CINKO OKSIDAS (ZNO): STRUKTŪRA, SAVYBĖS, PANAUDOJIMAS, RIZIKA - CHEMIJA

Cinko oksidas yra neorganinis junginys su cheminė formulė ZnO. Jis yra sudarytas vien tik iš Zn ²⁺ ir O ^2- jonus į santykiu 1: 1; Tačiau, jo kristalinių gardelės gali pateikti O ^2- laisvą darbo vietą , kuri nulemia struktūrinių defektų, galinčių pakeisti savo sintetinių kristalų spalvų.

Komerciniu būdu jis gaunamas kaip miltelių pavidalo balta kieta medžiaga (apatinis vaizdas), gaunamas tiesiogiai iš metalo cinko oksidacijos Prancūzijos proceso metu; cinko rūdos redukuojamos taip, kad jų garai oksiduotųsi ir sukietėtų.

Stebėkite stiklą su cinko oksidu. Šaltinis: Adam Rędzikowski

Kiti ZnO paruošimo būdai yra jo hidroksido Zn (OH) ₂ nusodinimas iš vandeninių cinko druskų tirpalų. Panašiai, morfologiškai įvairios ZnO plėvelės ar nanodalelės gali būti sintetinamos sudėtingesniais metodais, tokiais kaip cheminis jo garų nusodinimas.

Šis metalo oksidas gamtoje randamas kaip mineralinis cinkitas, kurio kristalai paprastai būna geltoni arba oranžiniai dėl metalinių priemaišų. ZnO kristalai pasižymi pjezoelektriniais, termochrominiais, liuminescenciniais, poliariniais elementais, taip pat turėdami labai plačią energetinę juostą pagal savo puslaidininkio savybes.

Struktūriškai izomorfinis yra cinko sulfidas (ZnS), priimantis šešiakampius ir kubinius kristalus, panašius į atitinkamai wurzite ir blende. Juose yra tam tikras kovalentinis Zn ²⁺ ir O ^2- sąveikos pobūdis, todėl ZnO kristaluose krūviai pasiskirsto nevienodai.

ZnO savybių ir naudojimo tyrimai apima fizikos, elektronikos ir biomedicinos sritis. Paprasčiausias ir kasdienis jo panaudojimas nelieka nepastebėtas veido kremų ir asmeninės higienos priemonių sudėtyje, taip pat apsaugant nuo saulės.

Struktūra

Polimorfai

Normaliame slėgyje ir temperatūroje ZnO kristalizuojasi šešiakampėje wurzite struktūroje. Šios struktūros, Zn ²⁺ ir O ^2- jonai yra išdėstyti pakaitomis sluoksniais, tokiu būdu, kad kiekvienas iš galai iki supa keturkampis, su ZnO ₄ arba OZn ₄ , atitinkamai.

Taip pat, naudojant „šabloną“ arba kubinę atramą, ZnO gali būti pagaminamas kristalizavimui į kubinį cinko mišinio struktūrą; kurios, kaip ir wurzitas, atitinka cinko sulfido izomorfines struktūras (identiškas erdvėje, bet su skirtingais jonais), ZnS.

Be šių dviejų struktūrų (wurzite ir blende), ZnO, esant aukštam slėgiui (apie 10 GPa), kristalizuojasi akmens druskos struktūroje, tokia pati kaip NaCl.

Sąveika

Sąveikos tarp Zn ²⁺ ir O ^2- pateikti tam tikrą pobūdį covalence, kuriam yra iš dalies kovalentinis Zn-O jungtis (abi atomų, kai sp ³ hibridizacijos ), ir dėl į Tetraedras iškraipymo, jie pasireiškia akimirką dipolis, pridedantis prie joninių ZnO kristalų atrakcijų.

Blende (kairėje) ir wurzite (dešinėje) ZnO struktūra. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.

Turite viršutinį atvaizdą, kad vizualizuotumėte tetraedrą, paminėtą ZnO struktūroms.

Skirtumas tarp blenda ir wurzite struktūrų taip pat yra tas, kad žiūrint iš viršaus, jonai nėra užtemti. Pavyzdžiui, wurzite balti rutuliai (Zn ²⁺ ) matomi tiesiai virš raudonų rutulių (O ^2- ). Kita vertus, kubinio mišinio struktūroje taip nėra, nes yra trys sluoksniai: A, B ir C, o ne tik du.

