Sulfid kademnatý - Cadmium sulfide

Sulfid kademnatý
3D model struktury hawleyitu
3D model struktury greenockitu
Sulfid kademnatý.jpg
Jména
Ostatní jména
sulfid kademnatý (II)
greenockit
hawleyite
kadmium žlutá
Identifikátory
3D model (JSmol )
ChEBI
ChemSpider
Informační karta ECHA100.013.771 Upravte to na Wikidata
Číslo ES
  • 215-147-8
13655
Číslo RTECS
  • EV3150000
UNII
UN číslo2570
Vlastnosti
CDS
Molární hmotnost144.47 g · mol−1
VzhledŽlutooranžová až hnědá pevná látka.
Hustota4,826 g / cm3, pevný.
Bod tání 1750 ° C (3180 ° F; 2020 K) 10 MPa
Bod varu 980 ° C (1 800 ° F; 1 250 K) (sublimace )
nerozpustný[1]
Rozpustnostrozpustný v kyselině
velmi málo rozpustný v hydroxid amonný
-50.0·10−6 cm3/ mol
2.529
Struktura
Šestihranný, Krychlový
Termochemie
65 J · mol−1· K.−1[2]
-162 kJ · mol−1[2]
Nebezpečí
Bezpečnostní listICSC 0404
Piktogramy GHSGHS07: Zdraví škodlivýGHS08: Nebezpečí pro zdraví
Signální slovo GHSNebezpečí
H302, H341, H350, H361, H372, H413
P201, P202, P260, P264, P270, P273, P281, P301 + 312, P308 + 313, P314, P330, P405, P501
NFPA 704 (ohnivý diamant)
Bod vzplanutíNehořlavé
Smrtelná dávka nebo koncentrace (LD, LC):
7080 mg / kg (potkan, orálně)
NIOSH (Limity expozice USA pro zdraví):
PEL (Dovolený)
TWA 0,005 mg / m3 (jako Cd)[3]
REL (Doporučeno)
Ca.[3]
IDLH (Okamžité nebezpečí)
Ca [9 mg / m3 (jako Cd)][3]
Související sloučeniny
jiný anionty
Oxid kademnatý
Selenid kademnatý
jiný kationty
Síran zinečnatý
Sulfid rtuťnatý
Pokud není uvedeno jinak, jsou uvedeny údaje o materiálech v nich standardní stav (při 25 ° C [77 ° F], 100 kPa).
šekY ověřit (co je šekY☒N ?)
Reference Infoboxu

Sulfid kademnatý je anorganická sloučenina se vzorcem CdS. Sulfid kademnatý je žlutá pevná látka.[4] Vyskytuje se v přírodě se dvěma různými krystalovými strukturami jako vzácnými minerály greenockit a hawleyite, ale je více převládající jako nečistotový substituent v podobně strukturované zinek rudy sfalerit a wurtzite, což jsou hlavní ekonomické zdroje kadmia. Jako sloučenina, kterou lze snadno izolovat a čistit, je hlavním zdrojem kadmium pro všechny komerční aplikace.[4] Jeho živá žlutá barva vedla k jeho přijetí jako pigmentu pro žlutou barvu „kadmiová žlutá“ v 18. století.

Výroba

Sulfid kademnatý lze připravit srážením z rozpustných solí kadmia (II) sulfidovým iontem. Tato reakce byla použita pro gravimetrickou analýzu a kvalitativní anorganická analýza.[5]
Přípravná cesta a následné ošetření produktu má vliv na polymorfní forma, která se vyrábí (tj. kubický vs šestihranný). Bylo tvrzeno, že metody chemického srážení vedou k kubická forma zinku.[6]

Výroba pigmentu obvykle zahrnuje vysrážení CdS, promytí pevné sraženiny, aby se odstranily rozpustné soli kadmia, následovaná kalcinací (pražením), aby se převedla na hexagonální formu, následovanou mletím za vzniku prášku.[7] Když jsou požadovány selenidy sulfidu kademnatého, CdSe se spolu vysráží s CdS a během kroku kalcinace se vytvoří sulfoselenid kademnatý.[7]

