stringtranslate.com

Сульфид кадмия

Сульфид кадмия — неорганическое соединение формулы CdS. Сульфид кадмия — желтая соль. [4] Он встречается в природе с двумя различными кристаллическими структурами, такими как редкие минералы гринокит и хаулейит , но более распространен в качестве примесного заместителя в сходно структурированных цинковых рудах сфалерите и вюрците , которые являются основными экономическими источниками кадмия. Как соединение, которое легко выделить и очистить, оно является основным источником кадмия для всех коммерческих применений. [4] Его яркий желтый цвет привел к его использованию в качестве пигмента для желтой краски «желтый кадмий» в 18 веке.

Производство

Сульфид кадмия можно получить осаждением растворимых солей кадмия (II) сульфид-ионом. Эту реакцию использовали для гравиметрического анализа и качественного неорганического анализа . [5]
Способ приготовления и последующая обработка продукта влияют на получаемую полиморфную форму (т. е. кубическую или шестиугольную). Утверждалось, что методы химического осаждения приводят к образованию кубической формы цинковой обманки . [6]

Производство пигментов обычно включает осаждение CdS, промывку твердого осадка от растворимых солей кадмия с последующим прокаливанием (обжигом) для придания ему гексагональной формы с последующим измельчением до получения порошка. [7] Когда требуются селениды сульфида кадмия, CdSe осаждается совместно с CdS, и сульфоселенид кадмия образуется на стадии прокаливания. [7]

Сульфид кадмия иногда связывают с сульфатредуцирующими бактериями. [8] [9]

Пути получения тонких пленок CdS

Специальные методы используются для производства пленок CdS в качестве компонентов некоторых фоторезисторов и солнечных элементов. Методом химического осаждения в ванне были получены тонкие пленки CdS с использованием тиомочевины в качестве источника сульфид-анионов и аммониевого буферного раствора для контроля pH: [10]

Cd 2+ + H 2 O + (NH 2 ) 2 CS + 2 NH 3 → CdS + (NH 2 ) 2 CO + 2 NH 4 +

Сульфид кадмия можно получить с использованием газофазной эпитаксии металлорганических соединений и методов MOCVD реакцией диметилкадмия с диэтилсульфидом : [11]

Cd(CH 3 ) 2 + Et 2 S → CdS + CH 3 CH 3 + C 4 H 10

Другие методы производства пленок CdS включают:

Реакции

Сульфид кадмия растворяется в кислотах. [17]

CdS + 2 HCl → CdCl 2 + H 2 S

При облучении светом растворов сульфида, содержащих дисперсные частицы CdS, образуется газообразный водород: [18]

H 2 S → H 2 + S Δ f H = +9,4 ккал/моль

Предлагаемый механизм предполагает образование пар электронов/дырок, когда падающий свет поглощается сульфидом кадмия [19] с последующей их реакцией с водой и сульфидом: [18]

Создание электронно-дырочной пары
CdS + hν  → e −  + h +
Реакция электрона
2e −  + 2H 2 O → H 2  + 2OH −
Реакция отверстия
2h +  + S 2− → S

Структура и физические свойства

Сульфид кадмия, как и сульфид цинка , имеет две кристаллические формы. Более стабильная гексагональная структура вюрцита (обнаружена в минерале Гриноките ) и кубическая структура цинковой обманки (обнаружена в минерале Хоулейите ). В обеих этих формах атомы кадмия и серы четырехкоординатны. [20] Существует также форма высокого давления со структурой каменной соли NaCl. [20]

Сульфид кадмия представляет собой полупроводник с прямой запрещенной зоной (щель 2,42 эВ ). [19] Близость запрещенной зоны к длинам волн видимого света придает ему цветной вид. [4] Помимо этого очевидного свойства, возникают и другие свойства:

Приложения

Пигмент

Желтый сульфид кадмия-пигмент

CdS используется в качестве пигмента в пластмассах, демонстрируя хорошую термическую стабильность, устойчивость к свету и погодным условиям, химическую стойкость и высокую непрозрачность. [7] В качестве пигмента CdS известен как желтый кадмий (пигмент CI желтый 37). [4] [31] Около 2000 тонн производится ежегодно по состоянию на 1982 год, что составляет около 25% кадмия, перерабатываемого в коммерческих целях. [32]

Историческое использование в искусстве

Общая коммерческая доступность сульфида кадмия с 1840-х годов привела к его использованию художниками, особенно Ван Гогом , Моне (в его лондонской серии и других работах) и Матиссом (« Купальщицы у реки» , 1916–1919). [33] Наличие кадмия в красках использовалось для обнаружения подделок на картинах, предположительно созданных до 19 века. [34]

