stringtranslate.com

Сульфид кадмия

Сульфид кадмия — неорганическое соединение с формулой CdS. Сульфид кадмия — желтая соль. [4] Он встречается в природе с двумя различными кристаллическими структурами в виде редких минералов гринокита и хаулиита , но более распространен как примесный заместитель в цинковых рудах сфалерите и вюрците с аналогичной структурой , которые являются основными экономическими источниками кадмия. Как соединение, которое легко выделить и очистить, он является основным источником кадмия для всех коммерческих применений. [4] Его яркий желтый цвет привел к его принятию в качестве пигмента для желтой краски «кадмиевый желтый» в 1800-х годах.

Производство

Сульфид кадмия может быть получен осаждением из растворимых солей кадмия(II) с сульфид-ионом. Эта реакция использовалась для гравиметрического анализа и качественного неорганического анализа . [5]
Препаративный путь и последующая обработка продукта влияют на полиморфную форму, которая получается (т. е. кубическая или гексагональная). Утверждалось, что методы химического осаждения приводят к кубической форме цинковой обманки . [6]

Производство пигмента обычно включает осаждение CdS, промывку твердого осадка для удаления растворимых солей кадмия с последующей прокалкой (обжигом) для преобразования его в гексагональную форму с последующим измельчением для получения порошка. [7] Когда требуются селениды сульфида кадмия, CdSe соосаждается с CdS, и сульфоселенид кадмия образуется на этапе прокалки. [7]

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

Пути к тонким пленкам CdS

Специальные методы используются для получения пленок CdS в качестве компонентов в некоторых фоторезисторах и солнечных элементах. В методе химического осаждения в ванне тонкие пленки CdS были приготовлены с использованием тиомочевины в качестве источника сульфид-анионов и буферного раствора аммония 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 может быть получен с использованием методов эпитаксии из паровой фазы металлоорганических соединений и MOCVD путем реакции 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 + 2HCl → CdCl2 + H2S

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

Предложенный механизм включает пары электрон/дырка, создаваемые при поглощении падающего света сульфидом кадмия [19], после чего они реагируют с водой и сульфидом: [18]

Образование пары электрон-дырка
CdS + hν  → e −  + h +
Реакция электрона
2e −  + 2H 2 O → H 2  + 2OH −
Реакция отверстия
2ч +  + С 2− → С

Структура и физические свойства

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

Сульфид кадмия является полупроводником с прямой запрещенной зоной (щель 2,42 эВ ). [19] Близость его 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 термостойкость, свето- и атмосферостойкость, химическую стойкость и высокую непрозрачность. [7] Как пигмент CdS известен как кадмиевый желтый (CI пигмент 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, в частности Ван Гогом , Моне (в его лондонской серии и других работах) и Матиссом ( Купальщики у реки, 1916–1919). [33] Наличие кадмия в красках использовалось для обнаружения подделок в 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, близкие к красному, например, пигмент CI оранжевый 20 и пигмент CI красный 108. [31]
Такие твердые растворы являются компонентами фоторезисторов (светозависимые резисторы), чувствительных к видимому и ближнему инфракрасному свету. [ требуется цитата ]

Безопасность

Сульфид кадмия токсичен, особенно опасен при вдыхании в виде пыли, а соединения кадмия в целом классифицируются как канцерогенные . [35] Сообщалось о проблемах биосовместимости при использовании CdS в качестве красителя для татуировок . [36] CdS имеет LD50 приблизительно 7080 мг/кг для крыс , что выше, чем у других соединений кадмия из-за его низкой растворимости . [37]

