ZINKSULFIDE (ZNS): STRUCTUUR, EIGENSCHAPPEN EN TOEPASSINGEN - CHEMIE - 2025

Het zinksulfide een anorganische verbinding met de formule Z _n S gevormd door kationen Zn ²⁺ en anionen S ^2- . Het komt in de natuur voornamelijk voor als twee mineralen: wurtziet en sfaleriet (of zinkblende), waarvan de laatste de belangrijkste vorm is.

Sfaleriet is van nature zwart van kleur vanwege zijn onzuiverheden. In zijn pure vorm presenteert het witte kristallen, terwijl wurtziet grijsachtig witte kristallen heeft.

Bron: door Killerlimpet, van Wikimedia Commons

Zinksulfide is onoplosbaar in water. Het kan milieuschade veroorzaken, omdat het de grond binnendringt en het grondwater en zijn stromingen vervuilt.

Zinksulfide kan onder meer worden geproduceerd door corrosie en door neutralisatie.

Door corrosie:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Door neutralisatie:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

Zinksulfide is een fosforescerend zout, waardoor het geschikt is voor meerdere toepassingen en toepassingen. Het is ook een halfgeleider en een fotokatalysator.

Structuur

Zinksulfide neemt kristalstructuren onder elektrostatische attracties tussen Zn ²⁺ kationen en S ^2- anion . Dit zijn er twee: sfaleriet of zinkblende en wurziet. In beide minimaliseren de ionen afstoting tussen ionen van gelijke lading.

De zinkblende is het meest stabiel in aardse omstandigheden van druk en temperatuur; en wurziet, dat minder dicht is, is het resultaat van kristallijne omlegging als gevolg van verhoogde temperatuur.

De twee structuren kunnen tegelijkertijd naast elkaar bestaan ​​in dezelfde ZnS-vaste stof, hoewel, heel langzaam, de wurziet zal domineren.

Zinkblende

Bron: door Solid State, van Wikimedia Commons

De bovenste afbeelding toont de kubieke eenheidscel gecentreerd op de vlakken van de zinkblende-structuur. De gele bolletjes komen overeen met de S ² anionen en de grijze gebieden het Zn ²⁺ kationen , in de hoeken en in het centrum van de kubus gezichten.

Let op de tetraëdrische geometrieën rond de ionen. De zinkblende kan ook worden weergegeven door deze tetraëders, waarvan de gaten in het kristal dezelfde geometrie hebben (tetraëdrische gaten).

Evenzo wordt binnen de eenheidscellen aan het ZnS-aandeel voldaan; dat wil zeggen een verhouding van 1: 1. Zo kan elke Zn ²⁺ kation er een S ^2- anion . In de afbeelding lijkt het misschien dat grijze bollen overvloedig zijn, maar in werkelijkheid, omdat ze zich in de hoeken en het midden van de vlakken van de kubus bevinden, worden ze gedeeld door andere cellen.

Als u bijvoorbeeld de vier gele bollen neemt die zich in de doos bevinden, moeten de "stukken" van alle grijze bollen eromheen gelijk zijn (en doen) vier. Zo zijn er in de kubieke eenheidscel vier Zn ²⁺ en vier S ^2- , waarbij aan de stoichiometrische verhouding ZnS wordt voldaan.

Het is ook belangrijk om te benadrukken dat er tetraëdrische gaten zijn voor en achter de gele bollen (de ruimte die ze van elkaar scheidt).

Wurzita

Bron: door Solid State, van Wikimedia Commons

In tegenstelling tot de structuur van zinkblende, gebruikt wurzite een hexagonaal kristalsysteem (bovenste afbeelding). Dit is minder compact, waardoor de vaste stof een lagere dichtheid heeft. De ionen in wurziet hebben ook een tetraëdrische omgeving en een verhouding van 1: 1 die overeenkomt met de formule ZnS.

Eigendommen

Kleur

Het kan op drie manieren worden gepresenteerd:

-Wurtziet, met witte en zeshoekige kristallen.

-De sfaleriet, met grijswitte kristallen en kubische kristallen.

-Als een wit tot grijsachtig wit of geelachtig poeder, en kubieke geelachtige kristallen.

Smeltpunt

1700º C.

Oplosbaarheid in water

Vrijwel onoplosbaar (0.00069 g / 100 ml bij 18 ° C).

Oplosbaarheid

Onoplosbaar in basen, oplosbaar in verdunde minerale zuren.

Dichtheid

Sfaleriet 4,04 g / cm ³ en wurtziet 4,09 g / cm ³ .

Hardheid

Het heeft een hardheid van 3 tot 4 op de schaal van Mohs.

Stabiliteit

Als het water bevat, oxideert het langzaam tot sulfaat. In een droge omgeving is het stabiel.

Ontleding

Bij verhitting tot hoge temperaturen geeft het giftige dampen van zink en zwaveloxiden af.

