ZINKSULFID (ZNS): STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN UND VERWENDUNG - CHEMIE - 2025

Das Zinksulfid ist eine anorganische Verbindung der Formel Z _n S durch Kationen Zn gebildet ²⁺ und Anionen S ^2- . Es kommt in der Natur hauptsächlich als zwei Mineralien vor: Wurtzit und Sphalerit (oder Zinkblende), wobei letzteres seine Hauptform ist.

Sphalerit ist aufgrund seiner Verunreinigungen von Natur aus schwarz gefärbt. In seiner reinen Form präsentiert es weiße Kristalle, während Wurtzit grauweiße Kristalle aufweist.

Quelle: Von Killerlimpet, aus Wikimedia Commons

Zinksulfid ist wasserunlöslich. Es kann Umweltschäden verursachen, da es in den Boden eindringt und das Grundwasser und seine Strömungen verunreinigt.

Zinksulfid kann unter anderem durch Korrosion und Neutralisation hergestellt werden.

Durch Korrosion:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Durch Neutralisation:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O.

Zinksulfid ist ein phosphoreszierendes Salz, das für mehrere Verwendungszwecke und Anwendungen geeignet ist. Es ist auch ein Halbleiter und ein Photokatalysator.

Struktur

Zinksulfid nimmt kristalline Strukturen an, die durch elektrostatische Anziehungskräfte zwischen dem Zn ²⁺ -Kation und dem S ² -Anion gesteuert werden . Dies sind zwei: Sphalerit oder Zinkmischung und Wurzit. In beiden Fällen minimieren die Ionen Abstoßungen zwischen Ionen gleicher Ladung.

Die Zinkmischung ist unter terrestrischen Druck- und Temperaturbedingungen am stabilsten. und Wurzit, das weniger dicht ist, resultiert aus einer kristallinen Umlagerung aufgrund einer erhöhten Temperatur.

Die beiden Strukturen können gleichzeitig im selben ZnS-Feststoff koexistieren, obwohl der Wurzit sehr langsam dominiert.

Zinkmischung

Quelle: Von Solid State, aus Wikimedia Commons

Das obere Bild zeigt die kubische Einheitszelle, die auf den Flächen der Zinkblendestruktur zentriert ist. Die gelben Kugeln entsprechen den S ² -Anionen und die grauen Kugeln den Zn ²⁺ -Kationen , die sich in den Ecken und in den Zentren der Würfelflächen befinden.

Beachten Sie die tetraedrischen Geometrien um die Ionen. Die Zinkmischung kann auch durch diese Tetraeder dargestellt werden, deren Löcher im Kristall dieselbe Geometrie haben (tetraedrische Löcher).

Ebenso ist innerhalb der Einheitszellen der ZnS-Anteil erfüllt; das heißt, ein Verhältnis von 1: 1. Somit gibt es für jedes Zn ²⁺ -Kation ein S ² -Anion . Auf dem Bild scheint es, dass graue Kugeln reichlich vorhanden sind, aber in Wirklichkeit werden sie von anderen Zellen geteilt, da sie sich in den Ecken und in der Mitte der Würfelflächen befinden.

Wenn Sie beispielsweise die vier gelben Kugeln in der Box nehmen, sollten die „Teile“ aller grauen Kugeln um sie herum gleich vier sein (und dies tun). Somit gibt es in der kubischen Einheitszelle vier Zn ²⁺ und vier S ^2- , wobei das stöchiometrische Verhältnis ZnS erfüllt ist.

Es ist auch wichtig zu betonen, dass sich vor und hinter den gelben Kugeln (dem Raum, der sie voneinander trennt) tetraedrische Löcher befinden.

Wurzita

Quelle: Von Solid State, aus Wikimedia Commons

Im Gegensatz zur Struktur der Zinkmischung nimmt Wurzit ein hexagonales Kristallsystem an (oberes Bild). Dies ist weniger kompakt, so dass der Feststoff eine geringere Dichte hat. Die Ionen in Wurzit haben auch eine tetraedrische Umgebung und ein Verhältnis von 1: 1, das mit der Formel ZnS übereinstimmt.

Eigenschaften

Farbe

Es kann auf drei Arten präsentiert werden:

-Wurtzit mit weißen und sechseckigen Kristallen.

-Der Sphalerit mit grauweißen Kristallen und kubischen Kristallen.

- Als weißes bis grauweißes oder gelbliches Pulver und kubische gelbliche Kristalle.

Schmelzpunkt

1700ºC

Wasserlöslichkeit

Praktisch unlöslich (0,00069 g / 100 ml bei 18 ° C).

Löslichkeit

Unlöslich in Laugen, löslich in verdünnten Mineralsäuren.

Dichte

Sphalerit 4,04 g / cm ³ und Wurtzit 4,09 g / cm ³ .