Решения CdS-CdSe

CdS и CdSe образуют друг с другом твердые растворы. Увеличение количества селенида кадмия дает пигменты, приближающиеся к красному, например пигмент CI оранжевый 20 и пигмент CI красный 108. [31]
Такие твердые растворы являются компонентами фоторезисторов (светозависимых резисторов), чувствительных к видимому и ближнему инфракрасному свету. [ нужна цитата ]

Безопасность

Сульфид кадмия токсичен, особенно опасен при вдыхании в виде пыли, а соединения кадмия вообще относят к канцерогенным . [35] Сообщалось о проблемах биосовместимости при использовании CdS в качестве цвета в татуировках . [36] CdS имеет LD 50 примерно 7080 мг/кг у крыс, что выше, чем у других соединений кадмия из-за его низкой растворимости . [37]

Рекомендации

  1. ^ Лиде, Дэвид Р. (1998). Справочник по химии и физике (87 изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 4–67, 1363. ISBN. 978-0-8493-0594-8.
  2. ^ Аб Зумдал, Стивен С. (2009). Химические принципы 6-е изд . Компания Хоутон Миффлин. п. А21. ISBN 978-0-618-94690-7.
  3. ^ abc Карманный справочник NIOSH по химическим опасностям. «#0087». Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  4. ^ abcd Эгон Виберг, Арнольд Фредерик Холлеман (2001) Неорганическая химия, Elsevier ISBN 0-12-352651-5 
  5. ^ Фред Ибботсон (2007), Химический анализ материалов сталелитейных заводов, читайте книги, ISBN 1-4067-8113-4 
  6. ^ Пол Клочек (1991), Справочник по инфракрасным оптическим материалам, CRC Press ISBN 0-8247-8468-5 
  7. ^ abc Хью Макдональд Смит (2002). Высокоэффективные пигменты . Вайли-ВЧ. ISBN 978-3-527-30204-8.
  8. ^ Ларри Л. Бартон 1995 Сульфатвосстанавливающие бактерии, Springer, ISBN 0-306-44857-2 
  9. ^ Суини, Розамонд Ю.; Мао, Чуаньбинь; Гао, Сяося; Берт, Джастин Л.; Белчер, Анджела М.; Георгиу, Джордж; Айверсон, Брент Л. (2004). «Бактериальный биосинтез нанокристаллов сульфида кадмия». Химия и биология . 11 (11): 1553–9. doi : 10.1016/j.chembiol.2004.08.022 . ПМИД  15556006.
  10. ^ Оладеджи, ИО; Чоу, Л. (1997). «Оптимизация сульфида кадмия, осажденного в химической ванне». Дж. Электрохим. Соц . 144 (7): 7. CiteSeerX 10.1.1.563.1643 . дои : 10.1149/1.1837815. 
  11. ^ Уда, Х; Ёнедзава, Х; Оцубо, Ю; Косака, М; Сономура, Х (2003). «Тонкие пленки CdS, полученные методом химического осаждения из паровой фазы металлорганических соединений». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 75 (1–2): 219. doi :10.1016/S0927-0248(02)00163-0.
  12. ^ Рейсфельд, Р. (2002). «Наноразмерные полупроводниковые частицы в стеклах, полученных золь-гель-методом: их оптические свойства и возможности использования». Журнал сплавов и соединений . 341 (1–2): 56. doi :10.1016/S0925-8388(02)00059-2.
  13. ^ Луна, Б; Ли, Дж; Юнг, Х (2006). «Сравнительные исследования свойств пленок CdS, нанесенных на различные подложки методом радиочастотного распыления». Тонкие твердые пленки . 511–512: 299. Бибкод : 2006TSF...511..299M. дои : 10.1016/j.tsf.2005.11.080.
  14. ^ Гото, Ф; Сираи, Кацунори; Ичимура, Масая (1998). «Уменьшение дефектов в электрохимически осажденных тонких пленках CdS путем отжига в O 2 ». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 50 (1–4): 147. doi : 10.1016/S0927-0248(97)00136-0.
  15. ^ Патент США 4086101 Фотоэлектрические элементы, Дж. Ф. Джордан, К. М. Лэмпкин. Дата выдачи: 25 апреля 1978 г.
  16. ^ Патент США 3 208 022 , Высокоэффективный фоторезистор, Ю. Т. Сихвонен, дата выдачи: 21 сентября 1965 г.
  17. ^ Ванроой, PHP; Агарвал, США; Мелдейк, Дж.; Кастерен, фургон JMN; Лемстра, П.Дж. (2006). «Извлечение пигмента CdS из отходов полиэтилена». Журнал прикладной науки о полимерах . 100 (2): 1024. doi :10.1002/app.22962.