Ссылки

  1. ^ Лид, Дэвид Р. (1998). Справочник по химии и физике (87-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. стр. 4–67, 1363. ISBN 978-0-8493-0594-8.
  2. ^ ab Zumdahl, Steven S. (2009). Химические принципы 6-е изд . Houghton Mifflin Company. стр. A21. ISBN 978-0-618-94690-7.
  3. ^ abc NIOSH Карманный справочник 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, Read Books, 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 . Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-30204-8.
  8. ^ Ларри Л. Бартон 1995 Сульфатредуцирующие бактерии, Springer, ISBN 0-306-44857-2 
  9. ^ Суини, Розамонд Й.; Мао, Чуаньбинь; Гао, Сяося; Берт, Джастин Л.; Белчер, Анджела М.; Джорджиу, 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 . PMID  15556006.
  10. ^ Oladeji, IO; Chow, L. (1997). "Оптимизация осаждения сульфида кадмия в химической ванне". J. Electrochem. Soc . 144 (7): 7. CiteSeerX 10.1.1.563.1643 . doi :10.1149/1.1837815. 
  11. ^ Uda, H; Yonezawa, H; Ohtsubo, Y; Kosaka, M; Sonomura, H (2003). «Тонкие пленки CdS, полученные методом химического осаждения из паровой фазы металлоорганических соединений». Solar Energy Materials and Solar Cells . 75 (1–2): 219. Bibcode : 2003SEMSC..75..219U. doi : 10.1016/S0927-0248(02)00163-0.
  12. ^ Рейсфельд, Р. (2002). «Наноразмерные полупроводниковые частицы в стеклах, полученных методом золь–гель: их оптические свойства и потенциальное использование». Журнал сплавов и соединений . 341 (1–2): 56. doi :10.1016/S0925-8388(02)00059-2.
  13. ^ Moon, B; Lee, J; Jung, H (2006). «Сравнительные исследования свойств пленок CdS, нанесенных на различные подложки методом ВЧ-распыления». Thin Solid Films . 511–512: 299. Bibcode : 2006TSF...511..299M. doi : 10.1016/j.tsf.2005.11.080.
  14. ^ Гото, Ф.; Шираи, Кацунори; Ичимура, Масая (1998). «Уменьшение дефектов в тонких пленках CdS, осажденных электрохимическим способом, путем отжига в O 2 ». Материалы и солнечные элементы для солнечной энергетики . 50 (1–4): 147. doi :10.1016/S0927-0248(97)00136-0.
  15. ^ Патент США 4,086,101 Фотоэлектрические элементы, JF Jordan, CM Lampkin Дата выдачи: 25 апреля 1978 г.
  16. ^ Патент США 3,208,022 , Высокопроизводительный фоторезистор, YT Sihvonen, 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 D. Lincot, Gary Hodes Химическое осаждение полупроводниковых и неметаллических пленок из растворов: Труды Международного симпозиума Электрохимическое общество, 2006 ISBN 1-56677-433-0 
  20. ^ ab Wells AF (1984) Структурная неорганическая химия 5-е издание Oxford Science Publications ISBN 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.; Лейес, Г.; Антес, Л.; Марбургер, Р. (1954). "Фотогальванический эффект в сульфиде кадмия". Physical Review . 96 (2): 533. Bibcode : 1954PhRv...96..533R. doi : 10.1103/PhysRev.96.533.
  23. ^ C. Fouassier, (1994), Люминесценция в Энциклопедии неорганической химии, John Wiley & Sons ISBN 0-471-93620-0 
  24. ^ Минкус, Вильфред (1965). «Температурная зависимость пироэлектрического эффекта в сульфиде кадмия». Physical Review . 138 (4A): A1277–A1287. Bibcode : 1965PhRv..138.1277M. doi : 10.1103/PhysRev.138.A1277.
  25. ^ Смит, Роланд (1957). "Слабополевая электролюминесценция в изолирующих кристаллах сульфида кадмия". Physical Review . 105 (3): 900. Bibcode : 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). «Лазерная генерация в оптических резонаторах с одиночной нанопроволокой сульфида кадмия». Nano Letters . 5 (5): 917–920. arXiv : cond-mat/0412144v1 . Bibcode : 2005NanoL...5..917A. doi : 10.1021/nl050440u. PMID  15884894. S2CID  651903.
  28. ^ Чжао, Х.; Фарах, Альви; Морель, Д.; Ферекидес, Ч.С. (2009). «Влияние примесей на легирование и ЛОС тонкопленочных солнечных элементов Cd Te /CDS». Тонкие твердые пленки . 517 (7): 2365–2369. Bibcode : 2009TSF...517.2365Z. doi : 10.1016/j.tsf.2008.11.041.
  29. ^ Ваймер, Пол (1962). «TFT — новый тонкопленочный транзистор». Труды IRE . 50 (6): 1462–1469. doi :10.1109/JRPROC.1962.288190. S2CID  51650159.
  30. ^ Чжан, Цзюнь (24 января 2013 г.). «Лазерное охлаждение полупроводника на 40 кельвинов». Nature . 493 (7433): 504–508. Bibcode :2013Natur.493..504Z. doi :10.1038/nature11721. PMID  23344360. S2CID  4426843.
  31. ^ ab RM Christie 2001 Цветовая химия, стр. 155 Королевское химическое общество ISBN 0-85404-573-2 
  32. ^ Карл-Хайнц Шульте-Шреппинг, Магнус Пискатор «Кадмий и соединения кадмия» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2007 Wiley-VCH, Вайнхайм. doi :10.1002/14356007.a04_499.
  33. ^ Сидней Перковиц, 1998, Империя света: история открытий в науке и искусстве Джозеф Генри Пресс, ISBN 0-309-06556-9 
  34. ^ У. Стэнли Тафт, Джеймс У. Майер, Ричард Ньюман, Питер Кунихольм, Душан Стулик (2000) Наука живописи, Springer, ISBN 0-387-98722-3 
  35. ^ "CDC - СУЛЬФИД КАДМИЯ - Международные карты химической безопасности - NIOSH". 26 июня 2018 г. Архивировано из оригинала 2018-06-26.
  36. ^ Бьорнберг, А. (сентябрь 1963 г.). «Реакции на свет в желтых татуировках от сульфида кадмия». Arch Dermatol . 88 (3): 267–71. doi :10.1001/archderm.1963.01590210025003. PMID  14043617.
  37. ^ "Sicherheitsdatenblatt" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 24 июля 2015 года.

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Сульфид кадмия .