Sinkkioksidi | |
sinkkioksidijauhe | |
Henkilöllisyystodistus | |
---|---|
IUPAC-nimi | Sinkkioksidi |
Synonyymit |
Sinkki valkoinen sinkki |
N o CAS | |
N o ECHA | 100,013,839 |
N O EY | 215-222-5 |
Hymyilee |
O = [Zn] , |
InChI |
InChI: InChI = 1 / O.Zn / rOZn / c1-2 |
Ulkomuoto | valkoinen tai keltainen hajuton jauhe , kuusikulmaiset kiteet |
Kemialliset ominaisuudet | |
Kaava | ZnO |
Moolimassa | 81,38 ± 0,02 g / mol O 19,66%, Zn 80,36%, |
Fyysiset ominaisuudet | |
T ° fuusio | kiteen hajoaminen 1 975 ° C: ssa , amorfisen kappaleen hajoaminen vähemmän vakaa yli 1800 ° C: ssa |
Liukoisuus | hyvin heikko, lähes nolla puhtaassa vedessä. Liukoinen etikkahapossa laimennettu, mineraalihapot vahva vahvat emäkset, ammoniakki, ammonium- karbonaatti ja ammoniumkloridilla , mutta liukenematon ammoniakki nestemäisessä ja etanolin |
Tilavuusmassa | 5,6 g · cm -3 varten kuusiokulmiokiderakenteita, 5,47 g · cm -3 amorfisen kehon |
Lämpökemia | |
S 0 kiinteänä aineena | 43,65 ± 0,40 J · K -1 · mol -1 |
Kiinteä A f H 0 | -350,46 ± 0,27 kJ · mol -1 |
A fus H ° | 4470 cal th · mol -1 |
Sähköiset ominaisuudet | |
Kielletty kaista | E gA 3437 eV (1,6 K: ssa),
3,37 (300 K: n lämpötilassa) |
Kristallografia | |
Tyypillinen rakenne | wurtzite |
Optiset ominaisuudet | |
Taitekerroin | indeksi 2,008 2,029 (kaksiakseli) |
Varotoimenpiteet | |
SGH | |
Varoitus H410, P273, P501, H410 : Erittäin myrkyllistä vesieliöille, pitkäaikaisia haittavaikutuksia P273 : Vältä päästämistä ympäristöön. P501 : Hävitä sisältö / pakkaus ... |
|
WHMIS | |
Hallitsematon tuoteTätä tuotetta ei valvota WHMIS-luokituskriteerien mukaan. Ilmoittaminen 1,0 prosentilla ainesosaluettelon mukaan Kommentit: Tämän aineosan kemiallinen identiteetti ja pitoisuus on ilmoitettava käyttöturvallisuustiedotteessa, jos sitä on pitoisuutena, joka on yhtä suuri tai suurempi kuin 1,0% tuotekontrollissa. |
|
Terapeuttiset näkökohdat | |
Terapeuttinen luokka | supistava , ultraviolettisuodatin |
SI- ja STP- yksiköt, ellei toisin mainita. | |
Sinkkioksidi on kemiallinen yhdiste on happea ja sinkin , ioninen elin kemiallinen kaava ZnO.
Tämä lähes veteen liukenematon oksidi on yleensä infuusionesteenä valkoisen jauheen muodossa, joka tunnetaan yleisesti nimellä "valkoinen sinkki", "sinkkivalkoinen" tai "sinkkikukka". tämä jauhemainen valkoinen runko nimettiin aiemmin pörröisistä ja kevyistä puolistaan latinankielisessä pompholixissa , nihil-albumissa (ei mitään alkemistien valkoista), lana philosophicassa (filosofinen villa). Sitten hänet pidettiin "sulamattomana ja kiinteänä" ruumiina.
Laboratoriossa, se voidaan saada kalsinoimalla sinkki- karbonaatti tai sinkki nitraatti , joka indusoi vapautumista hiilidioksidin ja typen oksidien , vastaavasti, jälkimmäinen on paljon enemmän räjähtävää.