Nanodalelių morfologija

Nors ZnO kristalai paprastai būna šešiakampės wurzite struktūros, jų nanodalelių morfologija yra kita istorija. Priklausomai nuo parametrų ir sintezės metodų, jie gali būti įvairių formų, pavyzdžiui, strypai, plokštės, lapai, rutuliai, gėlės, diržai, adatos.

Savybės

Fizinė išvaizda

Bekvapė balta miltelių pavidalo kieto skonio kajutė. Gamtoje jis gali būti kristalizuotas, turintis metalinių priemaišų, pavyzdžiui, cinko mineralą. Jei tokie kristalai yra balti, jie rodo termochromizmą, o tai reiškia, kad kaitinant jie keičia savo spalvą: nuo baltos iki geltonos.

Panašiai, jo sintetiniai kristalai gali turėti rausvai arba žalsvai spalvas, priklausomai nuo jų stechiometrinės deguonies sudėties; Kitaip tariant, spragas ar laisvų darbo vietų, kurias sukelia O stokos ^2- anijonų tiesiogiai paveikti būdas, kuriuo šviesos sąveikauja su joninių tinkluose.

Molinė masė

81,406 g / mol

Lydymosi temperatūra

1974 ° C. Esant tokiai temperatūrai, jis termiškai skyla, išskirdamas cinko garus ir molekulinį arba dujinį deguonį.

Tankis

5,1 g / cm ³

Tirpumas vandenyje

ZnO praktiškai netirpsta vandenyje, vargu ar susidaro tirpalai, kurių 18ºC temperatūra yra 0,0004%.

Amfoterizmas

ZnO gali reaguoti tiek su rūgštimis, tiek su bazėmis. Kai jis reaguoja su vandeniniame tirpale esančia rūgštimi, jos tirpumas padidėja, formuojant tirpią druską, kurioje Zn ²⁺ baigiasi kompleksu su vandens molekulėmis: ²⁺ . Pavyzdžiui, jis reaguoja su sieros rūgštimi ir gauna cinko sulfatą:

ZnO + H ₂ SO ₄ → ZnSO ₄ + H ₂ O

Panašiai jis reaguoja su riebalų rūgštimis, sudarydamas atitinkamas jų druskas, tokias kaip cinko stearatas ir palmitatas.

O reaguojant su baze, esant vandeniui, susidaro cinko druskos:

ZnO + 2NaOH + H ₂ O → Na ₂

Šilumos talpa

40,3 J / K mol

Tiesioginis energijos atotrūkis

3,3 eV. Ši vertė daro jį plačiajuosčiu puslaidininkiu, galinčiu veikti esant intensyviam elektriniam laukui. Jis taip pat turi n tipo puslaidininkio savybes, todėl nepaaiškinta, kodėl jo struktūroje yra papildomas elektronų tiekimas.

Šis oksidas išsiskiria savo optinėmis, akustinėmis ir elektroninėmis savybėmis, dėl kurių jis laikomas kandidatu į galimas programas, susijusias su optoelektroninių prietaisų (jutiklių, lazerinių diodų, fotoelektrinių elementų) kūrimu. Tokių savybių priežastis yra ne fizika.

Programos

Vaistinis

Cinko oksidas buvo naudojamas kaip priedas daugelyje baltųjų kremų, siekiant gydyti odos sudirgimus, spuogus, dermatitą, įbrėžimus ir įtrūkimus. Šioje srityje jo naudojimas yra populiarus, siekiant palengvinti sauskelnių sukeltą sudirginimą ant kūdikių odos.

Tai taip pat yra apsaugos nuo saulės komponentas, nes kartu su titano dioksido nanodalelėmis TiO ₂ jis padeda blokuoti saulės ultravioletinę spinduliuotę. Panašiai jis veikia ir kaip tirštiklis, todėl jis randamas tam tikroje šviesos struktūroje, losjonai, emaliai, milteliai ir muilai.

Kita vertus, ZnO yra cinko šaltinis, naudojamas maisto papilduose ir vitaminų produktuose, taip pat grūduose.

Antibakterinis

Pagal savo nanodalelių morfologiją, ZnO gali būti aktyvuojamas ultravioletinėje spinduliuotėje, kad susidarytų vandenilio peroksidai arba reaktyviosios rūšys, silpninančios mikroorganizmų ląstelių membranas.

Kai tai atsitiks, likusios ZnO nanodalelės sužlugdo citoplazmą ir pradeda sąveikauti su ląstelę sudarančių biomolekulių rinkiniu, sukeldamos jų apoptozę.