Sulfid kademnatý je někdy spojován s bakteriemi snižujícími síran.[8][9]

Trasy k tenkým filmům CdS

Speciální metody se používají k výrobě filmů CdS jako komponent v některých fotorezistorech a solárních článcích. V depozice v chemické lázni metodou byly připraveny tenké vrstvy CdS thiomočovina jako zdroj sulfidových aniontů a an amonný pufrovací roztok pro kontrolu pH:[10]

CD2+ + H2O + (NH2)2CS + 2 NH3 → CdS + (NH2)2CO + 2 NH4+

Sulfid kademnatý lze vyrobit za použití epitaxe metalorganické parní fáze a MOCVD techniky reakcí dimethylkadmium s diethylsulfid:[11]

Cd (CH3)2 + Et2S → CdS + CH3CH3 + C.4H10

Mezi další způsoby výroby filmů CdS patří

Reakce

Sulfid kademnatý lze rozpustit v kyselinách.[17]

CdS + 2 HCl → CdCl2 + H2S

Když jsou roztoky dispergovaných částic CdS obsahující sulfid ozařovány světlem, vzniká plynný vodík:[18]

H2S → H2 + S ΔHF = +9,4 kcal / mol

Navrhovaný mechanismus zahrnuje páry elektron / díra vytvořené, když je dopadající světlo absorbováno sirníkem kademnatým[19] následuje reakce s vodou a sulfidem:[18]

Výroba pár elektron-díra
CdS + hν → e− + otvor+
Reakce elektronu
2e− + 2 hodiny2O → H2 + 2 OH−
Reakce díry
2 díra+ + S.2− → S.

Struktura a fyzikální vlastnosti

Sulfid kademnatý má, jako sulfid zinečnatý, dvě krystalické formy. Stabilnější šestihranný wurtzite struktura (nachází se v minerálu Greenockite ) a kubický struktura směsi zinku (nachází se v minerálu Hawleyite ). V obou těchto formách jsou atomy kadmia a síry čtyři souřadnice.[20] Existuje také vysokotlaká forma se strukturou kamenné soli NaCl.[20]

Sulfid kademnatý je přímý mezera v pásmu polovodič (mezera 2.42 eV ).[19] Blízkost jeho pásové mezery vlnovým délkám viditelného světla mu dodává barevný vzhled.[4]
Kromě této zjevné vlastnosti vyplývají i další vlastnosti:

Aplikace

Pigment

Žlutý pigment kadmia

CdS se používá jako pigment v plastech, vykazující dobrou tepelnou stabilitu, stálost vůči světlu a povětrnostním vlivům, chemickou odolnost a vysokou neprůhlednost.[7] Jako pigment je CdS znám jako kadmium žlutá (CI pigment žlutá 37).[4][31] Od roku 1982 se ročně vyrobí asi 2 000 tun, což představuje asi 25% komerčně zpracovaného kadmia.[32]

Historické použití v umění

Obecná komerční dostupnost sulfidu kademnatého od 40. let 20. století vedla k jeho přijetí umělci, zejména Van Gogh, Monet (ve své londýnské sérii a dalších dílech) a Matisse (Koupající se u řeky 1916–1919).[33] Přítomnost kadmia v barvách byla použita k detekci padělků v obrazech, které byly údajně vyrobeny před 19. stoletím.[34]

Řešení CdS-CdSe

CdS a CdSe vytvářejí navzájem pevná řešení. Zvyšující se částky selenid kademnatý, dává pigmenty vergující směrem k červené, například CI pigment oranžová 20 a CI pigment červená 108.[31]
Taková tuhá řešení jsou součástí fotorezistory (rezistory závislé na světle) citlivé na viditelné a blízké infračervené světlo.[Citace je zapotřebí ]

Bezpečnost

Sulfid kademnatý je toxický, zvláště nebezpečný při vdechování jako prach a sloučeniny kadmia jsou obecně klasifikovány jako karcinogenní.[35] Problémy biokompatibilita byly hlášeny, když se CdS používá jako barvy v tetování.[36]

