Сульфид кадмия
| |||
 | |||
| Имена | |||
|---|---|---|---|
| Другие имена | |||
| Идентификаторы | |||
3D model ( JSmol ) |
| ||
| ЧЭБИ | |||
| ХимическийПаук | |||
| Информационная карта ECHA | 100.013.771 | ||
| Номер ЕС |
| ||
| 13655 | |||
ПабХим CID | |||
| номер РТЭКС |
| ||
| НЕКОТОРЫЙ | |||
| Число | 2570 | ||
Панель управления CompTox ( EPA ) | |||
| Характеристики | |||
| компакт- диск S | |||
| Молярная масса | 144.47 g·mol −1 | ||
| Появление | Твердое вещество от желто-оранжевого до коричневого цвета. | ||
| Плотность | 4,826 г/см 3 , твердый. | ||
| Температура плавления | 1750 ° C (3180 ° F; 2020 К) 10 МПа | ||
| Точка кипения | 980 ° C (1800 ° F; 1250 К) ( сублимация ) | ||
| нерастворимый [1] | |||
| Растворимость | растворим в кислоте очень мало растворим в гидроксиде аммония | ||
| Запрещенная зона | 2,42 эВ | ||
| -50.0·10 −6 см 3 /моль | |||
Показатель преломления ( n D ) | 2.529 | ||
| Структура | |||
| Шестиугольный , Кубический | |||
| Термохимия | |||
Стандартный моляр энтропия ( S ⦵ 298 ) | 65 Джмоль −1 ·К −1 [2] | ||
Стандартная энтальпия образование (Δ f H ⦵ 298 ) | −162 кДж·моль −1 [2] | ||
| Опасности | |||
| СГС Маркировка : | |||
  | |||
| Опасность | |||
| Х302 , Х341 , Х350 , Х361 , Х372 , Х413 | |||
| P201 , P202 , P260 , P264 , P270 , P273 , P281 , P301+P312 , P308+P313 , P314 , P330 , P405 , P501 | |||
| NFPA 704 (огненный алмаз) | |||
| точка возгорания | Невоспламеняющийся | ||
| Летальная доза или концентрация (LD, LC): | |||
ЛД 50 ( средняя доза ) | 7080 мг/кг (крыса, перорально) | ||
| NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США): | |||
МЕХ (Допускается) | [1910.1027] СВВ 0,005 мг/м 3 (как компакт-диск) [3] | ||
РЕЛ (рекомендуется) | Что [3] | ||
IDLH (Непосредственная опасность) | Са [9 мг/м 3 (как компакт-диск)] [3] | ||
| Паспорт безопасности (SDS) | КМГС 0404 | ||
| Родственные соединения | |||
Другие анионы | Оксид кадмия Селенид кадмия Теллурид кадмия | ||
Другие катионы | Сульфид цинка Сульфид ртути | ||
Если не указано иное, данные приведены для материалов в стандартном состоянии (при 25 °C [77 °F], 100 кПа). | |||
Сульфид кадмия — неорганическое соединение формулы CdS. Сульфид кадмия — желтая соль. [4] Он встречается в природе с двумя различными кристаллическими структурами, такими как редкие минералы гринокит и хаулейит , но более распространен в качестве примесного заместителя в сходно структурированных цинковых рудах сфалерите и вюрците , которые являются основными экономическими источниками кадмия. Как соединение, которое легко выделить и очистить, оно является основным источником кадмия для всех коммерческих применений. [4] Его яркий желтый цвет привел к тому, что в 1800-х годах его использовали в качестве пигмента для желтой краски «желтый кадмий».
