SULFUR DE ZINC (ZNS): ESTRUCTURA, PROPIETATS I USOS - QUIMICA - 2026

El sulfur de zinc és un compost inorgànic de fórmula Z _n S, format per cations Zn ²⁺ i anions S ^2-. Es troba en la naturalesa principalment com dos minerals: la wurtzita i l'esfalerita (o blenda de zinc), sent aquesta última la seva forma principal.

La esfalerita es presenta a la naturalesa de color negre a causa de les impureses que presenta. En forma pura presenta cristalls blancs, mentre que la wurtzita presenta cristalls de color blanc grisós.

Font: By Killerlimpet, from Wikimedia Commons

El sulfur de zinc és insoluble en aigua. Pot produir danys ambientals, ja que penetra a terra i contamina les aigües subterrànies i els seus corrents.

Es pot produir el sulfur de zinc, entre altres reaccions, per corrosió i per neutralització.

Per corrosió:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Per neutralització:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

El sulfur de zinc és una sal fosforescent, el que li confereix la capacitat de múltiples usos i aplicacions. A més, és un semiconductor i un fotocatalitzador.

estructura

El sulfur de zinc adopta estructures cristal·lines regides per les atraccions electrostàtiques entre el catió Zn ²⁺ i l'anió S ^2-. Aquestes són dues: l'esfalerita o blenda de zinc, i la wurzita. En ambdues els ions redueixen a l'mínim les repulsions entre ions d'iguals càrregues.

La blenda de zinc és la més estable en les condicions terrestres de pressió i temperatura; i la wurzita, que és menys densa, resulta d'el reordenament cristal·lí causa de l'increment de la temperatura.

Les dues estructures poden coexistir en un mateix sòlid de ZnS a el mateix temps encara que, molt lentament, la wurzita acabarà predominant.

Blenda de zinc

Font: By Solid State, from Wikimedia Commons

A la imatge superior es mostra la cel·la unitària cúbica centrada en les cares de l'estructura blenda de zinc. Les esferes grogues corresponen als anions S ^2-, i les grises als cations Zn ²⁺, ubicats a les cantonades i en els centres de les cares de la galleda.

Cal notar les geometries tetraèdriques al voltant dels ions. La blenda de zinc pot representar-se també mitjançant aquests tetraedres, els forats dins el vidre tenen la mateixa geometria (buits tetraèdrics).

Així mateix, dins de les cel·les unitàries es compleix la proporció ZnS; és a dir, una proporció 1: 1. Així, per cada catió Zn ²⁺ hi ha un anió S ^2-. A la imatge pot semblar que abunden les esferes grisos, però en realitat a l'trobar-se en les cantonades i centre de les cares de la galleda estan compartides per altres cel·les.

Per exemple, si es prenen les quatre esferes grogues que estan dins de la caixa, els "trossos" de totes les esferes grises al voltant de sumar igual (i ho fan), quatre. D'aquesta manera en la cel·la unitària cúbica hi ha quatre Zn ²⁺ -quatre S ^2-, complint-se la proporció estequiomètrica ZnS.

Igualment és important recalcar que hi ha buits tetraèdrics endavant i darrere de les esferes grogues (l'espai que les separa un d'altres).

Wurzita

Font: By Solid State, from Wikimedia Commons

A diferència de l'estructura de la blenda de zinc, la wurzita adopta un sistema hexagonal (imatge superior). Aquest és menys compacte, de manera que el sòlid té menor densitat. Els ions en la wurzita també tenen entorns tetraèdrics i una proporció 1: 1 que concorda amb la fórmula ZnS.

propietats

color

Pot presentar-se de tres formes:

-La wurtzita, de vidres blancs i hexagonals.

-La esfalerita, de cristalls blancs-grisos i cristalls cúbics.

-Com una pols blanca a blanc grisós o groguenc, i vidres groguencs cúbics.

Punt de fusió

1700º C.

Solubilitat en aigua

Pràcticament insoluble (0,00069 g / 100 ml a 18º C).

solubilitat

Insoluble en àlcalis, soluble en àcids minerals diluïts.

densitat

Esfalerita 4,04 g / cm ³ i wurtzita 4,09 g / cm ³.

duresa

Té una duresa de 3 a 4 en l'escala de Mohs.

estabilitat

Quan conté aigua s'oxida lentament a sulfat. En un ambient sec és estable.

descomposició

Quan s'escalfa a altes temperatures emet vapors tòxics de zinc i òxids sulfurosos.