ZnCO 3 sinkki karbonaatti (smithsoniitti), kuumennettiin 300 ° C: → ZnO jauhe + CO 2 hiilidioksidinMutta yksinkertaisen metallirungon sinkki yksinkertaisesti kuumennettaessa punaiseksi avoimessa upokkaassa antaa eksotermisillä reaktioilla sinkkioksidihiutaleita, koska sinkkihöyry palaa ilmassa lämpötilassa, joka on lähellä sen kiehumispistettä. 1880-luvun teollisuusprosessi perustui tähän periaatteeseen erilaisten valkoisten sinkkioksidien saamiseksi: Itse asiassa maa-aukkoihin sijoitettu metallisinkki kuumennettiin voimakkaasti ja sinkkihöyry lähetettiin sitten ilmavirtaan. Peräkkäiset laatikot keräsivät hiutaleet, ensimmäinen kerrostuma muodostui "jauhemaiseksi tai jauhemaiseksi sinkkivalkoiseksi", kevyimmästä koostuvaa ylempää kerrosta kutsuttiin "lumivalkoiseksi".
Zn metalli höyry + 1/2 O 2 happikaasun ilmasta → ZnO jauhe aggregaatin kanssa - 698 kJ / molTämä valkoinen kiinteä aine voi olla amorfinen tai kiteinen. Kuusikulmaisella kiderakenteella olevaa sinkkioksidia on luonnossa läsnä sinkkinä , mineraalina, joka koostuu usein mangaanista ja jonka seurauksena sen väri on keltainen tai punainen, mutta suurin osa käytetystä sinkkioksidista tuotetaan teollisesti suurissa tehtaissa.
Sinkkioksidi on yhdiste, joka voi kiteytyä muodossa wurtsiitti , sinkkivälkettä tai rocksalt .
Tämä spesifisyys liittyy kiteessä olevien sidosten sekoitettuun luonteeseen.
Happiatomin ja sinkkiatomin välinen ero elektronegatiivisuudessa sijoittaa sinkkioksidin kovalenttisen polaarisen puolijohteen ja ionimerkin puolijohteen välille .
Vurtsiittimuoto on yleisesti edullinen normaaleissa lämpötila- ja paineolosuhteissa.
Se muodostuu pinoamalla negatiivisesti varautuneita happiatomeja ja positiivisesti varautuneiden sinkkiatomien tasoja.
Tarkemmin sanottuna se koostuu kahdesta läpäisevästä kompaktin kuusikulmaisen tyyppisestä aliverkosta, jotka on käännetty toisiinsa nähden akselia c pitkin. Translaatiokerroin ilmoitetaan u: lla ja on ihanteellisessa tapauksessa 0,375.
Sinkkioksidi kiteytyy on 3 mc P6 tilaa ryhmä , jossa hilan parametrit a = 3,250 A ja c = 5,207 Ä .
Sinkkioksidi on valkoista kylmänä, mutta se muuttuu keltaiseksi kuumana. Väritys on palautuva lämpötilan mukaan.
Sinkkioksidi on puolijohde, laajakaistainen 3,3 eV . Siksi se ei absorboi näkyvää valoa, mikä selittää sen läpinäkyvyyden. Jauheen muodossa valo heijastuu jokaisen kiteen pinnalta, minkä vuoksi materiaali koetaan valkoisena. Kuitenkin, happi työpaikat voi muodostua tämän materiaalin, erityisesti korkeissa lämpötiloissa, minkä vuoksi sinkkioksidi muuttuu keltaiseksi, kun kuumennetaan. Tätä vaikutusta kutsutaan termokromiaksi .
Lisäksi sinkkioksidilla on pietsosähköinen vaikutus .
ZnO on yksi suosituimmista pietsosähköisistä materiaaleista vahvan sähkömekaanisen ja pietsosähköisen kytkennänsä ansiosta .
Pietsosähkön alkuperä tulee sen kuusikulmaisesta kristallirakenteesta, jolla ei ole symmetriakeskusta.
Itse asiassa alkeiskenno koostuu pinosta positiivisia ja negatiivisia varauksia, siellä voidaan nähdä alkeis- sähköinen dipoli .
Tällä dipolilla on spontaani polarisaatio . Jos sovellamme ulkoista rajoitusta, positiiviset ja negatiiviset varaukset liikkuvat. On luominen pietsosähköisen polarisaation .