Nomenclatuur

De elektronenconfiguratie van Zn is 3d ¹⁰ 4s ² . Door de twee elektronen van de 4s-orbitaal te verliezen, blijft het als het Zn ²⁺ -kation met zijn d-orbitalen gevuld. Aangezien Zn ²⁺ elektronisch veel stabieler is dan Zn ⁺ , heeft het dus slechts een valentie van +2.

Daarom wordt voor de stamnomenclatuur het toevoegen van de valentie tussen haakjes en met Romeinse cijfers weggelaten: zink (II) sulfide.

Systematische en traditionele nomenclaturen

Maar er zijn andere manieren om ZnS te bellen naast de reeds genoemde. In systematiek wordt het aantal atomen van elk element gespecificeerd met de Griekse tellers; met als enige uitzondering het element aan de rechterkant als het er maar één is. Dus de ZnS genoemd als: Zink mono sulfide (en niet monozinc monosulfide).

Met betrekking tot de traditionele nomenclatuur wordt zink met een enkele valentie van +2 toegevoegd door het achtervoegsel –ico toe te voegen. Daarom is de traditionele naam: zinksulfide ico .

Toepassingen

Als pigmenten of coatings

-Sachtolith is een wit pigment gemaakt met zinksulfide. Het wordt gebruikt in kit, mastiek, kitten, onderlagen, latexverven en bewegwijzering.

Het gebruik ervan in combinatie met ultraviolet licht absorberende pigmenten, zoals microtitanium of transparante ijzeroxidepigmenten, is noodzakelijk in weerbestendige pigmenten.

-Wanneer ZnS wordt aangebracht op latex- of structuurverven, heeft het een langdurige microbicide werking.

-Door zijn grote hardheid en weerstand tegen breuk, erosie, regen of stof, maakt het het geschikt voor infraroodramen buiten of in vliegtuigframes.

-ZnS wordt gebruikt bij het coaten van rotoren die worden gebruikt bij het transport van compounds, om slijtage te verminderen. Het wordt ook gebruikt bij de productie van drukinkten, isolatiematerialen, thermoplastische pigmentatie, vlambestendige kunststoffen en elektroluminescente lampen.

-Zinksulfide kan transparant zijn en kan worden gebruikt als venster voor zichtbare optiek en infraroodoptiek. Het wordt gebruikt in nachtkijkers, televisieschermen, radarschermen en fluorescerende coatings.

-De doping van ZnS met Cu wordt gebruikt bij de productie van elektroluminescentiepanelen. Het wordt ook gebruikt bij de voortstuwing van raketten en gravimetrie.

Om zijn fosforescentie

-De fosforescentie wordt gebruikt om de wijzers te kleuren en zo de tijd in het donker weer te geven; ook in verf voor speelgoed, in noodborden en verkeerswaarschuwingen.

Fosforescentie maakt het gebruik van zinksulfide in kathodestraalbuizen en röntgenschermen mogelijk om op donkere plekken op te lichten. De kleur van de fosforescentie is afhankelijk van de gebruikte activator.

Halfgeleider, fotokatalysator en katalysator

-Sphalerite en wurtzite zijn breedband gespleten halfgeleiders. Sphalerite heeft een bandafstand van 3,54 eV, terwijl wurtzite een bandafstand heeft van 3,91 eV.

-ZnS wordt gebruikt bij de bereiding van een fotokatalysator die is samengesteld uit CdS - ZnS / zirkonium - titaniumfosfaat dat wordt gebruikt voor de productie van waterstof onder zichtbaar licht.

-Het treedt op als katalysator voor de afbraak van organische vervuilende stoffen. Het wordt gebruikt bij de voorbereiding van een kleurensynchronisator in LED-lampen.

-De nanokristallen worden gebruikt voor de ultragevoelige detectie van eiwitten. Bijvoorbeeld door licht uit te zenden van kwantumstippen van ZnS. Het wordt gebruikt bij de bereiding van een gecombineerde fotokatalysator (CdS / ZnS) -TiO2 voor elektrische productie via foto-elektrokatalyse.

Referenties

1. PubChem. (2018). Zinksulfide. Ontleend aan: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (2015, 16 januari). Wit pigment op basis van zinksulfide. Hersteld van: quiminet.com
3. Wikipedia. (2018). Zinksulfide. Ontleend aan: en.wikipedia.org
4. II-VI UK. (2015). Zinksulfide (ZnS). Genomen uit: ii-vi.es
5. Rob Toreki. (30 maart 2015). De Zincblende (ZnS) -structuur. Genomen van: ilpi.com
6. Chemie LibreTexts. (22 januari 2017). Structuur-zinkblende (ZnS). Genomen uit: chem.libretexts.org
7. Reade. (2018). Zinksulfide / zinksulfide (ZnS). Genomen van: reade.com