Производство
[ редактировать ]Сульфид кадмия можно получить осаждением растворимых солей кадмия (II) сульфид-ионом. Эту реакцию использовали для гравиметрического анализа и качественного неорганического анализа . [5]
Способ приготовления и последующая обработка продукта влияют на полиморфную получаемую форму (т. е. кубическую или шестиугольную). Утверждалось, что методы химического осаждения приводят к образованию кубической формы цинковой обманки . [6]
Производство пигментов обычно включает осаждение CdS, промывку твердого осадка от растворимых солей кадмия с последующим прокаливанием (обжигом) для придания ему гексагональной формы с последующим измельчением до получения порошка. [7] Когда требуются селениды сульфида кадмия, CdSe осаждается совместно с CdS, и сульфоселенид кадмия образуется на стадии прокаливания. [7]
Сульфид кадмия иногда связывают с сульфатредуцирующими бактериями. [8] [9]
Пути получения тонких пленок CdS
[ редактировать ]Специальные методы используются для производства пленок CdS в качестве компонентов некоторых фоторезисторов и солнечных элементов. Методом химического осаждения в ванне были получены тонкие пленки CdS с использованием тиомочевины в качестве источника сульфид-анионов и аммониевого буферного раствора для контроля pH: [10]
- компакт-диск 2+ + H 2 O + (NH 2 ) 2 CS + 2 NH 3 → CdS + (NH 2 ) 2 CO + 2 NH 4 +
Сульфид кадмия можно получить с использованием газофазной эпитаксии из металлорганических соединений и методов MOCVD реакцией диметилкадмия с диэтилсульфидом : [11]
- Cd(CH 3 ) 2 + Et 2 S → CdS + CH 3 CH 3 + C 4 H 10
Другие методы производства пленок CdS включают:
- Золь-гель методики [12]
- Напыление [13]
- Электрохимическое осаждение [14]
- Опрыскивание прекурсорной солью кадмия, соединением серы и легирующей присадкой [15]
- Трафаретная печать с использованием суспензии, содержащей диспергированный CdS. [16]
Реакции
[ редактировать ]Сульфид кадмия растворяется в кислотах. [17]
- CdS + 2 HCl → CdCl 2 + H 2 S
При облучении светом растворов сульфида, содержащих дисперсные частицы CdS, образуется газообразный водород: [18]
- H 2 S → H 2 + S Δ f H = +9,4 ккал/моль
Предлагаемый механизм включает пары электрон/дырка, образующиеся при поглощении падающего света сульфидом кадмия. [19] с последующей реакцией с водой и сульфидом: [18]
- Создание электронно-дырочной пары
- CdS + hν → е − + ч +
- Реакция электрона
- 2е − + 2Н 2 О → Н 2 + 2ОН −
- Реакция отверстия
- 2 часа + + С 2− → С
Структура и физические свойства
[ редактировать ]Сульфид кадмия, как и сульфид цинка , имеет две кристаллические формы. Более стабильная гексагональная структура вюрцита (обнаружена в минерале Гриноките ) и кубическая структура цинковой обманки (обнаружена в минерале Хоулейите ). В обеих этих формах атомы кадмия и серы четырехкоординатны. [20] Существует также форма высокого давления со структурой каменной соли NaCl. [20]
Сульфид кадмия представляет собой с прямой запрещенной зоной полупроводник (щель 2,42 эВ ). [19] Близость запрещенной зоны к длинам волн видимого света придает ему цветной вид. [4]
Помимо этого очевидного свойства, возникают и другие свойства:
- проводимость увеличивается при облучении, [19] (что приводит к использованию в качестве фоторезистора )
- в сочетании с полупроводником p-типа он образует основной компонент фотоэлектрического ( солнечного ) элемента, а солнечный элемент CdS/Cu 2 S был одним из первых эффективных элементов, о которых сообщалось (1954 г.). [21] [22]
- при легировании , например, Cu + (« активатор ») и Ал 3+ («коактиватор») CdS люминесцирует при возбуждении электронным лучом ( катодолюминесценция ) и используется в качестве люминофора. [23]
- обе полиморфные модификации являются пьезоэлектрическими , а гексагональная также является пироэлектрической. [24]
- электролюминесценция [25]
- Кристаллы CdS могут выступать в качестве усиливающей среды в твердотельном лазере. [26] [27]
- В виде тонкой пленки CdS можно комбинировать с другими слоями для использования в определенных типах солнечных элементов. [28] CdS также был одним из первых полупроводниковых материалов, которые использовались для тонкопленочных транзисторов (TFT). [29] Однако интерес к составным полупроводникам для TFT в значительной степени ослаб после появления технологии аморфного кремния в конце 1970-х годов.