Reference

  1. ^ Lide, David R. (1998). Příručka chemie a fyziky (87 ed.). Boca Raton, FL: CRC Press. 4–67, 1363. ISBN  978-0-8493-0594-8.
  2. ^ A b Zumdahl, Steven S. (2009). Chemické principy 6. vydání. Společnost Houghton Mifflin. str. A21. ISBN  978-0-618-94690-7.
  3. ^ A b C NIOSH Kapesní průvodce chemickými nebezpečími. "#0087". Národní institut pro bezpečnost a ochranu zdraví při práci (NIOSH).
  4. ^ A b C d Egon Wiberg, Arnold Frederick Holleman (2001) Anorganická chemie, Elsevier ISBN  0-12-352651-5
  5. ^ Fred Ibbotson (2007), Chemická analýza materiálů oceláren,Číst knihy, ISBN  1-4067-8113-4
  6. ^ Paul Klocek (1991), Příručka infračervených optických materiálů, CRC Press ISBN  0-8247-8468-5
  7. ^ A b C Hugh MacDonald Smith (2002). Vysoce výkonné pigmenty. Wiley-VCH. ISBN  978-3-527-30204-8.
  8. ^ Larry L. Barton 1995 Bakterie snižující síran Springer, ISBN  0-306-44857-2
  9. ^ Sweeney, Rozamond Y .; Mao, Chuanbin; Gao, Xiaoxia; Burt, Justin L .; Belcher, Angela M .; Georgiou, George; Iverson, Brent L. (2004). "Bakteriální biosyntéza nanokrystalů sulfidu kademnatého". Chemie a biologie. 11 (11): 1553–9. doi:10.1016 / j.chembiol.2004.08.022. PMID  15556006.
  10. ^ Oladeji, I.O .; Chow, L. (1997). "Optimalizace sulfidu kademnatého uloženého v chemické lázni". 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). "Tenké CdS filmy připravené metalorganickou chemickou depozicí par". Materiály pro solární energii a solární články. 75 (1–2): 219. doi:10.1016 / S0927-0248 (02) 00163-0.
  12. ^ Reisfeld, R (2002). „Nanosované polovodičové částice ve sklech připravené metodou sol-gel: jejich optické vlastnosti a potenciální využití“. Journal of Alloys and Compounds. 341 (1–2): 56. doi:10.1016 / S0925-8388 (02) 00059-2.
  13. ^ Měsíc, B; Lee, J; Jung, H (2006). "Srovnávací studie vlastností CdS filmů nanesených na různé substráty R.F. rozprašováním". Tenké pevné filmy. 511–512: 299. Bibcode:2006TSF ... 511..299M. doi:10.1016 / j.tsf.2005.11.080.
  14. ^ Goto, F; Shirai, Katsunori; Ichimura, Masaya (1998). „Snížení defektů v elektrochemicky uložených tenkých filmech CdS žíháním v O2". Materiály pro solární energii a solární články. 50 (1–4): 147. doi:10.1016 / S0927-0248 (97) 00136-0.
  15. ^ US patent 4086101 Fotovoltaické články, J.F. Jordan, C.M. Lampkin Datum vydání: 25. dubna 1978
  16. ^ US patent 3202022 , Vysoce výkonný fotorezistor, Y.T. Sihvonen, datum vydání: 21. září 1965
  17. ^ Wanrooij, P. H. P .; Agarwal, USA; Meuldijk, J .; Kasteren, J. M. N. van; Lemstra, P. J. (2006). "Extrakce CdS pigmentu z odpadního polyethylenu". Journal of Applied Polymer Science. 100 (2): 1024. doi:10.1002 / app.22962.
  18. ^ A b Mario Schiavello (1985) Fotoelektrochemie, fotokatalýza a fotoreaktory: Základy a vývoj Springer ISBN  90-277-1946-2
  19. ^ A b C D. Lincot, Gary Hodes Depozice chemických roztoků polovodičových a nekovových filmů: sborník z mezinárodního sympozia Elektrochemická společnost, 2006 ISBN  1-56677-433-0
