Сульфид цинка

Сульфид цинка
	; Порошки ZnS, содержащие различные концентрации вакансий серы.
Имена
	Другие имена Цинковая обманка ; Вюрцит
Идентификаторы
Номер CAS	1314-98-3 ;
3D model ( JSmol )	Интерактивное изображение ;
ХимическийПаук	[ https://www.chemspider.com/Chemical-Structure.8009652 2.3.3 Номер Европейского сообщества (ЕС)215-251-3.html 80096522.3.3 Номер Европейского сообщества (ЕС) 215-251-3] ;
Информационная карта ECHA	100.013.866
ПабХим CID	14821 ;
номер РТЭКС	Ж5400000 ;
НЕКОТОРЫЙ	KPS085631O ;
Панель управления CompTox ( EPA )	DTXSID101318257 DTXSID7042518, DTXSID101318257 ;
	показывать ИнЧИ
	показывать УЛЫБКИ
Характеристики
Химическая формула	ZnS
Молярная масса	97.474 g/mol
Плотность	4,090 г/см 3
Температура плавления	1850 ° C (3360 ° F; 2120 К) (высокая)
Растворимость в воде	незначительный
Запрещенная зона	3,54 эВ (куб., 300 К) ; 3,91 эВ (гексагональный, 300 К)
Показатель преломления ( n D )	2.3677
Структура
Кристаллическая структура	см. текст
Координационная геометрия	Тетраэдрический (Zn 2+ ) ; Тетраэдрический (S 2− )
Термохимия
Стандартная энтальпия ; образование (Δ f H ⦵ 298 )	−204,6 кДж/моль
Опасности
NFPA 704 (огненный алмаз)	1 0 0
точка возгорания	Невоспламеняющийся
Паспорт безопасности (SDS)	КМГС 1627
Родственные соединения
Другие анионы	Оксид цинка ; Селенид цинка ; Теллурид цинка
Другие катионы	Сульфид кадмия ; Сульфид ртути
	Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). проверить ( что такое ?) Ссылки на инфобоксы

Сульфид цинка (или сульфид цинка ) — неорганическое соединение с химической формулой ZnS. Это основная форма цинка, встречающаяся в природе, где он в основном встречается в виде минерала сфалерита . Хотя этот минерал обычно имеет черный цвет из-за различных примесей, чистый материал имеет белый цвет и широко используется в качестве пигмента. В своей плотной синтетической форме сульфид цинка может быть прозрачным и используется в качестве окна для видимой оптики и инфракрасной оптики.

Структура

Сфалерит, более распространенная полиморфная модификация сульфида цинка.

Вюрцит, менее распространенная полиморфная модификация сульфида цинка.

ZnS существует в двух основных кристаллических формах . Этот дуализм является примером полиморфизма . В каждой форме координационная геометрия Zn и S является тетраэдрической. Более стабильная кубическая форма известна также как цинковая обманка или сфалерит . Шестиугольная форма известна как минерал вюрцит , хотя его также можно получить синтетическим путем. ^[2] Переход от формы сфалерита к форме вюрцита происходит при температуре около 1020 °С .

Приложения

Люминесцентный материал

Сульфид цинка при добавлении нескольких частей на миллион подходящего активатора проявляет сильную фосфоресценцию . Явление описал Никола Тесла в 1893 году. ^[3] и в настоящее время используется во многих приложениях: от электронно-лучевых трубок до рентгеновских экранов и светящихся в темноте продуктов. Когда серебро в качестве активатора используется , полученный цвет становится ярко-синим с максимальной длиной волны 450 нанометров . Использование марганца дает оранжево-красный цвет при длине волны около 590 нанометров. Медь дает более продолжительное свечение и имеет знакомое зеленоватое свечение в темноте. Сульфид цинка, легированный медью («ZnS плюс Cu»), также используется в электролюминесцентных панелях. ^[4] Он также проявляет фосфоресценцию из-за примесей при освещении синим или ультрафиолетовым светом.

