SOLFURO DI ZINCO (ZNS): STRUTTURA, PROPRIETÀ E USI - CHIMICA - 2025

Il solfuro di zinco è un composto inorganico del formula Z _n S formata da cationi Zn ²⁺ e anioni S ^2- . Si trova in natura principalmente come due minerali: wurtzite e sfalerite (o blenda di zinco), quest'ultima è la sua forma principale.

La sfalerite è naturalmente di colore nero a causa delle sue impurità. Nella sua forma pura presenta cristalli bianchi, mentre la wurtzite ha cristalli bianco-grigiastri.

Fonte: di Killerlimpet, da Wikimedia Commons

Il solfuro di zinco è insolubile in acqua. Può causare danni ambientali, poiché penetra nel terreno e contamina le acque sotterranee e le sue correnti.

Il solfuro di zinco può essere prodotto, tra le altre reazioni, per corrosione e neutralizzazione.

Per corrosione:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Per neutralizzazione:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

Il solfuro di zinco è un sale fosforescente, che gli conferisce la capacità di molteplici usi e applicazioni. Inoltre, è un semiconduttore e un fotocatalizzatore.

Struttura

Il solfuro di zinco adotta strutture cristalline governate da attrazioni elettrostatiche tra il catione Zn ²⁺ e l'anione S ^2- . Questi sono due: sfalerite o blenda di zinco e wurzite. In entrambi, gli ioni riducono al minimo le repulsioni tra ioni di uguali cariche.

La blenda di zinco è la più stabile in condizioni terrestri di pressione e temperatura; e la wurzite, che è meno densa, risulta dal riarrangiamento cristallino dovuto all'aumento della temperatura.

Le due strutture possono coesistere nello stesso solido ZnS allo stesso tempo anche se, molto lentamente, la wurzite finirà per dominare.

Blenda di zinco

Fonte: da Solid State, da Wikimedia Commons

L'immagine in alto mostra la cella unitaria cubica centrata sulle facce della struttura in blenda di zinco. Le sfere gialle corrispondono agli anioni S ^2- e le sfere grigie ai cationi Zn ²⁺ , situati negli angoli e al centro delle facce del cubo.

Notare le geometrie tetraedriche attorno agli ioni. La blenda di zinco può essere rappresentata anche da questi tetraedri, i cui fori all'interno del cristallo hanno la stessa geometria (fori tetraedrici).

Allo stesso modo, all'interno delle celle unitarie viene soddisfatta la proporzione ZnS; cioè un rapporto 1: 1. Quindi, per ogni catione Zn ²⁺ c'è un anione S ^2- . Nell'immagine può sembrare che le sfere grigie siano abbondanti, ma in realtà, poiché si trovano negli angoli e al centro delle facce del cubo, sono condivise da altre cellule.

Ad esempio, se prendi le quattro sfere gialle che si trovano all'interno della scatola, i "pezzi" di tutte le sfere grigie attorno ad essa dovrebbero essere uguali (e fare) quattro. Pertanto, nella cella unitaria cubica ci sono quattro Zn ²⁺ e quattro S ^2- , essendo soddisfatto il rapporto stechiometrico ZnS.

È anche importante sottolineare che ci sono fori tetraedrici davanti e dietro le sfere gialle (lo spazio che le separa l'una dall'altra).

Wurzita

Fonte: da Solid State, da Wikimedia Commons

A differenza della struttura della blenda di zinco, la wurzite adotta un sistema cristallino esagonale (immagine in alto). Questo è meno compatto, quindi il solido ha una densità inferiore. Gli ioni in wurzite hanno anche un ambiente tetraedrico e un rapporto 1: 1 che concorda con la formula ZnS.

Proprietà

Colore

Può essere presentato in tre modi:

-Wurtzite, con cristalli bianchi ed esagonali.

-La sfalerite, con cristalli bianco-grigiastri e cristalli cubici.

-Come una polvere bianca o grigiastra o giallastra e cristalli cubici giallastri.

Punto di fusione

1700º C.

Solubilità dell'acqua

Praticamente insolubile (0.00069 g / 100 ml a 18 ° C).

solubilità

Insolubile in alcali, solubile in acidi minerali diluiti.

Densità

Sfalerite 4,04 g / cm ³ e wurtzite 4,09 g / cm ³ .

Durezza

Ha una durezza da 3 a 4 sulla scala di Mohs.

Stabilità

Quando contiene acqua, si ossida lentamente in solfato. In un ambiente secco è stabile.

Decomposizione

Quando riscaldato a temperature elevate emette vapori tossici di zinco e ossidi di zolfo.