- Тонкие пленки CdS могут быть пьезоэлектрическими и использоваться в качестве преобразователей, которые могут работать на частотах в диапазоне ГГц.
- Наноленты CdS демонстрируют общее охлаждение из-за аннигиляции фононов во время антистоксовой люминесценции при ~ 510 нм. В результате было продемонстрировано максимальное падение температуры на 40 и 15 К при накачке нанолент лазером с длиной волны 514 или 532 нм. [30]
Приложения
[ редактировать ]Пигмент
[ редактировать ]
CdS используется в качестве пигмента в пластмассах, демонстрируя хорошую термическую стабильность, устойчивость к свету и погодным условиям, химическую стойкость и высокую непрозрачность. [7] Как пигмент CdS известен как желтый кадмий (пигмент CI желтый 37). [4] [31] По состоянию на 1982 год производится около 2000 тонн ежегодно, что составляет около 25% кадмия, перерабатываемого в коммерческих целях. [32]
Историческое использование в искусстве
[ редактировать ]Общая коммерческая доступность сульфида кадмия с 1840-х годов привела к его использованию художниками, особенно Ван Гогом , Моне (в его лондонской серии и других работах) и Матиссом ( «Купальщицы у реки», 1916–1919). [33] Присутствие кадмия в красках использовалось для обнаружения подделок на картинах, предположительно созданных до 19 века. [34]
Решения CdS-CdSe
[ редактировать ]CdS и CdSe образуют друг с другом твердые растворы. Увеличение количества селенида кадмия дает пигменты, приближающиеся к красному, например пигмент CI оранжевый 20 и пигмент CI красный 108. [31]
Такие твердые растворы являются компонентами фоторезисторов (светозависимых резисторов), чувствительных к видимому и ближнему инфракрасному свету. [ нужна ссылка ]
Безопасность
[ редактировать ]Сульфид кадмия токсичен, особенно опасен при вдыхании в виде пыли, а соединения кадмия вообще относят к канцерогенным . [35] проблемах биосовместимости Сообщалось о при использовании CdS в качестве цвета в татуировках . [36] CdS имеет LD 50 примерно 7080 мг/кг у крыс, что выше, чем у других соединений кадмия из-за его низкой растворимости . [37]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Лиде, Дэвид Р. (1998). Справочник по химии и физике (87 изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 4–67, 1363. ISBN. 978-0-8493-0594-8 .
- ^ Jump up to: а б Зумдал, Стивен С. (2009). Химические принципы 6-е изд . Компания Хоутон Миффлин. п. А21. ISBN 978-0-618-94690-7 .
- ^ Jump up to: а б с Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0087» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
- ^ Jump up to: а б с д Эгон Виберг, Арнольд Фредерик Холлеман (2001) Неорганическая химия , Elsevier ISBN 0-12-352651-5
- ^ Фред Ибботсон (2007), Химический анализ материалов сталелитейных заводов, Прочтите книги, ISBN 1-4067-8113-4
- ^ Пол Клочек (1991), Справочник по инфракрасным оптическим материалам, CRC Press ISBN 0-8247-8468-5
- ^ Jump up to: а б с Хью Макдональд Смит (2002). Высокоэффективные пигменты . Вайли-ВЧ. ISBN 978-3-527-30204-8 .
- ^ Ларри Л. Бартон, 1995 Сульфатвосстанавливающие бактерии , Springer, ISBN 0-306-44857-2
- ^ Суини, Розамонд Ю.; Мао, Чуаньбинь; Гао, Сяося; Берт, Джастин Л.; Белчер, Анджела М.; Георгиу, Джордж; Айверсон, Брент Л. (2004). «Бактериальный биосинтез нанокристаллов сульфида кадмия» . Химия и биология . 11 (11): 1553–9. doi : 10.1016/j.chembiol.2004.08.022 . ПМИД 15556006 .
