Sulfuro de zinc
 Polvos de ZnS que contienen diferentes concentraciones de vacantes de azufre [1] | |
| Nombres | |
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| Otros nombres | |
| Identificadores | |
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Modelo 3D ( JSmol ) |
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| Araña química |
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| Tarjeta informativa de la ECHA | 100.013.866 |
Identificador de centro de PubChem |
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| Número RTECS |
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| UNIVERSIDAD |
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Panel de control CompTox ( EPA ) |
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| Propiedades | |
| ZnS | |
| Masa molar | 97,474 g/mol |
| Densidad | 4.090 g/ cm3 |
| Punto de fusión | 1.850 °C (3.360 °F; 2.120 K) (sublime) |
| despreciable | |
| Banda prohibida | 3,54 eV (cúbica, 300 K) 3,91 eV (hexagonal, 300 K) |
Índice de refracción ( n D ) | 2.3677 |
| Estructura | |
| ver texto | |
| Tetraédrico (Zn 2+ ) Tetraédrico (S 2− ) | |
| Termoquímica | |
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 ) | −204,6 kJ/mol |
| Peligros | |
| NFPA 704 (rombo cortafuegos) | |
| punto de inflamabilidad | Ininflamable |
| Ficha de datos de seguridad (FDS) | ICSC 1627 |
| Compuestos relacionados | |
Otros aniones | Óxido de zinc Seleniuro de zinc Telururo de zinc |
Otros cationes | Sulfuro de cadmio Sulfuro de mercurio |
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para los materiales en su estado estándar (a 25 °C [77 °F], 100 kPa). | |
El sulfuro de cinc (o sulfuro de cinc ) es un compuesto inorgánico con la fórmula química de ZnS. Esta es la forma principal de cinc que se encuentra en la naturaleza, donde se presenta principalmente como el mineral esfalrita . Aunque este mineral suele ser negro debido a varias impurezas, el material puro es blanco y se utiliza ampliamente como pigmento. En su forma sintética densa, el sulfuro de cinc puede ser transparente y se utiliza como ventana para la óptica visible y la óptica infrarroja .
Estructura
El ZnS existe en dos formas cristalinas principales . Este dualismo es un ejemplo de polimorfismo . En cada forma, la geometría de coordinación en Zn y S es tetraédrica. La forma cúbica más estable se conoce también como blenda de zinc o esfalrita . La forma hexagonal se conoce como mineral wurtzita , aunque también se puede producir sintéticamente. [2] La transición de la forma esfalrita a la forma wurtzita ocurre alrededor de los 1020 °C .
Aplicaciones
Material luminiscente
El sulfuro de cinc, con la adición de unas pocas ppm de un activador adecuado , exhibe una fuerte fosforescencia . El fenómeno fue descrito por Nikola Tesla en 1893, [3] y actualmente se utiliza en muchas aplicaciones, desde tubos de rayos catódicos hasta pantallas de rayos X y productos que brillan en la oscuridad . Cuando se utiliza plata como activador, el color resultante es azul brillante, con un máximo a 450 nanómetros . El uso de manganeso produce un color rojo anaranjado a unos 590 nanómetros. El cobre da un brillo más prolongado y tiene el familiar brillo verdoso en la oscuridad. El sulfuro de cinc dopado con cobre ("ZnS más Cu") también se utiliza en paneles electroluminiscentes . [4] También exhibe fosforescencia debido a impurezas al iluminarlo con luz azul o ultravioleta .
Material óptico
El sulfuro de cinc también se utiliza como material óptico infrarrojo , transmitiendo desde longitudes de onda visibles hasta poco más de 12 micrómetros . Se puede utilizar en forma plana como ventana óptica o darle forma de lente . Se fabrica en forma de láminas microcristalinas mediante la síntesis a partir de gas de sulfuro de hidrógeno y vapor de cinc, y se vende como material de grado FLIR (Forward Looking Infrared), en el que el sulfuro de cinc se presenta en una forma opaca de color amarillo lechoso. Este material, cuando se prensa isostáticamente en caliente (HIP), se puede convertir en una forma transparente conocida como Cleartran (marca registrada). Las primeras formas comerciales se comercializaron como Irtran-2, pero esta designación ahora está obsoleta.
Pigmento
El sulfuro de cinc es un pigmento común , a veces llamado sachtolith. Cuando se combina con sulfato de bario, el sulfuro de cinc forma litopón . [5]
Catalizador
El polvo fino de ZnS es un fotocatalizador eficiente que produce gas hidrógeno a partir del agua al ser iluminado. Se pueden introducir vacantes de azufre en el ZnS durante su síntesis; esto convierte gradualmente el ZnS blanco-amarillento en un polvo marrón y aumenta la actividad fotocatalítica a través de una mayor absorción de la luz. [1]
Propiedades de los semiconductores
Tanto la esfalrita como la wurtzita son semiconductores intrínsecos de banda ancha . Son semiconductores II-VI prototípicos y adoptan estructuras relacionadas con muchos de los otros semiconductores, como el arseniuro de galio . La forma cúbica de ZnS tiene una banda prohibida de aproximadamente 3,54 electronvoltios a 300 kelvins , pero la forma hexagonal tiene una banda prohibida de aproximadamente 3,91 electronvoltios. El ZnS se puede dopar como un semiconductor de tipo n o un semiconductor de tipo p .
