ZILVERSULFIDE (AG2S): STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN EN TOEPASSINGEN - CHEMIE - 2025

De zilversulfide een anorganische verbinding waarvan de chemische formule Ag ₂ S Het bestaat uit een grijs-zwarte vaste stof gevormd door kation Ag ⁺ en anionen S ² in een 2: 1. S ^2- lijkt erg op Ag ⁺ , omdat beide zachte ionen zijn en ze zich met elkaar kunnen stabiliseren.

Zilveren ornamenten hebben de neiging om donkerder te worden en hun karakteristieke glans te verliezen. De kleurverandering is niet een product van de oxidatie van zilver, maar van de reactie met waterstofsulfide dat in lage concentraties in het milieu aanwezig is; Dit kan komen door verrotting of afbraak van planten, dieren of voedsel dat rijk is aan zwavel.

Bron: Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0, via Wikimedia Commons

H ₂ S, waarvan het molecuul een zwavelatoom draagt, reageert met zilver volgens de volgende chemische vergelijking: 2Ag (s) + H ₂ S (g) => Ag ₂ S (s) + H ₂ (g)

Daarom is Ag ₂ S verantwoordelijk voor de zwarte lagen die op zilver worden gevormd. In de natuur komt dit sulfide echter ook voor in de mineralen Acantite en Argentite. De twee mineralen onderscheiden zich van vele andere door hun glanzende zwarte kristallen, zoals de vaste stof in de bovenstaande afbeelding.

Ag ₂ S heeft polymorfe structuren, aantrekkelijke elektronische en opto-elektronische eigenschappen, is een halfgeleider en belooft een materiaal te worden voor de productie van fotovoltaïsche apparaten, zoals zonnecellen.

Structuur

Bron: door CCoil, van Wikimedia Commons

De bovenste afbeelding illustreert de kristalstructuur van zilversulfide. De blauwe bollen komen overeen met Ag ⁺ -kationen , terwijl de gele bollen overeenkomen met S ^2- anionen . Ag ₂ S is polymorf, wat betekent dat het onder bepaalde temperatuuromstandigheden verschillende kristalsystemen kan aannemen.

Hoe? Door een faseovergang. De ionen worden zodanig herschikt dat de temperatuurstijging en de trillingen van de vaste stof de elektrostatische aantrekking-afstoting balans niet verstoren. Wanneer dit gebeurt, wordt er gezegd dat er een faseovergang is, en de vaste stof vertoont dus nieuwe fysische eigenschappen (zoals glans en kleur).

Ag ₂ S heeft bij normale temperaturen (onder 179ºC) een monokliene kristallijne structuur (α-Ag ₂ S). Naast deze vaste fase zijn er nog twee andere: de bcc (kubiek gecentreerd op het lichaam) tussen 179 en 586 ° C, en de fcc (kubiek gecentreerd op de vlakken) bij zeer hoge temperaturen (δ- Ag ₂ S).

Het argentietmineraal bestaat uit de fcc-fase, ook bekend als β-Ag ₂ S. Eenmaal afgekoeld en omgezet in acanthiet, overheersen de structurele kenmerken in combinatie. Daarom bestaan ​​beide kristallijne structuren naast elkaar: de monokliene en de bcc. Vandaar dat zwarte vaste stoffen met heldere en interessante boventonen naar voren komen.

Eigendommen

Molecuulgewicht

247,80 g / mol

Verschijning

Grijsachtig zwarte kristallen

Geur

Toilet.

Smeltpunt

836 ° C. Deze waarde komt overeen met het feit dat Ag ₂ S een verbinding is met een laag ionisch karakter en daarom smelt bij temperaturen onder de 1000ºC.

Oplosbaarheid

In water slechts 6,21 ∙ 10 ^-15 g / l bij 25 ° C. Dat wil zeggen, de hoeveelheid van de zwarte vaste stof die wordt opgelost, is verwaarloosbaar. Dit is opnieuw te wijten aan het lage polaire karakter van de Ag-S-binding, waar er geen significant verschil in elektronegativiteit is tussen de twee atomen.

Ag ₂ S is ook onoplosbaar in alle oplosmiddelen. Geen enkel molecuul kan zijn kristallijne lagen efficiënt scheiden in gesolvateerde Ag ⁺ en S ^2- ionen.

Structuur

In de afbeelding van de structuur zie je ook vier lagen S-Ag-S-bindingen, die over elkaar bewegen wanneer de vaste stof aan compressie wordt blootgesteld. Dit gedrag betekent dat het, ondanks dat het een halfgeleider is, ductiel is zoals veel metalen bij kamertemperatuur.

