Structure, propriétés, nomenclature, utilisations du sulfure de zinc (ZnS)

Le sulfure de zinc est un composé inorganique de formule Z_nS, formé par des cations Zn²⁺ et anions S^2-. On le trouve principalement dans la nature sous forme de deux minéraux: la wurtzite et la sphalérite (ou blende de zinc), cette dernière étant sa forme principale.

La sphalérite se présente sous la forme de noir à cause des impuretés qu'elle présente. Sous forme pure, il a des cristaux blancs, tandis que le wurtzite a des cristaux blanc grisâtre.

Le sulfure de zinc est insoluble dans l'eau. Il peut causer des dommages environnementaux, car il pénètre dans le sol et contamine les eaux souterraines et ses courants.

Le sulfure de zinc peut être produit, entre autres réactions, par corrosion et par neutralisation.

Par corrosion:

Zn + h₂S => ZnS + H₂

Par neutralisation:

H₂S + Zn (OH)₂ => ZnS + 2H₂O

Le sulfure de zinc est un sel phosphorescent, ce qui lui donne la capacité de multiples utilisations et applications. De plus, il s’agit d’un semi-conducteur et d’un photocatalyseur.

Index

• 1 structure
  • 1.1 Blende de zinc
  • 1.2 Wurzita
• 2 propriétés
  • 2.1 couleur
  • 2.2 Point de fusion
  • 2.3 Solubilité dans l'eau
  • 2.4 solubilité
  • 2.5 Densité
  • 2.6 dureté
  • 2.7 Stabilité
  • 2.8 Décomposition
• 3 nomenclature
  • 3.1 Nomenclatures systématiques et traditionnelles
• 4 utilisations
  • 4.1 En tant que pigments ou revêtements
  • 4.2 En raison de sa phosphorescence
  • 4.3 Semi-conducteur, photocatalyseur et catalyseur
• 5 références

Structure

Le sulfure de zinc adopte des structures cristallines régies par des attractions électrostatiques entre le cation Zn²⁺ et l'anion S^2-. Ce sont deux: la blende de sphalérite ou de zinc et la wurzite. Dans les deux ions minimiser les répulsions entre les ions de charges égales.

La blende de zinc est la plus stable dans les conditions de pression et de température terrestres; et la wurzite, moins dense, résulte du réarrangement cristallin dû à l'augmentation de la température.

Les deux structures peuvent coexister dans un même solide de ZnS en même temps, même si, très lentement, le wurzite finira par prédominer.

Zinc Blende

La cellule cubique centrée sur les faces de la structure de zinc blende est représentée dans l'image supérieure. Les sphères jaunes correspondent aux anions S^2-, et gris pour les cations Zn²⁺, situé dans les coins et au centre des faces du cube.

Notez les géométries tétraédriques autour des ions. Le blende de zinc peut également être représenté par ces tétraèdres, dont les trous à l'intérieur du cristal ont la même géométrie (trous tétraédriques).

En outre, dans les cellules unitaires, le rapport ZnS est atteint; c'est-à-dire un ratio de 1: 1. Ainsi, pour chaque cation Zn²⁺ il y a un anion S^2-. Dans l'image, il peut sembler que les sphères grises abondent, mais en fait, lorsqu'elles se trouvent dans les coins et au centre des faces du cube, elles sont partagées par d'autres cellules.

Par exemple, si vous prenez les quatre sphères jaunes qui sont à l'intérieur de la boîte, les "morceaux" de toutes les sphères grises autour de vous doivent ajouter la même chose (et ils le font), quatre. De cette façon dans la cellule cubique il y a quatre Zn²⁺ et quatre S^2-, remplissant le ratio stoechiométrique ZnS.

Il est également important de souligner qu’il ya des trous tétraédriques à l’avant et à l’arrière des sphères jaunes (l’espace qui les sépare les uns des autres).

Wurzita

À la différence de la structure du blende de zinc, la wurzite adopte un système cristallin hexagonal (image du haut). Ceci est moins compact, donc le solide a une densité plus faible. Les ions dans la wurzite ont également des environnements tétraédriques et un rapport 1: 1 correspondant à la formule ZnS.

Propriétés

Couleur

Il peut être présenté de trois manières:

-Wurtzite, avec des cristaux blancs et hexagonaux.

-La sphalérite, avec des cristaux blanc-gris et des cristaux cubiques.

-Poudre blanche à blanc grisâtre ou jaunâtre, et cristaux cubiques jaunâtres.

Point de fusion

1700º C.

Solubilité dans l'eau

Pratiquement insoluble (0,00069 g / 100 ml à 18 ° C).

Solubilité

Insoluble dans les alcalis, soluble dans les acides minéraux dilués.

Densité

Sphalérite 4,04 g / cm³ et wurtzite 4,09 g / cm³.

Dureté

Il a une dureté de 3 à 4 sur l'échelle de Mohs.

