Sinkkioksidirakenne (ZnO), ominaisuudet, käyttö, riskit

Hän sinkkioksidi Se on epäorgaaninen yhdiste, jonka kemiallinen kaava on Zno. Se koostuu vain Zn -ioneista²⁺ Minä^2- suhteessa 1: 1; Sen kiteinen verkko voi kuitenkin esiintyä avoimesta tai^2-, joka antaa paikalle rakenteelliset viat, jotka kykenevät muuttamaan sen synteettisten kiteiden värejä.

Kaupallisesti se hankitaan pölyisinä valkoisena kiinteänä aineena (alempi kuva), joka tapahtuu suoraan ranskalaisen prosessin metallisen sinkin hapettumisesta; tai altistuu karbotermisen pelkistykseen sinkkimalmiin, niin että niiden höyryt hapettavat ja päättyvät jähmettymään.

Kellalasi sinkkioksidilla. Lähde: Adam Rędzikowski [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lisenssit/by-SA/4.0)]

Muut ZnO -valmistusmenetelmät koostuvat niiden hydroksidin, Zn (OH) saostamisesta₂, Sinkkisuolojen vesiliuoksista. Myös hienoja kalvoja tai morfologisesti monimuotoisia nanohiukkasia voidaan syntetisoida hienostuneemmilla tekniikoilla, kuten niiden höyryjen kemiallinen laskeutuminen.

Tätä metallioksidia löytyy luonnosta ziniittinä mineraalina, jonka kiteet ovat yleensä keltaisia ​​tai oransseja metallihäiriöiden vuoksi. ZnO -kiteille on ominaista pietsosähköinen, lämpökromaattinen, luminesoiva, polaarinen ja myös erittäin leveä energiakaista.

Rakenteellisesti on isomorfinen sinkkisulfidille, ZNS: lle, omaksuttaen kuusikulmaiset ja kuutiokiteet, jotka ovat samanlaisia ​​kuin Wurzita ja Blenda, vastaavasti. Näissä Zn: n välisissä vuorovaikutuksissa on tietty kovalenttinen luonne²⁺ Minä^2-, joka tekee kuormitusten heterogeenisen jakautumisen ZnO -kristallissa.

ZnO: n ominaisuuksien ja käytön tutkimukset ulottuvat fysiikan, elektroniikan ja biolääketieteen aloille. Sen yksinkertaisin ja jokapäiväisimmät käytöt jäävät huomaamatta kasvovoiteiden ja henkilökohtaisten hygieniatuotteiden koostumuksessa sekä aurinkovoiteissa.

[TOC]

Rakenne

Polymorfit

ZnO kiteytyy normaalissa paine- ja lämpötila -olosuhteissa wurzite -kuusikulmainen rakenne. Tässä rakenteessa Zn -ionit²⁺ Minä^2- Ne on järjestetty vaihtoehtoisiin kerroksiin, niin että jokainen päätyy tetraedron ympäröimäksi, sillä on Zno₄ tai Ozn₄, vastaavasti.

Myös "mallin" tai kuutiomuotoisen tuen avulla ZNO voidaan kiteyttää sinkkisekoituksen kuutiomessä rakenteessa; joka, kuten Wurzita, vastaa isomorfisia rakenteita (identtisiä avaruudessa, mutta erilaisissa ioneissa) sinkkisulfidin, Zns.

Näiden kahden rakenteen (Wurzita ja Blenda) lisäksi ZnO korkeissa paineissa (noin 10 GPA) kiteytyy Sal Gema -rakenteessa, sama kuin NaCl.

Voi palvella sinua: referenssielektrodi: ominaisuudet, toiminto, esimerkit

Vuorovaikutus

Zn: n väliset vuorovaikutukset²⁺ Minä^2- Ne esittävät tietyn kovalenssin luonteen, joten on osittain Zn-O-kovalenttinen sidos (molemmat atomit SP-hybridisaatiolla³) ja tetraedran vääristymisen vuoksi ne osoittavat dipolimomentin, joka lisää ZnO -kiteiden ionisia nähtävyyksiä.