- ^ Оладеджи, ИО; Чоу, Л. (1997). «Оптимизация сульфида кадмия, осажденного в химической ванне». Дж. Электрохим. Соц . 144 (7): 7. CiteSeerX 10.1.1.563.1643 . дои : 10.1149/1.1837815 .
- ^ Уда, Х; Ёнедзава, Х; Оцубо, Ю; Косака, М; Сономура, Х (2003). «Тонкие пленки CdS, полученные методом химического осаждения из паровой фазы металлорганических соединений». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 75 (1–2): 219. Бибкод : 2003SEMSC..75..219U . дои : 10.1016/S0927-0248(02)00163-0 .
- ^ Рейсфельд, Р. (2002). «Наноразмерные полупроводниковые частицы в стеклах, полученных золь-гель-методом: их оптические свойства и возможности использования». Журнал сплавов и соединений . 341 (1–2): 56. doi : 10.1016/S0925-8388(02)00059-2 .
- ^ Луна, Б; Ли, Дж; Юнг, Х (2006). «Сравнительные исследования свойств пленок CdS, нанесенных на различные подложки методом радиочастотного распыления». Тонкие твердые пленки . 511–512: 299. Бибкод : 2006TSF...511..299M . дои : 10.1016/j.tsf.2005.11.080 .
- ^ Гото, Ф; Сираи, Кацунори; Ичимура, Масая (1998). «Уменьшение дефектов в тонких пленках CdS, осажденных электрохимически, путем отжига в O 2 ». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 50 (1–4): 147. doi : 10.1016/S0927-0248(97)00136-0 .
- ^ Патент США 4086101 Фотоэлектрические элементы, Дж. Ф. Джордан, К. М. Лэмпкин. Дата выдачи: 25 апреля 1978 г.
- ^ Патент США 3 208 022 , Высокопроизводительный фоторезистор, Ю. Т. Сихвонен, дата выдачи: 21 сентября 1965 г.
- ^ Ванроой, PHP; Агарвал, США; Мелдейк, Дж.; Кастерен, фургон JMN; Лемстра, П.Дж. (2006). «Извлечение пигмента CdS из отходов полиэтилена». Журнал прикладной науки о полимерах . 100 (2):1024 дои : 10.1002/прил.22962 .
- ^ Jump up to: а б Марио Скьявелло (1985) Фотоэлектрохимия, фотокатализ и фотореакторы: основы и разработки Springer ISBN 90-277-1946-2
- ^ Jump up to: а б с Д. Линкот, Гэри Ходс. Химическое осаждение полупроводниковых и неметаллических пленок из растворов: материалы международного симпозиума Электрохимическое общество, 2006 г. ISBN 1-56677-433-0
- ^ Jump up to: а б Уэллс А. Ф. (1984) Структурная неорганическая химия, 5-е издание Oxford Science Publications ISBN 0-19-855370-6
- ^ Антонио Луке , Стивен Хегедус, (2003), Справочник по фотоэлектрической науке и технике Джон Уайли и сыновья ISBN 0-471-49196-9
- ^ Рейнольдс, Д.; Лейс, Г.; Антес, Л.; Марбургер, Р. (1954). «Фотоэлектрический эффект в сульфиде кадмия». Физический обзор . 96 (2): 533. Бибкод : 1954PhRv...96..533R . дои : 10.1103/PhysRev.96.533 .
- ^ К. Фуасье (1994), Люминесценция в энциклопедии неорганической химии, John Wiley & Sons ISBN 0-471-93620-0
- ^ Минкус, Уилфред (1965). «Температурная зависимость пироэлектрического эффекта в сульфиде кадмия». Физический обзор . 138 (4А): А1277–А1287. Бибкод : 1965PhRv..138.1277M . дои : 10.1103/PhysRev.138.A1277 .