Оптический материал

Сульфид цинка также используется в качестве инфракрасного оптического материала, передающего свет от видимых волн до чуть более 12 микрометров . Его можно использовать в плоском виде в качестве оптического окна или в форме линзы . Он изготавливается в виде микрокристаллических листов путем синтеза газообразного сероводорода и паров цинка и продается под маркой FLIR (передовое инфракрасное излучение), где сульфид цинка находится в молочно-желтой непрозрачной форме. Этот материал при горячем изостатическом прессовании (HIPed) можно преобразовать в прозрачную форму, известную как Cleartran (торговая марка). Ранние коммерческие формы продавались как Иртран-2, но сейчас это обозначение устарело.

Пигмент

Сульфид цинка — распространенный пигмент , иногда называемый сахтолитом. Сульфид цинка в сочетании с сульфатом бария образует литопон . ^[5]

Катализатор

Мелкий порошок ZnS является эффективным фотокатализатором , который при освещении производит газообразный водород из воды. Вакансии серы могут вводиться в ZnS при его синтезе; это постепенно превращает бело-желтоватый ZnS в коричневый порошок и повышает фотокаталитическую активность за счет усиленного поглощения света. ^[1]

Полупроводниковые свойства

И сфалерит, и вюрцит являются собственными широкозонными полупроводниками . Это прототипы полупроводников II-VI , и они имеют структуру, родственную многим другим полупроводникам, таким как арсенид галлия . Кубическая форма ZnS имеет ширину запрещенной зоны около 3,54 электронвольта при температуре 300 Кельвинов , а гексагональная форма имеет ширину запрещенной зоны около 3,91 электронвольта. ZnS может быть легирован как полупроводник n-типа , так и полупроводник p-типа .

История

О фосфоресценции ZnS впервые сообщил французский химик Теодор Сидо в 1866. Его открытия были представлены А. Е. Беккерелем , известным исследованиями люминесценции . ^[6] ZnS использовался Эрнестом Резерфордом и другими в первые годы ядерной физики в качестве сцинтилляционного детектора, поскольку он излучает свет при возбуждении рентгеновскими лучами или электронным лучом , что делает его полезным для рентгеновских экранов и электронно-лучевых трубок . ^[7] Это свойство сделало сульфид цинка полезным в циферблатах радиевых часов.

Производство

Сульфид цинка обычно производят из отходов других применений. Типичные источники включают плавильный завод, шлак и травильные растворы. ^[5] Например, синтез аммиака из метана требует предварительного удаления примесей сероводорода из природного газа, для чего оксид цинка используется . В результате этой очистки образуется сульфид цинка:

ZnO + H ₂ S → ZnS + H ₂ O

Лабораторная подготовка

Сырой сульфид цинка можно получить путем воспламенения смеси цинка и серы . ^[8] Традиционно ZnS получают обработкой слабокислого раствора Zn. ²⁺ соли с H ₂ S : ^[9]

Зн ²⁺ + С ²⁻ → ЗнС

Эта реакция является основой гравиметрического анализа цинка. ^[10]

