CINK SULFID (ZNS): ZGRADBA, LASTNOSTI IN UPORABE - KEMIJA - 2026

Cinkov sulfid je anorganska spojina s formulo Z _n S tvorjen s kationi Zn ²⁺ in anioni S ^2- . V naravi ga najdemo predvsem kot dva minerala: wurtzite in sfalerit (ali mešanico cinka), pri čemer je slednja njegova glavna oblika.

Sfalerit je zaradi svojih nečistoč naravno črne barve. V svoji čisti obliki predstavlja bele kristale, wurtzit pa sivkasto bele kristale.

Vir: avtor Killerlimpet, iz Wikimedia Commons

Cink sulfid je netopen v vodi. Lahko povzroči škodo v okolju, saj prodre v tla in onesnaži podtalnico in njene tokove.

Cinkov sulfid lahko med drugimi reakcijami nastane s korozijo in nevtralizacijo.

S korozijo:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Z nevtralizacijo:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

Cink sulfid je fosforescentna sol, ki ji daje sposobnost za večkratno uporabo in uporabo. Prav tako je polprevodnik in fotokatalizator.

Struktura

Cink sulfid prevzame kristalne strukture, ki jih upravljajo elektrostatične privlačnosti med kationom Zn ²⁺ in S ^2- anionom . To sta dva: sfaleritna ali cinkova mešanica in wurzit. V obeh ioni minimizirajo odboj med ioni enakih nabojev.

Cink mešanica je najbolj stabilna v kopenskih pogojih tlaka in temperature; wurzit, ki je manj gost, je posledica kristalne preureditve zaradi povečane temperature.

Obe strukturi lahko hkrati obstajata v isti trdni snovi ZnS, čeprav bo zelo hitro počasi prevladoval wurzit.

Cink mešanica

Vir: Avtor: Solid State, Wikimedia Commons

Zgornja slika prikazuje celico kubične enote, usmerjeno na obraze strukture cinkove mešanice. Rumene krogle ustrezajo S ^2- anionom , sive krogle pa kationom Zn ²⁺ , ki se nahajajo v vogalih in na središčih ploskev kocke.

Upoštevajte tetraedrske geometrije okoli ionov. Cink mešanico lahko predstavljajo tudi te tetraedre, katerih luknje v kristalu imajo enako geometrijo (tetraedrske luknje).

Prav tako je znotraj enotnih celic izpolnjen delež ZnS; torej razmerje 1: 1. Tako za vsak kation Zn ²⁺ obstaja S ^2- anion . Na sliki se morda zdi, da je sivih kroglic v izobilju, a v resnici, ker so v vogalih in na sredini obrazov kocke, jih delijo druge celice.

Če vzamete na primer štiri rumene krogle znotraj škatle, morajo biti "kosi" vseh sivih kroglic okrog nje enaki (in ne) štirje. Tako imajo v kubični enoti celice štiri Zn ²⁺ in štiri S ^2- , pri čemer je izpolnjeno stehiometrično razmerje ZnS.

Pomembno je tudi poudariti, da so pred rumenimi kroglicami in za njimi tetraedrske luknje (prostor, ki jih ločuje drug od drugega).

Wurzita

Vir: Avtor: Solid State, Wikimedia Commons

Za razliko od strukture mešanice cinka wurzite prevzame šesterokotni kristalni sistem (zgornja slika). Ta je manj kompakten, zato ima trdna snov manjšo gostoto. Tudi ioni v wurzitu imajo tetraedrsko okolico in razmerje 1: 1, ki se ujema s formulo ZnS.

Lastnosti

Barva

Predstavljena je lahko na tri načine:

-Wurtzite, z belimi in šesterokotnimi kristali.

-Sfalerit, s sivkasto belimi kristali in kubičnimi kristali.

- Kot bel do sivkasto bel ali rumenkast prah in kubične rumenkaste kristale.

Tališče

1700ºC

Topnost v vodi

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

Topnost

Netopen v alkalijah, topen v razredčenih mineralnih kislinah.

Gostota

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

Trdota

Trdoto ima od 3 do 4 po Mohsovi lestvici.

Stabilnost

Ko vsebuje vodo, počasi oksidira do sulfata. V suhem okolju je stabilen.

Razgradnja

Pri segrevanju na visoke temperature oddaja strupene pare cinkovega in žveplovega oksida.

Nomenklatura

Konfiguracija elektronov Zn je 3d ¹⁰ 4s ² . Z izgubo dveh elektronov 4b orbitala ostane kot Zn ²⁺ kation s svojimi d orbitalami. Ker je torej Zn ²⁺ elektronsko veliko bolj stabilen kot Zn ⁺ , ima le valenco +2.

