KẼM SULFUA (ZNS): CẤU TRÚC, TÍNH CHẤT VÀ CÔNG DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các sulfide kẽm là một hợp chất vô cơ của các công thức Z _n S hình thành bởi các cation Zn ²⁺ và anion S ^2- . Nó được tìm thấy trong tự nhiên chủ yếu dưới dạng hai khoáng chất: wurtzite và sphalerit (hoặc kẽm blende), sau này là dạng chính của nó.

Sphalerit có màu đen tự nhiên do có lẫn tạp chất. Ở dạng tinh khiết, nó có các tinh thể màu trắng, trong khi wurtzite có các tinh thể màu trắng xám.

Nguồn: Bởi Killerlimpet, từ Wikimedia Commons

Kẽm sulfua không hòa tan trong nước. Nó có thể gây hủy hoại môi trường, vì nó xâm nhập vào lòng đất và làm ô nhiễm nước ngầm và các dòng chảy của nó.

Kẽm sulfua có thể được tạo ra, trong số các phản ứng khác, bằng cách ăn mòn và bằng cách trung hòa.

Bằng cách ăn mòn:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Bằng cách trung hòa:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

Kẽm sulfua là một loại muối phát quang, mang lại cho nó khả năng sử dụng và ứng dụng nhiều nơi. Ngoài ra, nó còn là chất bán dẫn và chất xúc tác quang.

Kết cấu

Kẽm sulfua thông qua các cấu trúc tinh thể được điều chỉnh bởi lực hút tĩnh điện giữa cation Zn ²⁺ và anion S ^2- . Đây là hai loại: sphalerit hoặc kẽm blende, và wurzit. Trong cả hai, các ion giảm thiểu lực đẩy giữa các ion có điện tích bằng nhau.

Sợi kẽm bền nhất trong điều kiện áp suất và nhiệt độ trên cạn; và wurzit, ít đặc hơn, là kết quả của sự sắp xếp lại tinh thể do nhiệt độ tăng.

Hai cấu trúc có thể cùng tồn tại trong cùng một chất rắn ZnS tại cùng một thời điểm, mặc dù rất chậm, wurzit sẽ chiếm ưu thế.

Kẽm pha trộn

Nguồn: Bởi Solid State, từ Wikimedia Commons

Hình ảnh trên cho thấy ô đơn vị hình khối nằm ở tâm trên các mặt của cấu trúc sợi kẽm. Các quả cầu màu vàng tương ứng với các anion S ^2- và các quả cầu màu xám tương ứng với các cation Zn ²⁺ , nằm ở các góc và tâm của các mặt khối lập phương.

Lưu ý các dạng hình học tứ diện xung quanh các ion. Pha lê kẽm cũng có thể được biểu diễn bằng các hình tứ diện này, mà các lỗ bên trong tinh thể có cùng dạng hình học (các lỗ hình tứ diện).

Tương tự như vậy, trong các ô đơn vị, tỷ lệ ZnS được đáp ứng; tức là, tỷ lệ 1: 1. Như vậy, đối với mỗi cation Zn ²⁺ có một anion S ^2- . Trong hình ảnh, có vẻ như rất nhiều hình cầu màu xám, nhưng trên thực tế, vì chúng nằm ở các góc và tâm của các mặt của khối lập phương, chúng được chia sẻ bởi các ô khác.

Ví dụ: nếu bạn lấy bốn quả cầu màu vàng ở bên trong hộp, thì "phần" của tất cả các quả cầu màu xám xung quanh nó phải bằng (và bằng) bốn. Do đó, trong ô đơn vị khối có bốn Zn ²⁺ và bốn S ^2- , tỷ lệ phân vị ZnS được thỏa mãn.

Cũng cần nhấn mạnh rằng có các lỗ tứ diện ở phía trước và phía sau các quả cầu màu vàng (không gian ngăn cách chúng với nhau).

Wurzita

Nguồn: Bởi Solid State, từ Wikimedia Commons

Không giống như cấu trúc của sợi kẽm, wurzite sử dụng hệ thống tinh thể lục giác (hình trên). Loại này ít chặt hơn, vì vậy chất rắn có tỷ trọng thấp hơn. Các ion trong wurzit cũng có môi trường xung quanh là tứ diện và tỷ lệ 1: 1 phù hợp với công thức ZnS.

Tính chất

Màu sắc

Nó có thể được trình bày theo ba cách:

-Wurtzite, có tinh thể màu trắng và hình lục giác.

- Sphalerit, có tinh thể màu trắng xám và tinh thể lập phương.

-Là dạng bột màu trắng đến trắng xám hoặc hơi vàng và tinh thể hình khối màu vàng nhạt.

Độ nóng chảy

1700º C.

Khả năng hòa tan trong nước

Thực tế không hòa tan (0,00069 g / 100 ml ở 18 ° C).

Độ hòa tan

Không tan trong kiềm, tan trong axit khoáng loãng.

Tỉ trọng

Sphalerit 4,04 g / cm ³ và wurtzite 4,09 g / cm ³ .

Độ cứng

Nó có độ cứng từ 3 đến 4 trên thang Mohs.

Ổn định

Khi nó chứa nước, nó sẽ bị oxy hóa từ từ thành sunfat. Trong môi trường khô ráo, nó ổn định.

Sự phân hủy

Khi bị nung nóng đến nhiệt độ cao nó tỏa ra hơi độc của kẽm và oxit lưu huỳnh.