Härte

Es hat eine Härte von 3 bis 4 auf der Mohs-Skala.

Stabilität

Wenn es Wasser enthält, oxidiert es langsam zu Sulfat. In trockener Umgebung ist es stabil.

Zersetzung

Beim Erhitzen auf hohe Temperaturen entstehen giftige Dämpfe von Zink- und Schwefeloxiden.

Nomenklatur

Die Elektronenkonfiguration von Zn beträgt 3d ¹⁰ 4s ² . Durch den Verlust der beiden Elektronen des 4s-Orbitals bleibt es als Zn ²⁺ -Kation mit gefüllten d-Orbitalen erhalten. Da Zn ²⁺ elektronisch viel stabiler als Zn ^{+ ist} , hat es daher nur eine Wertigkeit von +2.

Daher wird für die Bestandsnomenklatur das Hinzufügen der in Klammern und mit römischen Ziffern eingeschlossenen Wertigkeit weggelassen: Zink (II) sulfid.

Systematische und traditionelle Nomenklaturen

Es gibt aber auch andere Möglichkeiten, ZnS als die bereits erwähnte aufzurufen. In der Systematik wird die Anzahl der Atome jedes Elements mit den griechischen Zählern angegeben; mit der einzigen Ausnahme des Elements rechts, wenn es nur eines ist. Somit wird die ZnS genannt als: Zinkmonosulfid (und nicht das Monozinkmonosulfid).

In Bezug auf die traditionelle Nomenklatur wird Zink mit einer einzigen Wertigkeit von +2 durch Hinzufügen des Suffixes –ico hinzugefügt. Folglich lautet sein traditioneller Name: Zinksulfid ico .

Anwendungen

Als Pigmente oder Beschichtungen

-Sachtolith ist ein weißes Pigment aus Zinksulfid. Es wird in Dichtungen, Kitten, Dichtungsmassen, Grundierungen, Latexfarben und Beschilderungen verwendet.

Die Verwendung in Kombination mit UV-absorbierenden Pigmenten wie Mikrotitan oder transparenten Eisenoxidpigmenten ist bei wetterbeständigen Pigmenten erforderlich.

-Wenn ZnS auf Latex oder strukturierte Farben aufgetragen wird, hat es eine verlängerte mikrobizide Wirkung.

- Aufgrund seiner hohen Härte und Beständigkeit gegen Bruch, Erosion, Regen oder Staub eignet es sich für Infrarot-Außenfenster oder in Flugzeugrahmen.

-ZnS wird bei der Beschichtung von Rotoren verwendet, die beim Transport von Verbindungen verwendet werden, um den Verschleiß zu verringern. Es wird auch zur Herstellung von Druckfarben, Isoliermassen, thermoplastischer Pigmentierung, schwer entflammbaren Kunststoffen und Elektrolumineszenzlampen verwendet.

-Zinksulfid kann transparent sein und als Fenster für sichtbare Optiken und Infrarotoptiken verwendet werden. Es wird in Nachtsichtgeräten, Fernsehbildschirmen, Radarschirmen und fluoreszierenden Beschichtungen verwendet.

-Die Dotierung von ZnS mit Cu wird zur Herstellung von Elektrolumineszenzplatten verwendet. Es wird auch beim Raketenantrieb und bei der Gravimetrie eingesetzt.

Für seine Phosphoreszenz

-Ihre Phosphoreszenz wird verwendet, um die Zeiger der Uhr zu tönen und so die Zeit im Dunkeln anzuzeigen; auch in Farbe für Spielzeug, in Notschildern und Verkehrswarnungen.

Die Phosphoreszenz ermöglicht die Verwendung von Zinksulfid in Kathodenstrahlröhren und Röntgenschirmen, um in dunklen Flecken zu leuchten. Die Farbe der Phosphoreszenz hängt vom verwendeten Aktivator ab.

Halbleiter, Photokatalysator und Katalysator

-Sphalerit und Wurtzit sind Breitbandspalthalbleiter. Sphalerit hat eine Bandlücke von 3,54 eV, während Wurtzit eine Bandlücke von 3,91 eV hat.

-ZnS wird zur Herstellung eines Photokatalysators aus CdS-ZnS / Zirkonium-Titanphosphat verwendet, der zur Herstellung von Wasserstoff unter sichtbarem Licht verwendet wird.

-Es greift als Katalysator für den Abbau organischer Schadstoffe ein. Es wird zur Herstellung eines Farbsynchronisators in LED-Lampen verwendet.

-Ihre Nanokristalle werden zum ultrasensitiven Nachweis von Proteinen verwendet. Zum Beispiel durch Emission von Licht von Quantenpunkten von ZnS. Es wird zur Herstellung eines kombinierten Photokatalysators (CdS / ZnS) -TiO2 zur elektrischen Erzeugung durch Photoelektrokatalyse verwendet.

Verweise

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