powoli wurzite będzie dominował.

Mieszanka cynku

Źródło: By Solid State, z Wikimedia Commons

Górny obraz przedstawia sześcienną komórkę elementarną wyśrodkowaną na powierzchniach struktury z mieszanki cynku. Żółte kule odpowiadają anionom S ² , a szare kationom Zn ²⁺ , umiejscowionym w rogach i środkach ścian sześcianu.

Zwróć uwagę na czworościenne geometrie wokół jonów. Blenda cynkowa może być również reprezentowana przez te czworościany, których otwory wewnątrz kryształu mają tę samą geometrię (otwory czworościenne).

Podobnie w komórkach elementarnych proporcja ZnS jest zachowana; to znaczy stosunek 1: 1. W ten sposób, dla każdego Zn ²⁺ kation występuje S ^2- anionu . Na obrazie może się wydawać, że szare kule są obfite, ale w rzeczywistości, ponieważ znajdują się w rogach i środku ścian sześcianu, są one wspólne dla innych komórek.

Na przykład, jeśli weźmiesz cztery żółte kule, które znajdują się w pudełku, „kawałki” wszystkich szarych kul wokół niego powinny być równe (i tak robią) cztery. Tak więc, w sześciennej komórce elementarnej są cztery Zn ²⁺ i cztery S ^2- , ZnS stosunek stechiometryczny jest spełnione.

Należy również podkreślić, że przed i za żółtymi kulami (przestrzeń oddzielająca je od siebie) znajdują się czworościenne otwory.

Wurzita

Źródło: By Solid State, z Wikimedia Commons

W przeciwieństwie do struktury blendy cynku, wurzite przyjmuje sześciokątny system kryształów (górne zdjęcie). Jest to mniej zwarte, więc ciało stałe ma mniejszą gęstość. Jony w wurzycie mają również czworościenne otoczenie i stosunek 1: 1, który jest zgodny ze wzorem ZnS.

Nieruchomości

Kolor

Można to przedstawić na trzy sposoby:

-Wurtzyt, z białymi i sześciokątnymi kryształami.

-Sfaleryt, z szarobiałymi kryształami i sześciennymi kryształami.

-Jak proszek o barwie białej do szaro-białej lub żółtawej i sześcienne żółtawe kryształy.

Temperatura topnienia

1700ºC.

Rozpuszczalność w wodzie

Praktycznie nierozpuszczalny (0,00069 g / 100 ml w 18 ° C).

Rozpuszczalność

Nierozpuszczalny w zasadach, rozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach mineralnych.

Gęstość

Sfaleryt 4,04 g / cm ³ i wurtzyt 4,09 g / cm ³ .

Twardość

Ma twardość od 3 do 4 w skali Mohsa.

Stabilność

Gdy zawiera wodę, powoli utlenia się do siarczanu. W suchym środowisku jest stabilny.

Rozkład

Po podgrzaniu do wysokich temperatur wydziela toksyczne opary cynku i tlenków siarki.

Nomenklatura

Konfiguracja elektronowa Zn to 3d ¹⁰ 4s ² . Utrata dwóch elektronów orbity 4s pozostaje kationem Zn ²⁺ z wypełnionymi orbitaliami d. Dlatego, ponieważ Zn ²⁺ jest znacznie bardziej stabilny elektronicznie niż Zn ⁺ , ma tylko wartościowość +2.

Stąd w nomenklaturze surowców pomija się dodanie jej wartościowości w nawiasach i cyframi rzymskimi: siarczek cynku (II).

Systematyczne i tradycyjne nomenklatury

Ale są inne sposoby na wywołanie ZnS oprócz już wspomnianego. W systematyce liczbę atomów każdego pierwiastka określa się za pomocą greckich liczników; z jedynym wyjątkiem elementu po prawej stronie, gdy jest tylko jeden. Tak więc, ZnS, nosi nazwę: cynk mono siarczek (nie monozinc monosiarczek).

