Сульфид цинка (или сульфид цинка ) — неорганическое соединение с химической формулой ZnS. Это основная форма цинка, встречающаяся в природе, где он в основном встречается в виде минерала сфалерита . Хотя этот минерал обычно черный из-за различных примесей, чистый материал белый, и он широко используется в качестве пигмента. В своей плотной синтетической форме сульфид цинка может быть прозрачным , и он используется в качестве окна для видимой оптики и инфракрасной оптики.
ZnS существует в двух основных кристаллических формах . Этот дуализм является примером полиморфизма . В каждой форме координационная геометрия Zn и S является тетраэдрической. Более стабильная кубическая форма известна также как цинковая обманка или сфалерит . Гексагональная форма известна как минерал вюрцит , хотя ее также можно получить синтетически. [2] Переход из формы сфалерита в форму вюрцита происходит при температуре около 1020 °C .
Сульфид цинка с добавлением нескольких ppm подходящего активатора проявляет сильную фосфоресценцию . Это явление было описано Николой Теслой в 1893 году [3] и в настоящее время используется во многих приложениях, от электронно-лучевых трубок до рентгеновских экранов для светящихся в темноте продуктов. Когда в качестве активатора используется серебро , результирующий цвет становится ярко-синим с максимумом при 450 нанометрах . Использование марганца дает оранжево-красный цвет при около 590 нанометрах. Медь дает более длительное свечение и имеет знакомое зеленоватое свечение в темноте. Легированный медью сульфид цинка («ZnS плюс Cu») также используется в электролюминесцентных панелях. [4] Он также проявляет фосфоресценцию из-за примесей при освещении синим или ультрафиолетовым светом.
Сульфид цинка также используется в качестве инфракрасного оптического материала, передающего от видимых длин волн до чуть более 12 микрометров . Его можно использовать в качестве плоского оптического окна или формовать в линзу . Он изготавливается в виде микрокристаллических листов путем синтеза из сероводородного газа и паров цинка, и это продается как FLIR -grade (Forward Looking Infrared), где сульфид цинка находится в молочно-желтой, непрозрачной форме. Этот материал при горячем изостатическом прессовании (HIPed) может быть преобразован в прозрачную как вода форму, известную как Cleartran (торговая марка). Ранние коммерческие формы продавались как Irtran-2 , но это обозначение сейчас устарело.
Сульфид цинка является распространенным пигментом , иногда называемым сахтолитом. В сочетании с сульфатом бария сульфид цинка образует литопон . [5]
Тонкий порошок ZnS является эффективным фотокатализатором , который производит водородный газ из воды при освещении. Вакансии серы могут быть введены в ZnS во время его синтеза; это постепенно превращает бело-желтоватый ZnS в коричневый порошок и повышает фотокаталитическую активность за счет усиленного поглощения света. [1]
И сфалерит, и вюрцит являются собственными широкозонными полупроводниками . Это прототипичные полупроводники II-VI , и они принимают структуры, связанные со многими другими полупроводниками, такими как арсенид галлия . Кубическая форма ZnS имеет ширину запрещенной зоны около 3,54 электрон-вольт при 300 кельвинах , но гексагональная форма имеет ширину запрещенной зоны около 3,91 электрон-вольт. ZnS может быть легирован как полупроводник n-типа или как полупроводник p-типа .
Фосфоресценция ZnS была впервые описана французским химиком Теодором Сидо в 1866 году. Его открытия были представлены А. Э. Беккерелем , который был известен своими исследованиями люминесценции . [6] ZnS использовался Эрнестом Резерфордом и другими в ранние годы ядерной физики в качестве сцинтилляционного детектора, поскольку он излучает свет при возбуждении рентгеновскими лучами или электронным пучком , что делало его полезным для рентгеновских экранов и электронно-лучевых трубок . [7] Это свойство сделало сульфид цинка полезным для циферблатов радиевых часов.
Сульфид цинка обычно производится из отходов других применений. Типичные источники включают плавильную печь, шлак и травильные растворы. [5] Например, синтез аммиака из метана требует априорного удаления примесей сероводорода в природном газе, для чего используется оксид цинка . Эта очистка производит сульфид цинка:
Неочищенный сульфид цинка может быть получен путем сжигания смеси цинка и серы . [8] Более традиционно ZnS получают путем обработки слабокислого раствора солей Zn2 + с помощью H2S : [ 9]
Эта реакция лежит в основе гравиметрического анализа цинка. [10]