Historia
La fosforescencia del ZnS fue reportada por primera vez por el químico francés Théodore Sidot en 1866. Sus hallazgos fueron presentados por AE Becquerel , quien era famoso por la investigación sobre la luminiscencia . [6] El ZnS fue utilizado por Ernest Rutherford y otros en los primeros años de la física nuclear como detector de centelleo , porque emite luz al ser excitado por rayos X o haces de electrones , lo que lo hace útil para pantallas de rayos X y tubos de rayos catódicos . [7] Esta propiedad hizo que el sulfuro de zinc fuera útil en las esferas de los relojes de radio.
Producción
El sulfuro de cinc se produce generalmente a partir de materiales de desecho de otras aplicaciones. Las fuentes típicas incluyen fundición, escoria y licores de decapado. [5] Como ejemplo, la síntesis de amoníaco a partir de metano requiere la eliminación a priori de las impurezas de sulfuro de hidrógeno en el gas natural, para lo cual se utiliza óxido de cinc . Esta eliminación produce sulfuro de cinc:
- ZnO + H2S → ZnS + H2O
Preparación de laboratorio
El sulfuro de zinc crudo se puede producir encendiendo una mezcla de zinc y azufre . [8] De manera más convencional, el ZnS se prepara tratando una solución ligeramente ácida de sales de Zn 2+ con H 2 S : [9]
- Zn2 + + S2− → ZnS
Esta reacción es la base de un análisis gravimétrico del zinc. [10]
Referencias
- ^ ab Wang, Gang; Huang, Baibiao; Li, Zhujie; Lou, Zaizhu; Wang, Zeyan; Dai, Ying; Whangbo, Myung-Hwan (2015). "Síntesis y caracterización de ZnS con una cantidad controlada de vacantes de S para la producción fotocatalítica de H2 bajo luz visible". Scientific Reports . 5 : 8544. Bibcode :2015NatSR...5E8544W. doi :10.1038/srep08544. PMC 4339798 . PMID 25712901.
- ^ Wells, AF (1984), Química inorgánica estructural (5.ª ed.), Oxford: Clarendon Press, ISBN 0-19-855370-6.
- ^ Tesla, Nikola (1894). «Las invenciones, investigaciones y escritos de Nikola Tesla». Internet Archive . p. 290 . Consultado el 2 de enero de 2024 .
- ^ Karl A. Franz, Wolfgang G. Kehr, Alfred Siggel, Jürgen Wieczoreck y Waldemar Adam "Materiales luminiscentes" en la Enciclopedia de química industrial de Ullmann 2002, Wiley-VCH, Weinheim. doi :10.1002/14356007.a15_519
- ^ ab Gerhard Auer, Peter Woditsch, Axel Westerhaus, Jürgen Kischkewitz, Wolf-Dieter Griebler y Marcel Liedekerke "Pigmentos, inorgánicos, 2. Pigmentos blancos" en la Enciclopedia de química industrial de Ullmann 2009, Wiley-VCH, Weinheim. doi :10.1002/14356007.n20_n01
- ^ Sidot, T. (1866). "Sur les propriétés de la blende hexagonale". compt. Desgarrar. 63 : 188–189.
- ^ Greenwood, Norman N. ; Earnshaw, Alan (1984). Química de los elementos. Oxford: Pergamon Press . p. 1405. ISBN 978-0-08-022057-4.
- ^ Costal, R. (1931). "Étude de la Phosphorescent du Sulphure de Zinc I. - La Méthode par Explosion". Revista de Chimie Physique . 28 : 277–298. Código Bib : 1931JCP....28..277C. doi :10.1051/jcp/1931280277.
- ^ F. Wagenknecht; R. Juza (1963). "Sulfuro de cinc". En G. Brauer (ed.). Manual de química inorgánica preparativa, 2.ª edición . Vol. 2 páginas=1075. Nueva York, Nueva York: Academic Press.
- ^ Mendham, J.; Denney, RC; Barnes, JD; Thomas, MJK (2000), Análisis químico cuantitativo de Vogel (6.ª ed.), Nueva York: Prentice Hall, ISBN 0-582-22628-7
Enlaces externos
- Zinc y azufre en la tabla periódica de vídeos (Universidad de Nottingham)
- Composición de los fósforos de los CRT
- Datos ópticos del Laboratorio Multicapa Infrarrojo de la Universidad de Reading
- [1] punto de fusión