Štai kodėl ne visas nanodaleles galima naudoti kompozicijose nuo saulės, o tik tas, kurioms trūksta antibakterinio aktyvumo.

Produktai, turintys šio tipo ZnO, yra skirti padengti tirpiomis polimerinėmis medžiagomis infekcijų, žaizdų, opų, bakterijų ir net diabeto gydymui.

Pigmentai ir dangos

Pigmentas, žinomas kaip baltasis cinkas, yra ZnO, kuris pridedamas prie įvairių dažų ir dangų, kad apsaugotų metalinius paviršius nuo korozijos. Pvz., Dangos su pridėtu ZnO naudojamos cinkuotos geležies apsaugai.

Kita vertus, šios dangos taip pat buvo naudojamos ant lango stiklo, kad šiluma neprasiskverbtų (jei ji yra lauke) arba nepatektų (jei yra viduje). Taip pat jis apsaugo kai kurias polimerines ir tekstilės medžiagas nuo nusidėvėjimo dėl saulės radiacijos ir šilumos poveikio.

Biografiniai vaizdai

Buvo tiriama, kaip naudoti ZnO nanodalelių liuminescenciją biologiniam vaizdavimui, tokiu būdu tiriant ląstelių vidines struktūras mėlynos, žalios ar oranžinės spalvos spinduliais.

Priedas

Dėl mažesnės lydymosi temperatūros ZnO taip pat naudojamas kaip kaučiuko, cemento, dantų protezų, stiklo ir keramikos priedas, todėl jis veikia kaip skysčių tekėjimo priemonė.

Vandenilio sulfido valiklis

ZnO pašalina nemalonias H ₂ S dujas ir padeda nusierinti kai kuriems dujų dūmams:

ZnO + H ₂ S → ZnS + H ₂ O

Pavojai

Pats cinko oksidas yra netoksiškas ir nekenksmingas junginys, todėl apdairus jo kietų medžiagų tvarkymas nekelia jokios rizikos.

Tačiau problema slypi dūmuose, nes, nors ir suskyla esant aukštai temperatūrai, cinko garai užteršia plaučius ir sukelia savotišką „metalo karštligę“. Šiai ligai būdingi kosulio, karščiavimo, spaudimo jausmo krūtinėje simptomai ir nuolatinis metalo skonis burnoje.

Jis taip pat nėra kancerogeninis, o kremai, kurių sudėtyje yra jo, nepadidina cinko absorbcijos į odą, todėl ZnO pagrindu veikiantys saulės kremai yra laikomi saugiais; nebent nėra alerginių reakcijų, tokiu atveju jo vartojimą reikia nutraukti.

Kai kurios nanodalelės, skirtos kovoti su bakterijomis, gali turėti neigiamą poveikį, jei jos netinkamai gabenamos į savo veikimo vietą.

Nuorodos

Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas). Mc Graw Hill.
Vikipedija. (2019 m.). Cinko oksidas. Atkurta iš: en.wikipedia.org
Hadis Morkoç ir Ümit Özgur. (2009). Cinko oksidas: pagrindai, medžiagos ir prietaisų technologijos. . Atkurta iš: application.wiley-vch.de
Pariharas, M. Raja ir R. Paulose. (2018 m.). Trumpa cinko oksido nanodalelių struktūrinių, elektrinių ir elektrocheminių savybių apžvalga. . Atkurta iš: ipme.ru
A. Rodnyi ir IV Khodyuk. (2011). Cinko oksido optinės ir liuminescencinės savybės. Atkurta iš: arxiv.org
Siddiqi, KS, Ur Rahman, A., Tajuddin, & Husen, A. (2018). Cinko oksido nanodalelių savybės ir jų poveikis mikrobams. Nanoskalės tyrimų laiškai, 13 (1), 141. doi: 10.1186 / s11671-018-2532-3
„ChemicalSafetyFacts“. (2019 m.). Cinko oksidas. Atkurta iš: chemicalsafetyfacts.org
Jinhuan Jiang, Jiang Pi ir Jiye Cai. (2018 m.). Cinko oksido nanodalelių tobulinimas biomedicinos reikmėms. Bioinorganinė chemija ir programos, t. 2018 m., Straipsnio ID 1062562, 18 puslapių. doi.org/10.1155/2018/1062562

CINKO OKSIDAS (ZNO): STRUKTŪRA, SAVYBĖS, PANAUDOJIMAS, RIZIKA - CHEMIJA - 2025