W odniesieniu do tradycyjnej nomenklatury cynk o pojedynczej wartościowości +2 jest dodawany przez dodanie przyrostka –ico. W związku z tym jego tradycyjna nazwa to: ico siarczku cynku .

Aplikacje

Jako pigmenty lub powłoki

-Sachtolith to biały pigment wykonany z siarczku cynku. Stosowany jest w masach uszczelniających, kitach, uszczelniaczach, podkładach, farbach lateksowych i oznakowaniach.

Jego stosowanie w połączeniu z pigmentami pochłaniającymi światło ultrafioletowe, takimi jak mikro-tytan lub przezroczyste pigmenty tlenku żelaza, jest konieczne w przypadku pigmentów odpornych na warunki atmosferyczne.

-Gdy ZnS jest nakładany na farby lateksowe lub teksturowane, ma przedłużone działanie bakteriobójcze.

-Ze względu na dużą twardość i odporność na pękanie, erozję, deszcz lub kurz, nadaje się do zewnętrznych okien na podczerwień lub w ramach samolotów.

-ZnS jest stosowany do powlekania wirników stosowanych w transporcie związków w celu zmniejszenia zużycia. Znajduje również zastosowanie w produkcji farb drukarskich, mas izolacyjnych, pigmentacji termoplastycznej, tworzyw sztucznych trudnopalnych oraz lamp elektroluminescencyjnych.

-Siarczek cynku może być przezroczysty i może być używany jako okno dla optyki widzialnej i optyki podczerwieni. Jest stosowany w noktowizorach, ekranach telewizyjnych, ekranach radarowych i powłokach fluorescencyjnych.

- W produkcji paneli elektroluminescencyjnych stosuje się domieszkowanie ZnS Cu. Jest również stosowany w napędzie rakietowym i grawimetrii.

Za fosforescencję

-Jego fosforescencja służy do barwienia wskazówek zegara, a tym samym wyświetlania czasu w ciemności; także w farbie do zabawek, w znakach awaryjnych i ostrzeżeniach drogowych.

Fosforescencja pozwala na użycie siarczku cynku w lampach katodowych i ekranach rentgenowskich, aby świecić w ciemnych plamach. Kolor fosforescencji zależy od użytego aktywatora.

Półprzewodnik, fotokatalizator i katalizator

-Sfalerit i wurtzyt to szerokopasmowe półprzewodniki szczelinowe. Sfaleryt ma pasmo zabronione 3,54 eV, podczas gdy wurtzyt ma pasmo zabronione 3,91 eV.

-ZnS służy do przygotowania fotokatalizatora złożonego z CdS - ZnS / cyrkon - fosforanu tytanu, który służy do produkcji wodoru w świetle widzialnym.

-Interweniuje jako katalizator degradacji zanieczyszczeń organicznych. Służy do przygotowania synchronizatora kolorów w lampach LED.

-Jego nanokryształy są używane do ultraczułego wykrywania białek. Na przykład, emitując światło z kropek kwantowych ZnS. Służy do przygotowania kombinowanego fotokatalizatora (CdS / ZnS) -TiO2 do produkcji elektrycznej za pomocą fotoelektrokatalizy.

Bibliografia

1. PubChem. (2018). Siarczek cynku. Zaczerpnięte z: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (16 stycznia 2015). Biały pigment na bazie siarczku cynku. Odzyskany z: quiminet.com
3. Wikipedia. (2018). Siarczek cynku. Zaczerpnięte z: en.wikipedia.org
4. II-VI Wielka Brytania. (2015). Siarczek cynku (ZnS). Zaczerpnięte z: ii-vi.es
5. Rob Toreki. (30 marca 2015). Struktura Zincblende (ZnS). Zaczerpnięte z: ilpi.com
6. Chemistry LibreTexts. (22 stycznia 2017). Struktura-Blenda cynkowa (ZnS). Zaczerpnięte z: chem.libretexts.org
7. Reade. (2018). Siarczek cynku / Siarczek cynku (ZnS). Zaczerpnięte z: reade.com