  18. ^ ab Марио Скьявелло (1985) Фотоэлектрохимия, фотокатализ и фотореакторы: основы и разработки Springer ISBN 90-277-1946-2 
  19. ^ abc Д. Линкот, Гэри Ходс. Осаждение полупроводниковых и неметаллических пленок химическим раствором: материалы международного симпозиума Электрохимическое общество, 2006 ISBN 1-56677-433-0 
  20. ^ ab Wells AF (1984) Структурная неорганическая химия, 5-е издание , ISBN Oxford Science Publications 0-19-855370-6 
  21. ^ Антонио Луке , Стивен Хегедус, (2003), Справочник по фотоэлектрической науке и технике John Wiley and Sons ISBN 0-471-49196-9 
  22. ^ Рейнольдс, Д.; Лейс, Г.; Антес, Л.; Марбургер, Р. (1954). «Фотоэлектрический эффект в сульфиде кадмия». Физический обзор . 96 (2): 533. Бибкод : 1954PhRv...96..533R. doi : 10.1103/PhysRev.96.533.
  23. ^ К. Фуасье (1994), Люминесценция в энциклопедии неорганической химии, John Wiley & Sons ISBN 0-471-93620-0 
  24. ^ Минкус, Уилфред (1965). «Температурная зависимость пироэлектрического эффекта в сульфиде кадмия». Физический обзор . 138 (4А): А1277–А1287. Бибкод : 1965PhRv..138.1277M. doi :10.1103/PhysRev.138.A1277.
  25. ^ Смит, Роланд (1957). «Низкопольная электролюминесценция в изолирующих кристаллах сульфида кадмия». Физический обзор . 105 (3): 900. Бибкод : 1957PhRv..105..900S. doi : 10.1103/PhysRev.105.900.
  26. ^ Акимов Ю А; Буров А.А.; Дрожбин Ю А; Коваленко В.А.; Козлов С.Е.; Крюкова, ИВ; Родиченко Г.В.; Степанов Б.М.; Яковлев В.А. (1972). «КГП-2: Лазер на сульфиде кадмия с электронно-лучевой накачкой». Советский журнал квантовой электроники . 2 (3): 284. Бибкод : 1972QuEle...2..284A. doi : 10.1070/QE1972v002n03ABEH004443.
  27. ^ Агарвал, Ритеш; Баррелет, Карл Дж.; Либер, Чарльз М. (2005). «Лазировка в оптических резонаторах из одиночных нанопроволок сульфида кадмия». Нано-буквы . 5 (5): 917–920. arXiv : cond-mat/0412144v1 . Бибкод : 2005NanoL...5..917A. дои : 10.1021/nl050440u. PMID  15884894. S2CID  651903.
  28. ^ Чжао, Х.; Фара, Альви; Морель, Д.; Ферекидес, CS (2009). «Влияние примесей на легирование и летучие органические соединения тонкопленочных солнечных элементов Cd Te /CDS». Тонкие твердые пленки . 517 (7): 2365–2369. Бибкод : 2009TSF...517.2365Z. дои :10.1016/j.tsf.2008.11.041.
  29. ^ Веймер, Пол (1962). «TFT — новый тонкопленочный транзистор». Труды ИРЭ . 50 (6): 1462–1469. doi : 10.1109/JRPROC.1962.288190. S2CID  51650159.
  30. ↑ Чжан, июнь (24 января 2013 г.). «Лазерное охлаждение полупроводника на 40 кельвинов». Природа . 493 (7433): 504–508. Бибкод : 2013Natur.493..504Z. дои : 10.1038/nature11721. PMID  23344360. S2CID  4426843.
  31. ^ ab RM Christie 2001 Цветовая химия, стр. 2001. 155 ISBN Королевского химического общества 0-85404-573-2 
  32. ^ Карл-Хайнц Шульте-Шреппинг, Магнус Пискатор «Кадмий и соединения кадмия» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2007 Wiley-VCH, Вайнхайм. дои : 10.1002/14356007.a04_499.
  33. ^ Сидни Перковиц, 1998, Империя света: история открытий в науке и искусстве Джозеф Генри Пресс, ISBN 0-309-06556-9 
  34. ^ В. Стэнли Тафт, Джеймс В. Майер, Ричард Ньюман, Питер Кунихольм, Душан Стулик (2000) Наука о живописи, Springer, ISBN 0-387-98722-3 
  35. ^ «CDC - СУЛЬФИД КАДМИЯ - Международные карты химической безопасности - NIOSH» . 26 июня 2018 г. Архивировано из оригинала 26 июня 2018 г.
  36. ^ Бьорнберг, А (сентябрь 1963 г.). «Реакция на свет в желтых татуировках из сульфида кадмия». Арч Дерматол . 88 (3): 267–71. doi : 10.1001/archderm.1963.01590210025003. ПМИД  14043617.
  37. ^ "Sicherheitsdatenblatt" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 июля 2015 года.

Внешние ссылки

Викискладе есть медиафайлы по теме сульфида кадмия .