אבץ גופרתי (ZNS): מבנה, תכונות ושימושים - כִּימִיָה - 2025

אבץ גופרי הוא תרכובת אורגנית של Z הנוסחה _n S נוצר על ידי קטיונים Zn ²⁺ ואניונים S ² . הוא נמצא בטבע בעיקר כשני מינרלים: וורציט וספירייט (או אבץ תערובת), כאשר האחרון הוא צורתו העיקרית.

Sphalerite הוא באופן טבעי שחור בצבע בגלל זיהומים שלו. בצורתו הטהורה הוא מציג גבישים לבנים, בעוד שלורדת יש גבישים לבנים אפרפרים.

מקור: מאת Killerlimpet, מ- Wikimedia Commons

אבץ גופרתי אינו מסיס במים. זה יכול לגרום לנזק סביבתי, מכיוון שהוא חודר לקרקע ומזהם את מי התהום ואת זרמיו.

ניתן לייצר אבץ גופרתי, בין היתר, על ידי קורוזיה ועל ידי נטרול.

על ידי קורוזיה:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

על ידי נטרול:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

אבץ גופרתי הוא מלח זרחני, המעניק לו את היכולת לשימושים ויישומים מרובים. כמו כן, מדובר במוליכים למחצה ופוטו-קטליסט.

מִבְנֶה

אבץ גופרתי מאמץ מבנים גבישיים הנשלטים על ידי אטרקציות אלקטרוסטטיות בין קטיון Zn ²⁺ לבין אניון S ^2- . אלה הם שניים: ספלתריט או אבץ תערובת, וורזיט. בשניהם, היונים ממזערים את הדחות בין יונים של מטענים שווים.

תערובת האבץ היא היציבה ביותר בתנאי שטח וטמפרטורה יבשתיים; ו- wurzite, שהוא פחות צפוף, נובע מארגון גבישי עקב עלייה בטמפרטורה.

שני המבנים יכולים להתקיים בכפיפה אחת באותו מוצק ZnS בו זמנית אם כי, לאט לאט, האורזיט בסופו של דבר ישלוט.

אבץ תערובת

מקור: מאת מדינת סוליד, מתוך ויקימדיה Commons

התמונה העליונה מציגה את תא היחידה מעוקב שבמרכזו הפנים של מבנה תערובת האבץ. הכדוריות הצהובות תואמות את אניונים S ^2- , והתחומים האפורים לקטיונים Zn ²⁺ , הממוקמים בפינות ובמרכזי פני הקוביה.

שימו לב לגיאומטריות הטטרדרליות סביב היונים. ניתן לייצג את תערובת האבץ על ידי טטרה-טדרה אלה, שבחורים שלהם בתוך הגביש יש אותה גיאומטריה (חורים טטרהדראליים).

באופן דומה, בתוך תאי היחידה מתקיים פרופורציה של ZnS; כלומר, יחס של 1: 1. לפיכך, לכל קטיון Zn ²⁺ יש אניון S ^2- . בתמונה אולי נראה כי תחומים אפורים יש בשפע, אך במציאות, מכיוון שהם בפינות ובמרכז פני הקוביה, הם משותפים לתאים אחרים.

לדוגמה, אם אתה לוקח את ארבע הכדורים הצהובים שנמצאים בתוך הקופסה, "החלקים" של כל הספירות האפורות סביבו צריכות להיות שוות (ולעשות) לארבע. לפיכך, בתא היחידה הקובית ישנם ארבעה Zn ²⁺ וארבעה S ^2- , כאשר היחס הסטויו-מטרי ZnS מתקיים.

כמו כן, חשוב להדגיש כי ישנם חורים טטרהדראליים לפני ומאחורי הכדורים הצהובים (החלל המפריד ביניהם).

ורזיטה

מקור: מאת מדינת סוליד, מתוך ויקימדיה Commons

בניגוד למבנה של תערובת אבץ, אורזיט מאמצת מערכת גביש משושה (תמונה עליונה). זה פחות קומפקטי, כך שלמוצק יש צפיפות נמוכה יותר. ליונים ב- wurzite יש גם סביבה טטרהדראלית ויחס 1: 1 המסכים עם הנוסחה ZnS.

נכסים

צֶבַע

ניתן להציג אותו בשלוש דרכים:

-וורציט, עם גבישים לבנים ומשושים.

-ספליטייט, עם גבישים לבנים-אפרפרים וקריסטלים מעוקבים.

-כאבקה לבנה עד אפרפר-לבן או צהבהבה, וקריסטלים מעוקבים צהובים.

נקודת המסה

1700 מעלות צלזיוס

מסיסות במים

באופן בלתי מסיס כמעט (0.00069 גרם / 100 מ"ל בטמפרטורה של 18 מעלות צלזיוס).

מְסִיסוּת

בלתי מסיסים באקליות, מסיסים בחומצות מינרליות מדוללות.

צְפִיפוּת

Sphalerite 4.04 גרם / ס"מ ³ ו- wurtzite 4.09 גרם / ס"מ ³ .

קַשִׁיוּת

יש לו קשיות של 3 עד 4 בסולם מוהס.

יַצִיבוּת

כאשר הוא מכיל מים, הוא מתחמצן לאט לאט לסולפט. בסביבה יבשה זה יציב.