Nomenclatura

La configuració electrònica de l'Zn és 3d ¹⁰ 4s ². A l'perdre els dos electrons de l'orbital 4s queda com el catió Zn ²⁺ amb els seus orbitals d plens. Per tant, atès que electrònicament el Zn ²⁺ és molt més estable que el Zn ⁺, només té una valència d'+2.

D'aquí que s'ometi per a la nomenclatura estoc, l'afegir-la seva valència tancada entre parèntesis i amb nombres romans: sulfur de zinc (II).

Nomenclatures sistemàtica i tradicional

Però hi ha altres maneres de cridar a l'ZnS a més de la ja plantejada. A la sistemàtica, s'especifica el nombre d'àtoms de cada element amb els numeradors grecs; amb l'única excepció de l'element a la dreta quan és només un. Així, el ZnS es nomena com: mico sulfur de zinc (i no monosulfur de monozinc).

Pel que fa a la nomenclatura tradicional, a l'zinc a l'tenir valència única de +2, se li afegeix afegint-el sufix -ic. En conseqüència, el seu nom tradicional resulta: sulfur zinc ico.

usos

Com pigments o recobriments

-El sachtolith és un pigment blanc fet amb sulfur de zinc. S'usa en massilles, màstics, segelladors, cobertes inferiors, pintures de làtex i senyalització.

El seu ús combinat amb pigments absorbents de la llum ultraviolada, com el micro titani o pigments d'òxid de ferro transparents, és necessari en pigments resistents a la intempèrie.

-Quan s'aplica ZnS en les pintures de làtex o texturitzades té una acció microbicida perllongada.

-A causa de la seva gran duresa i resistència al trencament, l'erosió, la pluja o a la pols, fa que sigui adequat per a les finestres infraroges exteriors o en els marcs de les aeronaus.

-El ZnS s'usa en el recobriment de rotors usats en el transport de compostos, per reduir el desgast. A més s'utilitza en la producció de tintes d'impressió, compostos aïllants, pigmentació termoplàstica, plàstics resistents a les flames i llums electroluminescents.

-El sulfur de zinc pot ser transparent, podent ser utilitzat com una finestra per l'òptica visible i òptica infraroja. S'utilitza en aparells de visió nocturna, a les pantalles de televisió, pantalles de radars i en revestiments fluorescents.

-El dopatge de ZnS amb Cu s'empra en la producció de panells de electroluminescència. A més, s'usa en la propulsió de coet i en gravimetria.

Per la seva fosforescència

-La seva fosforescència s'aprofita per tenyir les agulles de el rellotge i així visualitzar l'hora en la foscor; també en pintures per a les joguines, en senyals d'emergència i d'avisos de trànsit.

La fosforescència permet un ús de l'sulfur de zinc en els tubs de raigs catòdics i en les pantalles dels raigs X per brillar en punts foscos. El color de la fosforescència depèn de l'activador usat.

Semiconductor, fotocatalitzador i catalitzador

-La esfalerita i la wurtzita són semiconductors d'esquerda de banda ampla. La esfalerita té una esquerda de banda de 3,54 eV, mentre que la wurtzita té una esquerda de banda de 3,91 eV.

-Es fa servir el ZnS en la preparació d'un fotocatalitzador compost de CdS - ZnS / zirconium - fosfat de titani utilitzat per a la producció d'hidrogen sota la llum visible.

-Intervé com a catalitzador de la degradació de contaminants orgànics. S'utilitza en la preparació d'un sincronitzador de color en els llums LED.

-Els seus nanocristalls s'utilitzen per a la detecció ultrasensible de proteïnes. Per exemple, mitjançant l'emissió de llum de punts quàntics de ZnS. S'usa en la preparació d'un fotocatalitzador combinat (CdS / ZnS) -TiO2 per a la producció elèctrica via fotoelectrocatálisis.

referències

1. PubChem. (2018). Zinc sulfide. Pres de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QUIMINET. (16 de genièr de 2015). Pigment Blanc a força de Sulfur de Zinc. Recuperat de: quiminet.com
3. Wikipedia. (2018). Zinc sulfide. Pres de: en.wikipedia.org
4. II-VI UK. (2015). Sulfur de Cinc (ZnS). Pres de: ii-vi.es
5. Rob Toreki. (30 de març de 2015). The Zincblende (ZnS) Structure. Pres de: ilpi.com
6. Chemistry LibreTexts. (22 de gener del 2017). Structure-Zinc Blende (ZnS). Pres de: chem.libretexts.org
7. Reade. (2018). Zinc Sulfide / Zinc Sulphide (ZnS). Pres de: reade.com