Blenda -rakenne (vasen) ja Wurzita (oikea) ZnO: sta. Lähde: Gabriel Bolívar.

Sinulla on ylempi kuva edellä mainitun tetraedran visualisoimiseksi ZnO -rakenteille.

Ero Blenda- ja Wurzita -rakenteiden välillä on myös siinä, mitä voit nähdä ylhäältä, ioneja ei löydy varjostettuina. Esimerkiksi Wurzitassa voidaan nähdä, että valkoiset pallot (Zn²⁺) ovat juuri punaisten pallojen yläpuolella (tai^2--A. Toisaalta Blendan kuutiometriä rakenteessa sitä ei tapahdu, koska kerroksia on kolme: A, B ja C vain kahden sijasta.

Nanohiukkasen morfologia

Znon kiteet, vaikka niillä on yleensä wurzite -kuusikulmainen rakenteet heidän nanohiukkasten morfologian suhteen on toinen tarina. Parametreista ja synteesimenetelmistä riippuen nämä voivat ottaa käyttöön yhtä monimuotoisia muotoja kuin sauvat, levyt, lehdet, pallot, kukat, vyöt, neulat, muun muassa.

Ominaisuudet

Fyysinen ulkonäkö

Kiinteä valkoinen, wc ja katkera maku kiinteä. Luonnossa se voidaan kiteyttää metallisilla epäpuhtauksilla sinkkien mineraalina. Jos tällaiset kiteet ovat valkoisia, niillä on lämpökromismi, mikä tarkoittaa, että ne vaihtavat väriä: valkoisesta keltaiseksi.

Samoin niiden synteettiset kiteet voivat esiintyä punertavia tai vihertäviä väriä niiden stökiometrisen hapen koostumuksen mukaan; ts^2- Suoraan vaikuttaa tapaan, miten valo on vuorovaikutuksessa ioniverkkojen kanssa.

Moolimassa

81 406 g/mol

Sulamispiste

1974 ºC. Tässä lämpötilassa lämpöhajoaminen kärsii vapauttamalla sinkkiä ja molekyylin happea tai kaasumaista happea.

Tiheys

5,1 g/cm³

Vesiliukoisuus

ZnO on käytännössä liukenematon veteen, tuskin aiheuttaen liuoksia, joiden pitoisuus on 0,0004% - 18 ° C.

Antfoteerismi

ZNO voi reagoida sekä happojen että emäksen kanssa. Kun se reagoi hapon kanssa vesiliuoksessa, sen liukoisuus kasvaa, kun muodostuu liukoinen suola, jossa Zn²⁺ Lopuksi kompleksoitu vesimolekyylien kanssa: [Zn (OH₂-A₆-²⁺. Esimerkiksi se reagoi rikkihapon kanssa sinkkisulfaatin tuottamiseksi:

Zno + h₂Sw₄ → Znso₄ + H₂JOMPIKUMPI

Samoin reagoi rasvahappojen kanssa niiden suola -muodossa, kuten steate ja sinkkipalmitaatti.

Voi palvella sinua: peruuttamaton reaktio: Ominaisuudet ja esimerkit

Ja kun se reagoi pohjan kanssa, veden läsnä ollessa muodostuu:

ZnO + 2NAOH + H₂O → NA₂[Zn (OH)₄-

Lämpökapasiteetti

40,3 j/k · mol

Suora energiakuilu

3.3 EV. Tämän arvon on laatinut laajakaista -puolijohde, joka pystyy toimimaan voimakkaiden sähkökenttien alla. Se esittelee myös tyyppisen puolijohteen tyypin ominaisuudet n, joka ei ole pystynyt selittämään syitä, että sen rakenteessa on elektronien ylimääräinen vaikutus.

