Estrutura de sulfeto de zinco (ZnS), propriedades, nomenclatura, usos

O sulfeto de zinco é um composto inorgânico de fórmula Z_nS, formado por cátions de Zn²⁺ e aniões S^2-. É encontrada na natureza principalmente como dois minerais: a wurtzita e a esfalerita (ou blenda de zinco), sendo esta última sua forma principal.

A esfalerita ocorre na natureza do preto devido às impurezas que apresenta. Na forma pura, tem cristais brancos, enquanto a wurtzita tem cristais branco-acinzentados.

O sulfeto de zinco é insolúvel em água. Pode causar danos ambientais, pois penetra no solo e contamina as águas subterrâneas e suas correntes.

O sulfeto de zinco pode ser produzido, entre outras reações, pela corrosão e pela neutralização.

Por corrosão:

Zn + H₂S => ZnS + H₂

Por neutralização:

H₂S + Zn (OH)₂ => ZnS + 2H₂O

O sulfeto de zinco é um sal fosforescente, que lhe confere a capacidade de múltiplos usos e aplicações. Além disso, é um semicondutor e um fotocatalisador.

Índice

• 1 estrutura
  • 1.1 Blenda de zinco
  • 1.2 Wurzita
• 2 Imóveis
  • 2.1 cor
  • 2.2 ponto de fusão
  • 2.3 Solubilidade na água
  • 2,4 Solubilidade
  • 2,5 Densidade
  • 2,6 dureza
  • 2.7 Estabilidade
  • 2.8 Decomposição
• 3 Nomenclatura
  • 3.1 Nomenclaturas sistemáticas e tradicionais
• 4 usos
  • 4.1 Como pigmentos ou revestimentos
  • 4.2 Por causa de sua fosforescência
  • 4.3 Semicondutor, fotocatalisador e catalisador
• 5 referências

Estrutura

O sulfeto de zinco adota estruturas cristalinas governadas por atrações eletrostáticas entre o Zn cation²⁺ e o ânion S^2-. São dois: a esfalerita ou a blenda de zinco e a wurzita. Em ambos os íons minimizam as repulsões entre íons de cargas iguais.

A blenda de zinco é a mais estável nas condições de pressão e temperatura terrestre; e o wurzite, que é menos denso, resulta do rearranjo cristalino devido ao aumento da temperatura.

As duas estruturas podem coexistir em um mesmo sólido de ZnS ao mesmo tempo, embora, muito lentamente, o wurzite acabe predominando.

Zinco Blende

A célula unitária cúbica centralizada nas faces da estrutura da blenda de zinco é mostrada na imagem superior. As esferas amarelas correspondem aos ânions S^2-e cinzas para Zn cátions²⁺, localizado nos cantos e nos centros das faces do cubo.

Observe as geometrias tetraédricas ao redor dos íons. A blenda de zinco também pode ser representada por esses tetraedros, cujos orifícios no interior do cristal têm a mesma geometria (buracos tetraédricos).

Além disso, dentro das células unitárias, a proporção de ZnS é atingida; isto é, uma proporção de 1: 1. Assim, para cada cátion de Zn²⁺ existe um ânion S^2-. Na imagem, pode parecer que as esferas cinzas são abundantes, mas, na verdade, quando estão nos cantos e no centro das faces do cubo, elas são compartilhadas por outras células.

Por exemplo, se você pegar as quatro esferas amarelas que estão dentro da caixa, as "partes" de todas as esferas cinzas ao seu redor devem adicionar as mesmas (e elas), quatro. Desta forma, na célula unitária cúbica existem quatro Zn²⁺ e quatro S^2-, cumprindo a relação estequiométrica de ZnS.

Também é importante enfatizar que existem buracos tetraédricos na frente e atrás das esferas amarelas (o espaço que os separa um do outro).

Wurzita

Ao contrário da estrutura da blenda de zinco, a wurzite adota um sistema cristalino hexagonal (imagem superior). Isso é menos compacto, então o sólido tem menor densidade. Os íons no wurzite também têm ambientes tetraédricos e uma proporção de 1: 1 que combina com a fórmula de ZnS.

Propriedades

Cor

Pode ser apresentado de três maneiras:

-Wurtzite, com cristais brancos e hexagonais.

- A esfalerita, com cristais branco-acinzentados e cristais cúbicos.

-Como pó branco a branco-acinzentado ou amarelado, e cristais cúbicos amarelados.

Ponto de fusão

1700º C.

Solubilidade em água

Praticamente insolúvel (0,00069 g / 100 ml a 18º C).

Solubilidade

Insolúvel em álcalis, solúvel em ácidos minerais diluídos.

Densidade

Esfalerita 4,04 g / cm³ e wurtzite 4,09 g / cm³.