Sinkkioksidivirheet voivat olla epäpuhtauksia, kiteisyysvirheitä, laajoja vikoja tai jopa adsorboituneita molekyylejä. Nämä viat vaikuttavat suuresti tämän yhdisteen elektronisiin ominaisuuksiin.
Sinkkioksidin optiset ominaisuudet voidaan mitata erilaisilla menetelmillä, kuten optisella absorptiolla , läpäisyllä, heijastuksella tai jopa fotoluminesenssillä .
Näiden ominaisuuksien ansiosta voidaan suunnitella lukuisia sovelluksia.
Sinkkioksidi on lähes liukenematon in veteen . Tämä elin on vakaa valkoista pigmenttiä, se ei absorboi hiilidioksidia ilmasta, ja se on hyvin heikosti liukoinen puhdasta vettä, siinä järjestyksessä, miljoonasosa massan osuus tai 0,42 x 10 - 3 g per 100 g puhdasta vettä . Muodostuu jälkiä sinkkihydroksidisaostuksesta Zn (OH) 2, hygroskooppinen runko, joka imee vettä.
Se on kuitenkin amfoteerinen oksidi, joka liukenee happamiin (Zn 2+ -muodossa ) ja emäksisiin (sinkki-Zn (OH) 4 - 2- anionien muodossa ) liuoksiin.
ZnOon amfoteerinen, so. sillä on sekä happamia että emäksisiä ominaisuuksia. Sitä vastaan voidaan kuitenkin hyökätä helpommin vahvassa happamassa ympäristössä kuin vahvassa emäksisessä ympäristössä.
Vahvat emäkset, kuten natriumhydroksidi tai kaliumhydroksidi, hyökkäävät vähän sinkkioksidia vastaan. Toisaalta, veden puuttuessa, se liukenee helposti suliin kuiviin alkaliin.
Sinkkioksidi, kuten kuiva sinkkihydroksidi, vapauttaa sinkki-ionia Zn 2+ sen jälkeen, kun se on liuotettu voimakkaisiin väkeviin happoihin, kuten suolahappoon , rikkihappoon tai typpihappoon .
Sinkkioksidia on helppo pelkistää.
ZnO- valkea jauhe + aktiivihiili C lämpenee valkoiseksi punaiseksi noin 950 ° C: ssa → Zn- höyry pysyy vakaana pelkistävässä tai inertissä ilmakehässä, sitten sula metalli kondensoitumisen jälkeen + CO- kaasuhiilimonoksidiSinkkioksidi hajoaa, tavallaan "pelkistää pelkästään" kaasumaista sinkkiä ja happikaasua ympäröivässä paineessa ja 1975 ° C: n lämpötilassa .
Sinkkioksidi on tunnettu myrkyllinen aine. Sen höyryt ovat erittäin vaarallisia. Metallihitsauksen aikana vapautuneet sinkkioksidijäämät aiheuttavat metallikuume.
Kansallinen elin turvallisuudesta lääkkeiden ja terveydenhuollon tuotteiden , takavarikoi pääosasto terveysministeriö (PO) arvioi, että tunkeutuminen sinkkioksidia nanohiukkasten rajoittui pintakerroksiin terveen ihon mutta se puuttui tietoja vahingoittuneen ihon (esim jälkeen auringonpolttama). Hän suosittelee myös välttämään näiden hiukkasten käyttöä kasvoissa tai suljetuissa tiloissa.
Sinkkioksidia tuotetaan sinkkihöyrystä, jolla saadaan pieniä hiukkasia. Nämä hiukkaset antavat aurinkovoiteille valkoisen värin.
Aurinkosuojatuotteissa käytetty sinkkioksidi tuhoaa zooxanthellan , mikrolevän, joka on välttämätön koralliriuttojen elämälle.
Sitä käytetään monissa sovelluksissa, kuten lasien , keramiikan valmistuksessa , eugenaatin muodostuksessa , elintarvikkeiden ja aurinkosuojatuotteiden koostumuksessa.