  20. ^ A b Wells A.F. (1984) Strukturní anorganická chemie 5. vydání Oxford Science Publications ISBN  0-19-855370-6
  21. ^ Antonio Luque, Steven Hegedus, (2003), Příručka fotovoltaické vědy a techniky John Wiley and Sons ISBN  0-471-49196-9
  22. ^ Reynolds, D .; Leies, G .; Antes, L .; Marburger, R. (1954). "Fotovoltaický účinek na sulfid kademnatý". Fyzický přehled. 96 (2): 533. Bibcode:1954PhRv ... 96..533R. doi:10.1103 / PhysRev.96.533.
  23. ^ C. Fouassier, (1994), Světélkování v Encyclopedia of Anorganic Chemistry, John Wiley & Sons ISBN  0-471-93620-0
  24. ^ Minkus, Wilfred (1965). "Teplotní závislost pyroelektrického jevu v sulfidu kademnatém". Fyzický přehled. 138 (4A): A1277 – A1287. Bibcode:1965PhRv..138,1277M. doi:10.1103 / PhysRev.138.A1277.
  25. ^ Smith, Roland (1957). „Elektroluminiscence s nízkým polem v izolačních krystalech kadmia sulfidu“. Fyzický přehled. 105 (3): 900. Bibcode:1957PhRv..105..900S. doi:10.1103 / PhysRev.105.900.
  26. ^ Akimov, Yu A; Burov, AA; Drozhbin, Yu A; Kovalenko, VA; Kozlov, SE; Kryukova, I V; Rodichenko, G V; Stepanov, B M; Jakovlev, VA (1972). „KGP-2: Elektronový paprsek čerpaný laserem kadmia sulfidu“. Sovětský deník kvantové elektroniky. 2 (3): 284. Bibcode:1972QuEle ... 2..284A. doi:10.1070 / QE1972v002n03ABEH004443.
  27. ^ Agarwal, Ritesh; Barrelet, Carl J .; Lieber, Charles M. (2005). "Lasing v optických dutinách s jedním sulfidem kademnatým Nanowire". Nano dopisy. 5 (5): 917–920. arXiv:cond-mat / 0412144v1. Bibcode:2005 NanoL ... 5..917A. doi:10.1021 / nl050440u. PMID  15884894.
  28. ^ Zhao, H .; Farah, Alvi; Morel, D .; Ferekides, CS (2009). "Vliv nečistot na doping a VOC Cd Te/ CDS tenkovrstvé solární články ". Tenké pevné filmy. 517 (7): 2365–2369. Bibcode:2009TSF ... 517.2365Z. doi:10.1016 / j.tsf.2008.11.041.
  29. ^ Weimer, Paul (1962). „TFT Nový tenkovrstvý tranzistor“. Sborník IRE. 50: 1462–1469. doi:10.1109 / JRPROC.1962.288190.
  30. ^ Zhang, červen (24. ledna 2013). "Laserové chlazení polovodiče o 40 kelvinů". Příroda. 493 (7433): 504–508. Bibcode:2013Natur.493..504Z. doi:10.1038 / příroda 11721. PMID  23344360.
  31. ^ A b R. M. Christie 2001 Barevná chemie, str. 155 Royal Society of Chemistry ISBN  0-85404-573-2
  32. ^ Karl-Heinz Schulte-Schrepping, Magnus Piscator „Cadmium and Cadmium Compounds“ v Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2007 Wiley-VCH, Weinheim. doi:10.1002 / 14356007.a04_499.
  33. ^ Sidney Perkowitz, 1998, Empire of Light: A History of Discovery in Science and Art Joseph Henry Press, ISBN  0-309-06556-9
  34. ^ W. Stanley Taft, James W. Mayer, Richard Newman, Peter Kuniholm, Dušan Stulik (2000) Věda o obrazech Springer, ISBN  0-387-98722-3
  35. ^ Mezinárodní karta chemické bezpečnosti CDC - ARCHIVNÍ KOPIE Sulfidu kademnatého
  36. ^ Bjornberg, A (září 1963). "Reakce na světlo ve žlutých tetováních ze sulfidu kademnatého". Arch Dermatol. 88 (3): 267–71. doi:10.1001 / archderm.1963.01590210025003. PMID  14043617.

externí odkazy