S-Ag-S-lagen passen goed vanwege hun hoekige geometrieën die worden gezien als een zigzag. Omdat er een compressiekracht is, verplaatsen ze zich op een verplaatsingsas, waardoor nieuwe niet-covalente interacties tussen de zilver- en zwavelatomen ontstaan.

Brekingsindex

2.2

Diëlektrische constante

6

Elektronisch

Ag ₂ S is een amfotere halfgeleider, dat wil zeggen dat hij zich gedraagt ​​alsof hij van het type n en van het type p is. Het is ook niet broos, dus het is bestudeerd voor zijn toepassing in elektronische apparaten.

Reductiereactie

Ag ₂ S kan worden gereduceerd tot metallisch zilver door de zwarte stukken te baden met heet water, NaOH, aluminium en zout. De volgende reactie vindt plaats:

3Ag ₂ S (s) + 2Al (s) + 3H ₂ O (l) => 6Ag (s) + 3H ₂ S (aq) + Al ₂ O ₃ (s)

Nomenclatuur

Zilver, waarvan de elektronenconfiguratie 4d ¹⁰ 5s ^{1 is} , kan slechts één elektron verliezen: de buitenste orbitaal 5s. Het Ag ⁺ kation blijft dus achter met een 4d ¹⁰ elektronische configuratie . Daarom heeft het een unieke valentie van +1, die bepaalt hoe de verbindingen moeten worden genoemd.

Zwavel daarentegen heeft een elektronische configuratie van 3s ² 3p ⁴ en heeft twee elektronen nodig om zijn valentie-octet te voltooien. Wanneer het deze twee elektronen (van zilver) verkrijgt, wordt het omgezet in het sulfide-anion, S ^2- , met configuratie. Dat wil zeggen, het is iso-elektronisch voor het edelgas argon.

Dus Ag ₂ S moet worden genoemd volgens de volgende nomenclaturen:

Systematisch

Di- zilver mono sulfide . Hier wordt het aantal atomen van elk element in aanmerking genomen en ze zijn gemarkeerd met de voorvoegsels van Griekse tellers.

Voorraad

Zilversulfide. Met een unieke valentie van +1, wordt het niet gespecificeerd met Romeinse cijfers tussen haakjes: zilver (I) sulfide; wat niet juist is.

Traditioneel

Sulfide ARGENT ico . Aangezien zilver "werkt" met een valentie van +1, wordt het achtervoegsel -ico toegevoegd aan de Latijnse naam argentum.

Toepassingen

Enkele van de nieuwe toepassingen voor Ag ₂ S zijn als volgt:

-De colloïdale oplossingen van de nanodeeltjes (met verschillende groottes) hebben antibacteriële werking, zijn niet giftig en kunnen daarom worden gebruikt in de geneeskunde en biologie.

-Zijn nanodeeltjes kunnen zogenaamde quantum dots vormen. Ze absorberen en zenden straling uit met een grotere intensiteit dan veel fluorescerende organische moleculen, zodat ze de laatste kunnen vervangen als biologische markers.

-De structuren van α-Ag ₂ S zorgen ervoor dat het opvallende elektronische eigenschappen vertoont om als zonnecellen te worden gebruikt. Het vormt ook een startpunt voor de synthese van nieuwe thermo-elektrische materialen en sensoren.

Referenties

1. Mark Peplow. (17 april 2018). Halfgeleider-zilversulfide strekt zich uit als metaal. Genomen uit: cen.acs.org
2. Samenwerking: Auteurs en redacteuren van de delen III / 17E-17F-41C () Zilversulfide (Ag2S) kristalstructuur. In: Madelung O., Rössler U., Schulz M. (eds) Niet-tetraëdrisch gebonden elementen en binaire verbindingen I.Landolt-Börnstein - Groep III Condensed Matter (Numerical Data and Functional Relationships in Science and Technology), deel 41C. Springer, Berlijn, Heidelberg.
3. Wikipedia. (2018). Zilversulfide. Ontleend aan: en.wikipedia.org
4. Stanislav I. Sadovnikov & col. (Juli 2016). Ag ₂ S-zilversulfide-nanodeeltjes en colloïdale oplossingen: synthese en eigenschappen. Afkomstig van: sciencedirect.com
5. Azo-materialen. (2018). Zilversulfide (Ag ₂ S) halfgeleiders. Genomen van: azom.com
6. A. Nwofe. (2015). Vooruitzichten en uitdagingen van dunne films met zilversulfide: een overzicht. Afdeling Material Science & Renewable Energy, Department of Industrial Physics, Ebonyi State University, Abakaliki, Nigeria.
7. UMassAmherst. (2011). Hoorcollege Demonstraties: bezoedeld zilver schoonmaken. Genomen uit: lecturedemos.chem.umass.edu
8. Studie. (2018). Wat is zilversulfide? - Chemische formule en toepassingen. Genomen uit: study.com