Ссылки

^ Перейти обратно: ^а ^б Ван, Банда; Хуан, Байбяо; Ли, Чжуцзе; Лу, Зайжу; Ван, Зеян; Дай, Ин; Вангбо, Мён Хван (2015). «Синтез и характеристика ZnS с контролируемым количеством вакансий S для фотокаталитического производства H ₂ в видимом свете» . Научные отчеты . 5 : 8544. Бибкод : 2015NatSR...5E8544W . дои : 10.1038/srep08544 . ПМЦ 4339798 . ПМИД 25712901 .
^ Уэллс, AF (1984), Структурная неорганическая химия (5-е изд.), Оксфорд: Clarendon Press, ISBN 0-19-855370-6 .
^ Тесла, Никола (1894). «Изобретения, исследования и сочинения Николы Теслы» . Интернет-архив . п. 290 . Проверено 2 января 2024 г.
^ Карл А. Франц, Вольфганг Г. Кер, Альфред Зиггель, Юрген Вечорек и Вальдемар Адам «Люминесцентные материалы» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2002, Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.a15_519
^ Перейти обратно: ^а ^б Герхард Ауэр, Петер Водич, Аксель Вестерхаус, Юрген Кишкевиц, Вольф-Дитер Гриблер и Марсель Лидекерке «Неорганические пигменты, 2. Белые пигменты» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2009, Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.n20_n01
^ Сидот, Т. (1866). «О свойствах шестиугольной обманки» . Счет Возвращает. 63 : 188–189.
^ Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Пергамон Пресс . п. 1405. ИСБН 978-0-08-022057-4 .
^ Кустал, Р. (1931). «Исследование фосфоресценции сульфида цинка I. - Метод взрыва». Журнал физической химии . 28 : 277–298. Бибкод : 1931JCP....28..277C . дои : 10.1051/jcp/1931280277 .
^ Ф. Вагенкнехт; Р. Джуза (1963). «Сульфид цинка». В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд . Том. 2 страницы = 1075. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Академическая пресса.
^ Мендхэм, Дж.; Денни, RC; Барнс, доктор медицинских наук; Томас, MJK (2000), Количественный химический анализ Фогеля (6-е изд.), Нью-Йорк: Прентис Холл, ISBN 0-582-22628-7

Внешние ссылки

Цинк и сера в периодической таблице видео (Ноттингемский университет)
Состав ЭЛТ-люминофоров
инфракрасной многослойной лаборатории Университета Рединга Оптические данные
[1] температура плавления

[cat-1] Перейти обратно: ^а ^б Ван, Банда; Хуан, Байбяо; Ли, Чжуцзе; Лу, Зайжу; Ван, Зеян; Дай, Ин; Вангбо, Мён Хван (2015). «Синтез и характеристика ZnS с контролируемым количеством вакансий S для фотокаталитического производства H ₂ в видимом свете» . Научные отчеты . 5 : 8544. Бибкод : 2015NatSR...5E8544W . дои : 10.1038/srep08544 . ПМЦ 4339798 . ПМИД 25712901 .

[Wells-2] Уэллс, AF (1984), Структурная неорганическая химия (5-е изд.), Оксфорд: Clarendon Press, ISBN 0-19-855370-6 .

[3] Тесла, Никола (1894). «Изобретения, исследования и сочинения Николы Теслы» . Интернет-архив . п. 290 . Проверено 2 января 2024 г.

[4] Карл А. Франц, Вольфганг Г. Кер, Альфред Зиггель, Юрген Вечорек и Вальдемар Адам «Люминесцентные материалы» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана 2002, Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.a15_519

[Ullmann2-5] Перейти обратно: ^а ^б Герхард Ауэр, Петер Водич, Аксель Вестерхаус, Юрген Кишкевиц, Вольф-Дитер Гриблер и Марсель Лидекерке «Неорганические пигменты, 2. Белые пигменты» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2009, Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.n20_n01

[6] Сидот, Т. (1866). «О свойствах шестиугольной обманки» . Счет Возвращает. 63 : 188–189.

[G&E-7] Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Пергамон Пресс . п. 1405. ИСБН 978-0-08-022057-4 .

[8] Кустал, Р. (1931). «Исследование фосфоресценции сульфида цинка I. - Метод взрыва». Журнал физической химии . 28 : 277–298. Бибкод : 1931JCP....28..277C . дои : 10.1051/jcp/1931280277 .

[9] Ф. Вагенкнехт; Р. Джуза (1963). «Сульфид цинка». В Г. Брауэре (ред.). Справочник по препаративной неорганической химии, 2-е изд . Том. 2 страницы = 1075. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Академическая пресса.

[10] Мендхэм, Дж.; Денни, RC; Барнс, доктор медицинских наук; Томас, MJK (2000), Количественный химический анализ Фогеля (6-е изд.), Нью-Йорк: Прентис Холл, ISBN 0-582-22628-7

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]