Nomenclatura

La configurazione elettronica di Zn è 3d ¹⁰ 4s ² . Perdendo i due elettroni dell'orbitale 4s rimane come il catione Zn ²⁺ con i suoi orbitali d pieni. Pertanto, poiché Zn ²⁺ è elettronicamente molto più stabile di Zn ⁺ , ha solo una valenza di +2.

Quindi, per la nomenclatura stock, si omette l'aggiunta della sua valenza racchiusa tra parentesi e con numeri romani: solfuro di zinco (II).

Nomenclature sistematiche e tradizionali

Ma ci sono altri modi per chiamare ZnS oltre a quello già menzionato. Nella sistematica, il numero di atomi di ogni elemento è specificato con i numeratori greci; con la sola eccezione dell'elemento a destra quando è uno solo. Pertanto, lo ZnS è denominato: zinco mono solfuro (e non monozinco monosolfuro).

Rispetto alla nomenclatura tradizionale si aggiunge zinco avente una sola valenza di +2 aggiungendo il suffisso –ico. Di conseguenza, il suo nome tradizionale è: zinco solfuro ico .

applicazioni

Come pigmenti o rivestimenti

-Sachtolith è un pigmento bianco a base di solfuro di zinco. Viene utilizzato in calafataggio, mastici, sigillanti, sottofondi, vernici in lattice e segnaletica.

Il suo utilizzo in combinazione con pigmenti che assorbono la luce ultravioletta, come i pigmenti di micro titanio o ossido di ferro trasparenti, è necessario nei pigmenti resistenti agli agenti atmosferici.

-Quando ZnS viene applicato su vernici al lattice o texturizzate ha un'azione microbicida prolungata.

-Per la sua grande durezza e resistenza alla rottura, all'erosione, alla pioggia o alla polvere, lo rende adatto per finestre a infrarossi per esterni o per telai di aeromobili.

-ZnS viene utilizzato nel rivestimento di rotori utilizzati nel trasporto di mescole, per ridurre l'usura. Viene anche utilizzato nella produzione di inchiostri da stampa, composti isolanti, pigmentazione termoplastica, plastiche ignifughe e lampade elettroluminescenti.

-Il solfuro di zinco può essere trasparente e può essere utilizzato come finestra per ottiche visibili e ottiche a infrarossi. Viene utilizzato in dispositivi di visione notturna, schermi televisivi, schermi radar e rivestimenti fluorescenti.

-Il drogaggio di ZnS con Cu viene utilizzato nella produzione di pannelli di elettroluminescenza. Inoltre, è utilizzato nella propulsione a razzo e nella gravimetria.

Per la sua fosforescenza

-La sua fosforescenza viene utilizzata per colorare le lancette dell'orologio e quindi visualizzare l'ora al buio; anche nella pittura per giocattoli, nei segnali di emergenza e nelle segnalazioni stradali.

La fosforescenza consente l'uso del solfuro di zinco nei tubi a raggi catodici e negli schermi a raggi X per illuminare le macchie scure. Il colore della fosforescenza dipende dall'attivatore utilizzato.

Semiconduttore, fotocatalizzatore e catalizzatore

-Sphalerite e wurtzite sono semiconduttori a fessura a banda larga. La sfalerite ha un intervallo di banda di 3,54 eV, mentre la wurtzite ha un intervallo di banda di 3,91 eV.

-ZnS viene utilizzato nella preparazione di un fotocatalizzatore composto da CdS - ZnS / zirconio - fosfato di titanio utilizzato per la produzione di idrogeno sotto luce visibile.

-Interviene come catalizzatore per la degradazione degli inquinanti organici. Viene utilizzato nella preparazione di un sincronizzatore di colori nelle lampade a LED.

-I suoi nanocristalli sono utilizzati per la rilevazione ultrasensibile delle proteine. Ad esempio, emettendo luce da punti quantici di ZnS. Viene utilizzato nella preparazione di un fotocatalizzatore combinato (CdS / ZnS) -TiO2 per la produzione elettrica tramite fotoelettrocatalisi.

Riferimenti

1. PubChem. (2018). Solfuro di zinco. Tratto da: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (2015, 16 gennaio). Pigmento bianco a base di solfuro di zinco. Estratto da: quiminet.com
3. Wikipedia. (2018). Solfuro di zinco. Tratto da: en.wikipedia.org
4. II-VI Regno Unito. (2015). Solfuro di zinco (ZnS). Tratto da: ii-vi.es
5. Rob Toreki. (30 marzo 2015). La struttura Zincblende (ZnS). Tratto da: ilpi.com
6. Chemistry LibreTexts. (22 gennaio 2017). Blenda struttura-zinco (ZnS). Tratto da: chem.libretexts.org
7. Reade. (2018). Solfuro di zinco / solfuro di zinco (ZnS). Tratto da: reade.com