- ^ Смит, Роланд (1957). «Низкопольная электролюминесценция в изолирующих кристаллах сульфида кадмия». Физический обзор . 105 (3): 900. Бибкод : 1957PhRv..105..900S . дои : 10.1103/PhysRev.105.900 .
- ^ Akimov, Yu A; Burov, A A; Drozhbin, Yu A; Kovalenko, V A; Kozlov, S E; Kryukova, I V; Rodichenko, G V; Stepanov, B M; Yakovlev, V A (1972). "KGP-2: An Electron-Beam-Pumped Cadmium Sulfide Laser". Soviet Journal of Quantum Electronics . 2 (3): 284. Bibcode : 1972QuEle...2..284A . doi : 10.1070/QE1972v002n03ABEH004443 .
- ^ Агарвал, Ритеш; Баррелет, Карл Дж.; Либер, Чарльз М. (2005). «Лазировка в оптических резонаторах из одиночных нанопроволок сульфида кадмия». Нано-буквы . 5 (5): 917–920. arXiv : cond-mat/0412144v1 . Бибкод : 2005NanoL...5..917A . дои : 10.1021/nl050440u . ПМИД 15884894 . S2CID 651903 .
- ^ Чжао, Х.; Фара, Альви; Морель, Д.; Ферекидес, CS (2009). «Влияние примесей на легирование и летучие органические соединения Cd Te тонкопленочных солнечных элементов /CDS». Тонкие твердые пленки . 517 (7): 2365–2369. Бибкод : 2009TSF...517.2365Z . дои : 10.1016/j.tsf.2008.11.041 .
- ^ Веймер, Пол (1962). «TFT — новый тонкопленочный транзистор». Труды ИРЭ . 50 (6): 1462–1469. дои : 10.1109/JRPROC.1962.288190 . S2CID 51650159 .
- ^ Чжан, Цзюнь (24 января 2013 г.). «Лазерное охлаждение полупроводника на 40 кельвинов». Природа . 493 (7433): 504–508. Бибкод : 2013Natur.493..504Z . дои : 10.1038/nature11721 . ПМИД 23344360 . S2CID 4426843 .
- ^ Jump up to: а б RM Christie 2001 Химия цвета , с. 155 Королевское химическое общество ISBN 0-85404-573-2
- ^ Карл-Хайнц Шульте-Шреппинг, Магнус Пискатор «Кадмий и соединения кадмия» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2007 Wiley-VCH, Вайнхайм. два : 10.1002/14356007.a04_499 .
- ^ Сидни Перковиц, 1998, Империя света: история открытий в науке и искусстве Джозеф Генри Пресс, ISBN 0-309-06556-9
- ^ В. Стэнли Тафт, Джеймс В. Майер, Ричард Ньюман, Питер Кунихольм, Душан Стулик (2000) Наука о живописи , Спрингер, ISBN 0-387-98722-3
- ^ «CDC – СУЛЬФИД КАДМИЯ – Международные карты химической безопасности – NIOSH» . 26 июня 2018 г. Архивировано из оригинала 26 июня 2018 г.
- ^ Бьорнберг, А. (сентябрь 1963 г.). «Реакция на свет в желтых татуировках из сульфида кадмия». Арч Дерматол . 88 (3): 267–71. дои : 10.1001/archderm.1963.01590210025003 . ПМИД 14043617 .
- ^ «Sicherheitsdatenblatt» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 июля 2015 года.
Внешние ссылки
[ редактировать ]
- Информация о сульфиде кадмия (II) на Webelements
- Монография МАИР: «Кадмий и соединения кадмия». Последний доступ: ноябрь 2005 г.
- Международная карта химической безопасности 0404
- Национальный реестр загрязнителей – кадмий и его соединения
- Оборонный Интернет | О защите | Испытания дисперсии сульфида цинка-кадмия Отчет Академии медицинских наук главному научному советнику Министерства обороны об испытаниях дисперсии сульфида цинка-кадмия, проведенных в Соединенном Королевстве в период с 1953 по 1964 год.