Sulfeto de zinco (ZnS): estrutura, propriedades e usos - Ciência - 2023

Contente

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

Sphalerite é naturalmente de cor preta devido às suas impurezas. Em sua forma pura apresenta cristais brancos, enquanto a wurtzita possui cristais branco-acinzentados.

O sulfeto de zinco é insolúvel em água. Pode causar danos ambientais, pois penetra no solo e contamina os lençóis freáticos e suas correntes.

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

Por corrosão:

Zn + H₂S => ZnS + H₂

Por neutralização:

H₂S + Zn (OH)₂ => ZnS + 2H₂OU

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

Estrutura

O sulfeto de zinco adota estruturas cristalinas governadas por atrações eletrostáticas entre o cátion Zn²⁺ e o ânion S^2-. São dois: esfalerita ou blenda de zinco e wurzita. Em ambos, os íons minimizam as repulsões entre íons de cargas iguais.

A mistura de zinco é a mais estável nas condições terrestres de pressão e temperatura; e a wurzita, que é menos densa, resulta do rearranjo cristalino devido ao aumento da temperatura.

As duas estruturas podem coexistir no mesmo sólido ZnS ao mesmo tempo, embora, muito lentamente, o wurzita acabe dominando.

Blenda de zinco

A imagem superior mostra a célula unitária cúbica centrada nas faces da estrutura da mistura de zinco. As esferas amarelas correspondem aos ânions S^2-, e os cinza para os cátions Zn²⁺, localizado nos cantos e no centro das faces do cubo.

Observe as geometrias tetraédricas em torno dos íons. A mistura de zinco também pode ser representada por esses tetraedros, cujos orifícios dentro do cristal possuem a mesma geometria (orifícios tetraédricos).

Da mesma forma, dentro das células unitárias, a proporção ZnS é satisfeita; ou seja, uma proporção de 1: 1. Assim, para cada cátion Zn²⁺ existe um ânion S^2-. Na imagem pode parecer que as esferas cinzentas são abundantes, mas na realidade, por se situarem nos cantos e no centro das faces do cubo, são partilhadas por outras células.

Por exemplo, se você pegar as quatro esferas amarelas que estão dentro da caixa, as “peças” de todas as esferas cinza ao redor devem ser iguais (e igualar) a quatro. Assim, na célula unitária cúbica, existem quatro Zn²⁺ e quatro S^2-, a razão estequiométrica ZnS sendo cumprida.

Também é importante ressaltar que existem orifícios tetraédricos na frente e atrás das esferas amarelas (o espaço que as separa umas das outras).

Wurzita

Diferente da estrutura da blenda de zinco, a wurzita adota um sistema de cristal hexagonal (imagem superior). Isso é menos compacto, então o sólido tem uma densidade mais baixa. Os íons em wurzita também têm arredores tetraédricos e uma proporção de 1: 1 que concorda com a fórmula 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 um 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 18 ° C).

Solubilidade

Insolúvel em álcalis, solúvel em ácidos minerais diluídos.

Densidade

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

Dureza

Possui dureza de 3 a 4 na escala de Mohs.

Estabilidade

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

Decomposição

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

Nomenclatura

A configuração eletrônica do Zn é [Ar] 3d¹⁰4s². Ao perder os dois elétrons do orbital 4s, ele permanece como o cátion Zn²⁺com seus orbitais d preenchidos. Portanto, uma vez que eletronicamente Zn²⁺ é muito mais estável do que o Zn⁺, tem apenas uma valência de +2.

Portanto, é omitido para a nomenclatura de estoque, 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 da já mencionada. 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 denominado como: macacosulfeto de zinco (e não monossulfeto de monozinco).

Com relação à nomenclatura tradicional, o zinco com uma valência única de +2 é adicionado adicionando-se o sufixo –ico. Consequentemente, seu nome tradicional resulta: enxofre de zincoico.

Formulários

Como pigmentos ou revestimentos

-Sachtolith é um pigmento branco feito com sulfeto de zinco. É usado em calafetagens, mástiques, selantes, subcapas, tintas látex e sinalização.

Seu uso em combinação com pigmentos de absorção de luz ultravioleta, como microtitânio ou pigmentos de óxido de ferro transparente, é necessário em pigmentos resistentes às intempéries.

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

-Dada sua grande tenacidade e resistência à quebra, erosão, chuva ou poeira, torna-se adequado para janelas infravermelhas externas ou em estruturas de aeronaves.

-ZnS é utilizado no revestimento de rotores utilizados no transporte de compostos, para reduzir o desgaste. Também é utilizado na produção de tintas de impressão, compostos isolantes, pigmentação termoplástica, plásticos ignífugos e lâmpadas eletroluminescentes.

-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, telas de televisão, telas de radar e revestimentos fluorescentes.

-A dopagem de ZnS com Cu é utilizada na produção de painéis eletroluminescentes. Além disso, é usado em propulsão de foguetes e gravimetria.

Por sua fosforescência

-Sua fosforescência é usada para colorir os ponteiros do relógio e assim mostrar a hora no escuro; também em tintas para brinquedos, em sinais de emergência e avisos de trânsito.

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

Semicondutor, fotocatalisador e catalisador

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

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

-Atua como catalisador na degradação de poluentes orgânicos. É utilizado na preparação de um sincronizador de cores em lâmpadas LED.

-Seus nanocristais são usados para a detecção ultrassensível 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 por fotoeletrocatálise.

Referências

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