Сульфід цинку

Сульфід цинку (або Цинкова обманка) — неорганічна сполука з хімічною формулою ${\displaystyle {\ce {ZnS}}}$. У природі існує у формі мінералу сфалериту, який має чорне забарвлення через домішки; чистий сфалерит є білим. Використовується як пігмент. У щільній синтетичній формі є прозорим, що робить його корисним для використання в оптиці.

Сульфід цинку
Загальні
Традиційні назви	Цинкова обманка Сфалерит Вюртцит
Хімічна формула	ZnS
Зовнішній вигляд	білий борошноподібний порошок
Фізичні властивості
Стан (н. у.)	твердий
Молярна маса	97.474 г/моль г/моль
Густина	4.090 г/см3 г/см³
Термічні властивості
Температура сублімації	1,850 °C
Розчинність в вода	нерозчинна г/100 мл
Оптичні властивості
Показник заломлення	2.3677
Структура
Координаційна геометрія	тетрагедральна для цинку та сульфуру
Кристалічна ґратка	вказано на сторінці
Класифікація
Реєстр. номер CAS	1314-98-3
Реєстр. номер PubChem	14821
SMILES	Zn+2].[S-2]
RTECS	ZH5400000
Ідентифікаційний номер ChemSpider	ZH5400000

Структура

Сфалерит є більш розповсюдженим поліаморфом сульфіду цинка

Кристали вюртциту за габітусом гексагонально пірамідальні і гексагонально призматичні з добре вираженою горизонтальною штриховкою.^[1]

${\displaystyle {\ce {ZnS}}}$ має дві кристалічні форми, що є прикладом поліморфізму. Кожна з форм — тетраедрична, що зумовлено координаційним числом 4 у цинку і, відповідно, тетраедричним розміщенням лігандів. Більш стабільною є кубічна структура сфалериту. Гексагональна форма, також відома як вюртцит, є гексагонально кристалізований сульфід цинку або β-ZnS. Перехід від сфалериту до вюртциту відбувається за температури 1020°С.^[2][3][1]

Застосування

Пігмент

Сульфід цинку є поширеним пігментом. При з'єднанні з сульфатом барію сульфід цинку утворює літопон^[4].

Каталізатор

Порошок сульфіду цинку є ефективним фотокаталізатором, який виробляє водень з води при освітленні. Певні вакансії сірки можуть бути введені в ZnS при його синтезі; це поступово перетворює біло-жовтуватий ZnS на коричневий порошок і підвищує фотокаталітичну активність завдяки посиленому поглинанню світла.^[5]

Оптичний матеріал

Сульфід цинку також використовується як інфрачервоний оптичний матеріал, що пропускає хвилі від видимого діапазону до 12 мікрометрів. З нього виробляють лінзи.^[6] Мікрокристалічні шари синтезують з сірководню та випарів цинку.^[6]

Напівпровідник

Вюртциту та сфалериту притаманні напівпровідникові властивості в забороненій зоні. Кубічна форма ZnS має ширину забороненої зони приблизно 3,54 еВ при 300 К, але гексагональна форма має ширину забороненої зони приблизно 3,91 еВ. ZnS можна легувати як напівпровідник n-типу або як напівпровідник p-типу.^{[джерело?]}

Люмінесцентний матеріал

При додаванні певної кількості активатора, сульфід цинку може виявляти фосфоренційні властивості.^[7] Вперше цей феномен описав Нікола Тесла в 1893^[8],в своїх дослідах він використовував кальцій та сульфід цинку. При додаванні срібла як активатора, отримуємо яскравий блакитний колір (450 нм). Манган дасть червоно-помаранчевий колір (590 нм), купрум — зелений.^{[джерело?]}

Історія

Про фосфоресценцію ${\displaystyle {\ce {ZnS}}}$ вперше повідомив французький хімік Теодор Сідо(інші мови) в 1866 році. Його відкриття представив А. Е. Беккерель, який був відомий своїми дослідженнями люмінесценції. ${\displaystyle {\ce {ZnS}}}$ використовувався Ернестом Резерфордом та іншими на початку розвитку ядерної фізики як сцинтиляційний детектор, оскільки він випромінює світло при збудженні рентгенівськими або електронними променями, це робить його корисним для рентгенівських екранів і електронно-променевих трубок. Ця властивість зробила сульфід цинку корисним для циферблатів радієвих годинників.^{[джерело?]}

Хімічні властивості

Добування

Промислове добування

${\displaystyle {\ce {ZnS}}}$ є поширеним продуктом багатьох реакцій, тому навмисно його добувають дуже рідко. Прикладом такої реакції може бути синтез аміаку з метану, який вимагає попередньої екстракції домішок сірководню з природнього газу.Для цього використовують оксид цинку:

${\displaystyle {\ce {ZnO + H2S = ZnS + H2O}}}$

Лабораторне добування

Оскільки цинк з легкістю реагує з багатьма речовинами, сульфід цинку можна добути, запаливши суміш цинку та сульфуру:^[3]

${\displaystyle {\ce {Zn + S = ZnS}}}$

Ця реакція може бути використана для примітивного гравіметричного аналізу цинку.

При нагріванні цинку з сірководнем утворюється ${\displaystyle {\ce {ZnS}}}$:

${\displaystyle {\ce {Zn + H2S = ZnS + H2}}}$

Утворений на поверхні цинку нерозчинний сульфід запобігає подальшій взаємодії із сірководнем.^[3][2]

Добування цинку

Для добування цинку збагачений концентрат руди ${\displaystyle {\ce {ZnS}}}$ випалюють:

${\displaystyle {\ce {2ZnS + O2 = 2ZnO + SO2}}}$

Оксид цинку, що утворився, відновлюють вуглецем:

${\displaystyle {\ce {ZnO + C = Zn +CO}}}$^[3]

Газ випаровується, залишаючи метал.

Цікаві факти

• Цинк входить до складу деяких рослин (у подорожнику його ~0,02 %, у фіалці ~0,05 %). У людському організмі цинк накопичується у зубах (~0,02 %). Цинк виявлено у складі панцирів деяких тварин, наприклад черепах.^[3]