הִתפָּרְקוּת

כאשר הוא מחומם לטמפרטורות גבוהות הוא פולט אדים רעילים של תחמוצות אבץ וגופרית.

מִנוּחַ

תצורת האלקטרונים של Zn היא 3d ¹⁰ 4s ² . על ידי איבוד שני האלקטרונים של מסלול ה- 4s הוא נשאר כקטיון Zn ²⁺ כשמסלולי האורביטלים שלו מלאים. לכן, מאחר ש- Zn ²⁺ הוא הרבה יותר יציב מ- Zn ^{+ באופן אלקטרוני} , יש לו רק ערך של +2.

לפיכך, לגבי שמות המניות, הושמטה הוספה של ערכיותה הסגורה בסוגריים ועם ספרות רומיות: אבץ (II) גופריתי.

שמות מסורתיים ומסורתיים

אך ישנן דרכים אחרות להתקשר ל- ZnS בנוסף לזו שכבר הוזכרה. בשיטתיות, מספר האטומים של כל אלמנט מוגדר באמצעות המונים היוונים; למעט היחיד שבמרכיב מימין כאשר הוא רק אחד. לפיכך, ה- ZnS נקרא בשם: מונו סולפיד אבץ (ולא מונוזולפיד מונוזינק).

ביחס לננומטוריה המסורתית, אבץ בעל ערכי יחידה של +2 מתווסף על ידי הוספת הסיומת –ico. כתוצאה מכך שמו המסורתי הוא: אבץ גופרתי ico .

יישומים

כמו פיגמנטים או ציפויים

-Sachtolith הוא פיגמנט לבן העשוי עם אבץ גופרתי. הוא משמש בכמיקים, במסטיקים, בחומרי איטום, במעילים התחתונים, בצבעי לטקס ובשילוט.

השימוש בו בשילוב עם פיגמנטים סופגים אור אולטרה סגול, כגון מיקרו טיטניום או פיגמנטים של תחמוצת ברזל שקופים, נחוצים בפיגמנטים עמידים בפני מזג אוויר.

- כאשר ZnS מוחל על צבעי לטקס או מרקם, יש לו פעולה ממושכת חיידקית ממושכת.

בגלל הקשיחות והעמידות הרבה שלו לשבירה, שחיקה, גשם או אבק, זה הופך אותו מתאים לחלונות אינפרא אדום חיצוניים או למסגרות מטוסים.

-ZnS משמש בציפוי רוטורים המשמשים להובלת תרכובות, להפחתת שחיקה. הוא משמש גם בייצור דיו לדפוס, תרכובות בידוד, פיגמנטציה תרמופלסטית, פלסטיק עמיד בפני להבה ומנורות אלקטרולומיננטיות.

-גולפיד אבץ יכול להיות שקוף וניתן להשתמש בו כחלון לאופטיקה גלויה ולאופטיקה אינפרא אדום. הוא משמש במכשירי ראיית לילה, מסכי טלוויזיה, מסכי רדאר וציפויים ניאון.

השימוש בסמים של ZnS עם Cu משמש בייצור לוחות אלקטרוליומינצנטיות. כמו כן, הוא משמש בהנעה של טילים ובגרימטריה.

בגלל הזרחן שלה

-זרחן שלה משמש כדי לכוון את שעון השעון ובכך להציג את הזמן בחושך; גם בצבע לצעצועים, בתמרורי חירום ואזהרות תנועה.

הזרחן מאפשר להשתמש בגולף אבץ בצינורות קרני הקתודה ובמסכי רנטגן לזוהר בנקודות כהות. צבע הזרחני תלוי במפעיל המשמש.

מוליכים למחצה, פוטו-קטליסט וקטליסט

-סלרייט וורציט הם מוליכים למחצה פס רחב. לספירייט יש פער בנדון של 3.54 eV, בעוד שלורציט יש פער של 3.91 eV.

-ZnS משמש להכנת פוטו-קטליסט המורכב מ- CdS - ZnS / זירקוניום - פוספט טיטניום המשמש לייצור מימן תחת אור נראה.

זה מתערב כזרז להשפלת מזהמים אורגניים. הוא משמש להכנת סנכרון צבע במנורות LED.

-Nanocrystals משמשים לגילוי רגישים של חלבונים. לדוגמה, על ידי פליטת אור מנקודות קוונטיות של ZnS. הוא משמש בהכנת פוטו-קטליסט משולב (CdS / ZnS) -TiO2 לייצור חשמל באמצעות פוטו-אלקטרקטליזה.

הפניות

1. PubChem. (2018). אבץ גופרתי. לקוח מ: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (2015, 16 בינואר). פיגמנט לבן מבוסס על אבץ סולפיד. התאושש מ: quiminet.com
3. ויקיפדיה. (2018). אבץ גופרתי. נלקח מ: en.wikipedia.org
4. II-VI בריטניה. (2015). אבץ סולפיד (ZnS). נלקח מ: ii-vi.es
5. רוב טורקי. (30 במרץ 2015). מבנה האבץ (ZnS). נלקח מ: ilpi.com
6. כימיה LibreTexts. (22 בינואר 2017). מבנה-בלנד אבץ (ZnS). נלקח מ: chem.libretexts.org
7. קרא. (2018). אבץ סולפיד / אבץ סולפיד (ZnS). נלקח מ: reade.com