La stabilité

Quand il contient de l'eau, il s'oxyde lentement en sulfate. Dans un environnement sec, il est stable.

Décomposition

Chauffé à haute température, il émet des vapeurs toxiques d'oxydes de zinc et de soufre.

Nomenclature

La configuration électronique du Zn est [Ar] 3d¹⁰4s². Perdre les deux électrons de l'orbitale 4s est comme le cation Zn²⁺ avec ses orbitales complètes. Par conséquent, étant donné que électroniquement le Zn²⁺ c'est beaucoup plus stable que Zn⁺, il n'a qu'une valence de +2.

Par conséquent, il est omis pour la nomenclature des stocks, en ajoutant sa valence entre parenthèses et en chiffres romains: sulfure de zinc (II).

Nomenclatures systématiques et traditionnelles

Mais il existe d'autres moyens d'appeler ZnS en plus de celui déjà proposé.En systématique, le nombre d'atomes de chaque élément est spécifié avec les numérateurs grecs; à la seule exception de l'élément à droite quand il n'y en a qu'un. Ainsi, le ZnS est nommé comme: singesulfure de zinc (et non monosulfure de monozinc).

En ce qui concerne la nomenclature traditionnelle, le zinc ayant une valence unique de +2 est ajouté en ajoutant le suffixe -ico. Par conséquent, son nom traditionnel se révèle être: sulfure de zincico.

Utilise

Comme pigments ou revêtements

-Sachtolith est un pigment blanc à base de sulfure de zinc. Il est utilisé dans les mastics, les mastics, les scellants, les housses inférieures, les peintures au latex et la signalisation.

Son utilisation combinée à des pigments absorbant la lumière ultraviolette, tels que des pigments de micro-titane ou d'oxyde de fer transparent, est nécessaire dans les pigments résistants aux intempéries.

-Lorsque le ZnS est appliqué dans des peintures au latex ou texturées, il a une action microbicide prolongée.

-En raison de sa grande dureté et de sa résistance à la rupture, à l'érosion, à la pluie ou à la poussière, il convient aux fenêtres infrarouges extérieures ou aux cadres d'avion.

-ZnS est utilisé dans le revêtement des rotors utilisés dans le transport de composés pour réduire l'usure. Il est également utilisé dans la production d'encres d'impression, de composés isolants, de pigments thermoplastiques, de plastiques ignifuges et de lampes électroluminescentes.

-Le sulfure de zinc peut être transparent et peut être utilisé comme fenêtre pour l'optique visible et l'optique infrarouge. Il est utilisé dans les appareils de vision nocturne, les écrans de télévision, les écrans radar et les revêtements fluorescents.

-Le dopage de ZnS avec Cu est utilisé dans la production de panneaux d'électroluminescence. En outre, il est utilisé dans la propulsion de fusée et la gravimétrie.

À cause de sa phosphorescence

-Votre phosphorescence est utilisée pour teindre les aiguilles de l'horloge et visualiser ainsi l'heure dans l'obscurité; également dans les peintures pour les jouets, dans les signes d'urgence et les avertissements de la circulation.

La phosphorescence permet d'utiliser le sulfure de zinc dans les tubes cathodiques et dans les écrans à rayons X pour éclairer les taches sombres. La couleur de la phosphorescence dépend de l'activateur utilisé.

Semi-conducteur, photocatalyseur et catalyseur

-La sphalérite et la wurtzite sont des semi-conducteurs fendus à large bande. La sphalérite a une bande interdite de 3,54 eV, tandis que la wurtzite a une bande interdite de 3,91 eV.

- Le ZnS est utilisé dans la préparation d'un photocatalyseur composé de CdS - ZnS / zirconium - phosphate de titane utilisé pour la production d'hydrogène sous lumière visible.

-Il intervient comme catalyseur pour la dégradation des polluants organiques. Il est utilisé dans la préparation d'un synchroniseur de couleur dans les lampes à LED.

- Ses nanocristaux sont utilisés pour la détection ultrasensible de protéines. Par exemple, en émettant de la lumière à partir de points quantiques de ZnS. Il est utilisé dans la préparation d'un photocatalyseur combiné (CdS / ZnS) -TiO2 pour la production électrique par photoélectrocatalyse.

Références

1. PubChem. (2018). Sulfure de zinc. Tiré de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (16 janvier 2015). Pigment blanc à base de sulfure de zinc. Récupéré de: quiminet.com
3. Wikipedia. (2018). Sulfure de zinc. Tiré de: en.wikipedia.org
4. II-VI UK. (2015). Sulfure de zinc (ZnS). Tiré de: ii-vi.es
5. Rob Toreki. (30 mars 2015). La structure de zincblende (ZnS). Tiré de: ilpi.com
6. Chimie LibreTexts. (22 janvier 2017). Structure-Zinc Blende (ZnS). Tiré de: chem.libretexts.org
7. Lisez. (2018). Sulfure de zinc / sulfure de zinc (ZnS). Tiré de: reade.com