Se on ensimmäinen vakaa pigmentti maali, käytetään loppupuolelta alkaen XVIII nnen vuosisadan korvata lyijyvalkoisen tai lyijyä oksidi PbOkemian ja suolaravintovalmistajan Jean-Baptiste Courtoisin ehdotuksesta , Guyton de Morveaun haltuunottona . Lyijyoksidi on kemiallinen yhdiste, joka on varmasti paljon myrkyllisempi aiheuttaen tuskallista lyijymyrkytystä (koliikkia), vakavaa, nopeasti parantumatonta (lyijymyrkytystä) ja lisäksi pigmenttiä, joka mustaa helposti H 2 S: n läsnä ollessa.tai herkkä orgaanisessa hajoamisväliaineessa, joka vapauttaa tämän kaasun, mutta se oli vastustuskykyisempi huonolle säälle. Sinkkioksidia tai sinkkivalkoista käytetään edelleen öljymaalaukseen. Se ei tummu tai ole hyvin pieni sulfidien läsnä ollessa, koska mahdollisesti muodostunut sinkkisulfidi on valkoinen tai harmaavalkoinen pigmentti.
Tämä ZnO-pigmenttiKäytetään lasi- ja keramiikkateollisuudessa läpinäkymättömien valkoisten lasien ja emalien valmistukseen. Se osallistuu myös suoraan ferriittien koostumukseen .
Kyse on lääke- ja kosmetiikkateollisuuden tuotteesta, joka on antiseptinen aine, joka tunnettiin jo ennen XIX E- vuosisataa , jossa apteekit apteekit huolehtivat sen valmistamisesta. Sitä käytettiin jauheena tai sisällytettiin voiteisiin tai voiteisiin ihosairauksiin. 1880-luvulla sinkkioksidia käytettiin iholla antiperspiranttina, koska se neutraloi hapon tuotannon tuhoamalla samalla iholla suurimman määrän bakteereja.
Se tarjoaa edelleen suojaa palovammoja vastaan, sitä voidaan käyttää hammaslääketieteellisissä valmisteissa. Sitä käytetään sinkkisaippuoiden valmistamiseen, joita käytetään sisikanteina tai sienitautien torjunta-aineina. Titaanidioksidin ohella sinkkioksidi pysyy samentavana ja suojaavana aurinkovoidetta.
Se on aktiivinen kuormitus kumiteollisuudessa ja rengasteollisuudessa. Sinkkioksidi edistää vulkanoitumisen kinetiikkaa .
Sinkkioksidi on olennainen komponentti sellaisen formulaation valmistuksessa, jossa annosmuotona on jauhe. On huomattava, että ZnO voi vakavasti ärsyttää nännejä ja ihon osia vähiten keratiinilla indusoimalla solujen apoptoosia näillä alueilla.
Sinkkioksidin käyttö perinteisessä intialaisessa lääketieteessä juontaa juurensa 500 eaa.
Sitä käytettiin lääke- balsamien muodossa avoimien haavojen tai silmien ärsytyksen hoitoon.
Sinkkioksidin uskotaan olevan läsnä Charaka Samhitassa, joka on perinteisen intialaisen lääketieteen perustava käsikirjoitus.
Aikana XII : nnen luvulla , ensimmäinen sinkkioksidi tantolaitoksiltaan luodaan. Aloittaen Intian teknologia sitten siirtyä Kiinaan ja levisi Eurooppaan aikana XVII th luvulla .
Sovelluksia on myös aloilla kuten katto , liima , maali tai jopa pigmentit . Sinkkioksidi palasi kuitenkin uudelleen esiin mikro- ja nanoteknologioiden myötä.
Vuonna XIX th -luvulla , sitä käytettiin valmistamaan kaksi maalauksia, joka on "sinkki maalata valkoinen", jota käytetään sisä- ja "maalata sinkkioksidia" vastustuskykyinen kosteaa ilmaa.
Vuodesta 1912 sinkkioksidia on tutkittu puolijohteena .
Vuonna 1960 sen hyvät pietsosähköiset ominaisuudet johtivat ensimmäiseen elektroniseen sovellukseen ohuiden kalvojen muodossa akustisissa aaltolaitteissa.
85-luvulla ZnO: n dopingin vaikeus p-tyypissä, toisin sanoen elektronien alijäämässä , hidasti tämän materiaalin tutkimusta.
Kiinnostus sinkkioksidia kohtaan nousi esiin 1990-luvulla ZnO: n synteesillä nanometrisessä muodossa .