Zato je za nomenklaturo zalog dodajanje valencije v oklepajih in z rimskimi številkami izpuščeno: cinkov (II) sulfid.

Sistematične in tradicionalne nomenklature

Obstajajo pa tudi drugi načini za klicanje ZnS poleg že omenjenega. V sistematiki je število atomov vsakega elementa določeno z grškimi števkami; z edino izjemo elementa na desni, kadar je le eden. Tako je ZnS poimenovan kot: cinkov mono sulfid (in ne monozinc monosulfid).

V zvezi s tradicionalno nomenklaturo se doda cink z eno valenco +2, tako da doda pripono –ico. Posledično je njeno tradicionalno ime: cinkov sulfid ico .

Prijave

Kot pigmenti ali prevleke

-Sachtolith je beli pigment, narejen s cinkovim sulfidom. Uporablja se v tesnilih, mastikah, tesnilnih masah, podlakih, barvah iz lateksa in znakih.

Njegova uporaba v kombinaciji z pigmenti, ki absorbirajo ultravijolično svetlobo, kot so mikro titanijski ali prozorni pigmenti železovega oksida, je nujna pri pigmentih, ki so odporni na vremenske vplive.

-Ko se ZnS nanaša na lateks ali teksturirane barve, ima dolgotrajno mikrobicidno delovanje.

-Za njegovo veliko trdoto in odpornost na lomljenje, erozijo, dež ali prah je primeren za zunanja infrardeča okna ali v okvirje letal.

-ZnS se uporablja pri prevleki rotorjev, ki se uporabljajo pri prevozu spojin, za zmanjšanje obrabe. Uporablja se tudi pri proizvodnji tiskarskih črnil, izolacijskih spojin, termoplastične pigmentacije, negorljive plastike in elektroluminescentnih žarnic.

-Cink sulfid je lahko transparenten in se lahko uporablja kot okno za vidno optiko in infrardečo optiko. Uporablja se v napravah za nočno opazovanje, televizijskih zaslonih, radarskih zaslonih in fluorescentnih prevlek.

-Doping ZnS s Cu se uporablja pri proizvodnji elektroluminescence plošč. Prav tako se uporablja v raketnem pogonu in gravimetriji.

Za njeno fosforescenco

-Svojo fosforescenco uporabljamo za niansiranje ročnih ur in tako prikazovanje časa v temi; tudi v barvi za igrače, v sili in prometnih opozorilih.

Fosforescenca omogoča uporabo cinkovega sulfida v katodnih ceveh in rentgenskih zaslonih, da sveti v temnih pikah. Barva fosforescije je odvisna od uporabljenega aktivatorja.

Polprevodniki, fotokatalizatorji in katalizatorji

-Sfalerit in wurtzit sta širokopasovna polprevodnika. Sphalerit ima vrzel 3,55 eV, wurtzit pa 3,91 eV.

-ZnS se uporablja za pripravo fotokatalizatorja, sestavljenega iz CdS - ZnS / cirkonij - titanovega fosfata, ki se uporablja za proizvodnjo vodika pod vidno svetlobo.

-Vsega kot katalizator za razgradnjo organskih onesnaževal. Uporablja se pri pripravi barvnega sinhronizatorja v LED svetilkah.

-Ni nanokristali se uporabljajo za ultra občutljivo zaznavanje beljakovin. Na primer z oddajanjem svetlobe iz kvantnih pik ZnS. Uporablja se za pripravo kombiniranega fotokatalizatorja (CdS / ZnS) -TiO2 za električno proizvodnjo s pomočjo fotoelektrokatalize.

Reference

1. PubChem. (2018). Cink sulfid. Vzeto iz: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (2015, 16. januarja). Beli pigment na osnovi cinkovega sulfida. Pridobljeno: quiminet.com
3. Wikipedija. (2018). Cink sulfid. Izvedeno iz: en.wikipedia.org
4. II-VI UK. (2015). Cinkov sulfid (ZnS). Vzeto iz: ii-vi.es
5. Rob Toreki. (30. marec 2015). Zgradba Zincblende (ZnS). Vzeto iz: ilpi.com
6. Kemija LibreTexts. (22. januar 2017). Struktura-Cink Blende (ZnS). Izvedeno iz: chem.libretexts.org
7. Preberi. (2018). Cinkov sulfid / cinkov sulfid (ZnS). Izvedeno iz: reade.com