Danh pháp

Cấu hình electron của Zn là 3d ¹⁰ 4s ² . Khi mất đi hai electron của obitan 4s, nó vẫn còn là cation Zn ²⁺ với các obitan d của nó được lấp đầy. Do đó, vì Zn ^{2+ bền về mặt} điện tử hơn nhiều so với Zn ⁺ nên nó chỉ có hóa trị +2.

Do đó, đối với danh pháp cổ phiếu, việc thêm hóa trị của nó được đặt trong dấu ngoặc đơn và bằng chữ số La Mã bị bỏ qua: kẽm (II) sulfua.

Hệ thống và danh pháp truyền thống

Nhưng có những cách khác để gọi ZnS ngoài cách đã được đề cập. Trong hệ thống học, số nguyên tử của mỗi nguyên tố được xác định bằng các tử số Hy Lạp; với ngoại lệ duy nhất của phần tử bên phải khi nó chỉ là một. Do đó, ZnS được đặt tên là: zinc mono sulfide (và không phải monozinc monosulfide).

Đối với danh pháp truyền thống, kẽm có một hóa trị duy nhất là +2 được thêm vào bằng cách thêm hậu tố –ico. Do đó, tên truyền thống của nó là: kẽm sunfua ico .

Các ứng dụng

Là bột màu hoặc chất phủ

-Sachtolith là một chất màu trắng được tạo ra từ kẽm sulfua. Nó được sử dụng trong keo, bả matit, chất trám trét, sơn phủ, sơn cao su và biển báo.

Việc sử dụng nó kết hợp với các chất màu hấp thụ ánh sáng cực tím, chẳng hạn như chất màu vi titan hoặc oxit sắt trong suốt, là cần thiết trong các chất màu chịu thời tiết.

-Khi ZnS được sử dụng cho sơn cao su hoặc sơn kết cấu, nó có tác dụng diệt vi sinh vật kéo dài.

-Do độ cứng cao và khả năng chống vỡ, xói mòn, mưa hoặc bụi, nó thích hợp cho các cửa sổ hồng ngoại bên ngoài hoặc trong khung máy bay.

-ZnS được sử dụng trong lớp phủ của rôto được sử dụng trong vận chuyển các hợp chất, để giảm mài mòn. Nó cũng được sử dụng trong sản xuất mực in, các hợp chất cách điện, sắc tố nhựa nhiệt dẻo, nhựa chịu lửa và đèn điện phát quang.

-Zinc sulfide có thể trong suốt và có thể được sử dụng như một cửa sổ cho quang học nhìn thấy và quang học hồng ngoại. Nó được sử dụng trong các thiết bị nhìn ban đêm, màn hình tivi, màn hình radar và lớp phủ huỳnh quang.

- Sự pha tạp của ZnS với Cu được dùng trong sản xuất tấm điện phát quang. Ngoài ra, nó còn được sử dụng trong động cơ đẩy tên lửa và đo trọng lực.

Đối với sự phát quang của nó

- Chất lân quang của nó được sử dụng để tô màu cho kim đồng hồ và do đó hiển thị thời gian trong bóng tối; cũng trong sơn cho đồ chơi, trong các biển báo khẩn cấp và cảnh báo giao thông.

Sự phát quang cho phép sử dụng kẽm sulfua trong các ống tia âm cực và màn hình tia X để phát sáng trong các điểm tối. Màu sắc của lân quang phụ thuộc vào chất hoạt hóa được sử dụng.

Chất bán dẫn, chất xúc tác quang và chất xúc tác

-Sphalerite và wurtzite là chất bán dẫn khe băng rộng. Sphalerite có độ rộng vùng cấm là 3,54 eV, trong khi wurtzite có độ rộng vùng cấm là 3,91 eV.

-ZnS được sử dụng để điều chế chất xúc tác quang bao gồm CdS - ZnS / zirconi - titan phốt phát được sử dụng để sản xuất hydro dưới ánh sáng nhìn thấy.

-Nó can thiệp như một chất xúc tác cho sự phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ. Nó được sử dụng để chuẩn bị một bộ đồng bộ màu trong đèn LED.

- Các tinh thể nano của nó được sử dụng để phát hiện các protein siêu nhạy. Ví dụ, bằng cách phát ra ánh sáng từ các chấm lượng tử của ZnS. Nó được sử dụng để điều chế chất xúc tác quang kết hợp (CdS / ZnS) -TiO2 để sản xuất điện thông qua xúc tác quang điện.

Người giới thiệu

1. PubChem. (2018). Kẽm sunfua. Lấy từ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (2015, ngày 16 tháng 1). Sắc tố trắng dựa trên Zinc Sulfide. Phục hồi từ: quiminet.com
3. Wikipedia. (2018). Kẽm sunfua. Lấy từ: en.wikipedia.org
4. II-VI ANH. (2015). Kẽm sulfua (ZnS). Lấy từ: ii-vi.es
5. Rob Toreki. (Ngày 30 tháng 3 năm 2015). Cấu trúc Zincblende (ZnS). Lấy từ: ilpi.com
6. Hóa học LibreTexts. (Ngày 22 tháng 1 năm 2017). Cấu trúc-Zinc Blende (ZnS). Lấy từ: chem.libretexts.org
7. Phản ứng. (2018). Kẽm sulfua / Kẽm sulfua (ZnS). Lấy từ: reade.com