Aikaisemmin kuvattu "sinkkivalkoisen" hieno jauhe liuotettiin kuivausöljyyn, kuten pellavaöljyyn . Noin 5-10 prosenttia käytetystä pellavaöljystä esikuumennettiin 200 ° C: seen . Ja mangaanidioksidia tai sen suola saatu mangaanioksidia lisättiin dispersio sinkki / öljyä. Tämä valkoinen maali nimeltä "sinkkivalkoinen" salli kivien, puun ja metallien koristelun talojen sisällä.
Toinen resepti johtuvan Soret ehdottaa seos sinkkioksidia ja kloridi on tiivistettyä vesiliuosta noin 58 ° Baume, joilla on hyvin rajoitettu määrä natriumkarbonaattia . Valkoinen ja peittävä maali, nopeasti kuivuva (alle kaksi tuntia levityksen jälkeen), nimeltään "sinkkioksidi", kestää kosteaa ilmaa, koska se sisältää valkoista sinkkioksikloridia, joka on sekä liukenematon että peittävä. Tätä sinkkioksidimaalia käytettiin laajalti Brestin armeijasatamassa ja varastoiden, puurakennusten tai kattojen ulkopinnan suojaamiseksi Belle Époquen aikana . Se on myös "metallisementti".
Sinkkioksidia ja koboltinitraattia käytettiin Rinmanin vihreän pigmentin tai koboltinvihreän valmistuksessa .
ZnO- valkoinen jauhe + Co (NO 3 ) 2 lämmitys punaisella → (ZnO, CoO) assosioiduilla oksideilla + 2 NO- kaasu + 3/2 O 2 -kaasuThermoelectricity on tekniikka, joka suoraan muuntaa lämpövirta sähköenergiaksi.
Päinvastoin, se voi kuluttaa sähköenergiaa siirtää lämpöä kylmän ja kuuman lähteen välillä. Tämä on jäähdytys- tai lämpöpumpun periaate.
Sähkö- ja lämmönjohtokytkennästä aiheutuu kolme lämpösähköistä vaikutusta:
Lämpösähköinen kenno koostuu n-tyyppisestä puolijohteesta (Ex: ZnO) ja p-tyyppisestä puolijohteesta. Nämä puolijohteet on kytketty sarjaan sähköisesti ja rinnakkain termisesti.
Lämpösähköisten laitteiden tehokkuus kasvaa ansioarvon ZT funktiona.
Kanssa:
S: Seebeck-kerroin
Sinkkioksidilla on korkea Seebeck-kerroin, korkea lämpöstabiilisuus ja se ei ole myrkyllistä. Siksi se on erittäin hyödyllinen lämpösähkössä
1990-luvun alkupuolelta lähtien kemisti Michael Gratzelin työn tuloksena on syntynyt uusi tekniikka, nimeltään valoherkät väriaine-aurinkokennot .
Dye-aurinkokennot ovat puolijohdemateriaaleista valmistettuja järjestelmiä, joilla on kyky muuttaa aurinkoenergia sähköenergiaksi.
Tämä muutos johtuu aurinkosähkövaikutuksesta, joka koostuu vastaanotettujen fotonien energian sieppaamisesta vapauttamaan varauksen kantajat valenssikaistalta johtokaistalle.
Yksi näistä avainkomponenteista on fotoanodi . Tämä koostuu ohuesta kalvosta, jossa on laajakaistaisen aukon puolijohde, kuten ZnO.
Puolijohteiden valinta on välttämätöntä aurinkokennojen optimoimiseksi. Sillä on oltava erilaiset kriteerit:
Nykyään aurinkokennojen yleisimmin käytetty puolijohde on titaanioksidi , TiO 2 .
Erittäin lupaava menetelmä näiden solujen kehittämiseksi on korvata tämä oksidi ZnO-nanohiukkasilla .
Sinkkioksidi-nanohiukkasten synteettiset reitit on jaettu kahteen pääosaan:
ZnO on TiO 2: n todellinen kilpailija, koska sen suuri morfologinen monimuotoisuus ja sisäiset ominaisuudet lisäävät edelleen aurinkokennojen fotokonversiotehokkuutta.
Lisäksi ZnO: lla on suuri elektronien liikkuvuus, mikä on suotuisaa elektronikuljetuksille.