Dureza

Tem uma dureza de 3 a 4 na escala de Mohs.

Estabilidade

Quando contém água, lentamente se oxida ao sulfato. Em um ambiente seco, é estável.

Decomposição

Quando aquecido a altas temperaturas, emite vapores tóxicos de zinco e óxidos de enxofre.

Nomenclatura

A configuração eletrônica do Zn é [Ar] 3d¹⁰4s². Perder os dois elétrons do orbital 4s é como o cátion Zn²⁺ com seus orbitais cheios. Portanto, dado que eletronicamente o Zn²⁺ é muito mais estável que o Zn⁺só tem uma valência de +2.

Por isso, é omitido para a nomenclatura das ações, acrescentando sua valência entre parênteses e com algarismos romanos: sulfeto de zinco (II).

Nomenclaturas sistemáticas e tradicionais

Mas existem outras maneiras de chamar o ZnS além do que já foi proposto.Na sistemática, o número de átomos de cada elemento é especificado com os numeradores gregos; com a única exceção do elemento à direita quando é apenas um. Assim, o ZnS é nomeado como: macacosulfeto de zinco (e não monossulfato de monozinco).

Em relação à nomenclatura tradicional, o zinco com uma valência única de +2 é adicionado adicionando-se o sufixo -ico. Por conseguinte, o seu nome tradicional acaba por ser: sulfureto de zincoico.

Usos

Como pigmentos ou revestimentos

-Sachtolith é um pigmento branco feito com sulfureto de zinco. É usado em massas, mástiques, selantes, coberturas inferiores, tintas látex e sinalização.

Seu uso combinado com pigmentos que absorvem luz ultravioleta, como micro titânio ou pigmentos transparentes de óxido de ferro, é necessário em pigmentos resistentes a intempéries.

-Quando o ZnS é aplicado em tintas látex ou texturadas, tem uma ação microbicida prolongada.

-Por causa de sua grande dureza e resistência a quebra, erosão, chuva ou poeira, é adequado para janelas infravermelhas externas ou estruturas de aeronaves.

-ZnS é usado no revestimento de rotores usados ​​no transporte de compostos, para reduzir o desgaste. Também é usado na produção de tintas de impressão, compostos isolantes, pigmentação termoplástica, plásticos resistentes a chamas e lâmpadas eletroluminescentes.

-O sulfeto de zinco pode ser transparente e pode ser usado como uma janela para óptica visível e óptica infravermelha. É usado em dispositivos de visão noturna, em telas de televisão, telas de radar e em revestimentos fluorescentes.

-O ZnS dopado com Cu é usado na produção de painéis de eletroluminescência. Além disso, é usado em propulsão de foguetes e gravimetria.

Por causa de sua fosforescência

-Sua fosforescência é usada para tingir as mãos do relógio e, assim, visualizar o tempo no escuro; também em pinturas para brinquedos, em sinais de emergência e avisos de trânsito.

A fosforescência permite o uso de sulfeto de zinco nos tubos de raios catódicos e nas telas de raios X para brilhar em pontos escuros. A cor da fosforescência depende do ativador utilizado.

Semicondutor, fotocatalisador e catalisador

-A esfalerita e wurtzita são semicondutores de fenda de banda larga. A esfalerita tem um intervalo de bandas de 3,54 eV, enquanto a wurtzita tem um intervalo de bandas de 3,91 eV.

- ZnS é usado na preparação de um fotocatalisador composto de CdS - ZnS / zircônio - fosfato de titânio usado para a produção de hidrogênio sob luz visível.

-Ele intervém como um catalisador para a degradação de poluentes orgânicos. É usado na preparação de um sincronizador de cores em lâmpadas LED.

- Seus nanocristais são utilizados para a detecção ultra-sensível de proteínas. Por exemplo, emitindo luz de pontos quânticos de ZnS. É utilizado na preparação de um fotocatalisador combinado (CdS / ZnS) -TiO2 para produção elétrica via fotoeletrocatálise.

Referências

1. PubChem. (2018) Sulfeto de zinco. Retirado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (16 de janeiro de 2015). Pigmento Branco à base de Sulfeto de Zinco. Retirado de: quiminet.com
3. Wikipédia. (2018) Sulfeto de zinco. Retirado de: en.wikipedia.org
4. II-VI UK. (2015). Sulfeto de zinco (ZnS). Retirado de: ii-vi.es
5. Rob Toreki. (30 de março de 2015). A estrutura do Zincblende (ZnS). Retirado de: ilpi.com
6. Química LibreTexts. (22 de janeiro de 2017). Estrutura-zinco Blende (ZnS). Retirado de: chem.libretexts.org
7. Reade. (2018) Sulfeto de Zinco / Sulfeto de Zinco (ZnS). Retirado de: reade.com