Tämä oksidi erottuu sen optisista, akustisista ja elektronisista ominaisuuksistaan, joiden ansiosta sitä pidetään optoelektronisten laitteiden (anturit, laserit, aurinkosähkökennojen) kehitykseen liittyvien potentiaalisten sovellusten ehdokkaana. Syy tällaisiin ominaisuuksiin poistuu fysiikan kentästä.

Sovellukset

Lääketieteellinen

Viittä oksidia on käytetty lisäaineena lukuisissa valkoisissa voiteissa ärsytysten, acnes, ihon, hankausten ja halkeamien hoidossa. Tällä alueella sen käyttö vauvojen nahkojen vaippien aiheuttamien ärsytysten lieventämiseen on suosittu.

Se on myös osa aurinkovoidetta, koska yhdessä titaanidioksidin nanohiukkasten kanssa₂, Auta estämään auringon ultraviolettisäteilyä. Samoin se toimii paksummana agenttina, joten se on tietyssä selkeässä meikissä, voiteissa, emaloissa, talkoissa ja saippuissa.

Toisaalta ZnO on viisitoista lähde, jota käytetään ruokavaliossa ja vitamiinituotteissa, samoin kuin viljoissa.

Antibakteerinen

Nanohiukkasten morfologian mukaan ZNO voidaan aktivoida ultraviolettisäteilyssä vetyperoksidien tai reaktiivisten lajien tuottamiseksi, jotka heikentävät mikro -organismien solukalvoja.

Kun tämä tapahtuu, ZnO: n jäljellä olevat nanohiukkaset ylittävät sytoplasman ja alkavat olla vuorovaikutuksessa solun muodostavien biomolekyylien kokoelman kanssa, mikä johtaa sen seurauksena sen apoptoosiksi.

Siksi kaikkia nanohiukkasia ei voida käyttää aurinkovoideiden koostumuksissa, vaan vain niitä, joilla ei ole antibakteerista aktiivisuutta.

Tämän tyyppisillä ZnO: lla varustetut tuotteet on jaettu liukoisilla polymeerimateriaaleilla infektioiden, haavojen, haavaumien, bakteerien ja jopa diabeteksen käsittelemiseksi.

Pigmentit ja pinnoitteet

Cinco Blanco -niminen pigmentti on ZnO, jota lisätään useisiin maalauksiin ja pinnoitteisiin metallipintojen suojaamiseksi korroosiolta, missä niitä levitetään. Esimerkiksi riippuvaisia ​​ZnO -pinnoitteita käytetään galvanoidun raudan suojaamiseen.

Toisaalta näitä pinnoitteita on käytetty myös ikkunoiden lasissa, jotta lämpö on tunkeutumassa (jos se on ulkomailla) tai tule (jos sisällä). Se suojaa myös joitain polymeerisiä ja tekstiilimateriaaleja sen heikkenemiseltä aurinkosäteilyn ja lämmön vaikutuksella.

Voi palvella sinua: kalium (k)

Biologinen kuvaus

ZnO -nanohiukkasten luminesenssia on tutkittu käytettäväksi biokuvangissa, mikä tutkii siten säteilevien sinisten, vihreiden tai oranssien valojen, solujen sisäisiä rakenteita.

Additiivinen

ZnO löytää myös käyttöä lisäaineena kumiin, sementteihin, dentifric -materiaaleihin, lasiin ja keramiikkaan sen alemman sulamispisteen takia ja siksi käyttäytyminen perustaja -aineeksi.

Rikkivety eliminaattori

Zno eliminoi H: n epämiellyttävät kaasut₂S, Auttaa desulfuria joidenkin kaasujen säteily:

Zno + h₂S → zns + h₂JOMPIKUMPI

Riskejä

Finch -oksidi sellaisenaan on ei -toksinen ja vaaraton yhdiste, joten sen kiinteän aineen varovainen manipulointi ei edusta mitään riskiä.

Ongelma on kuitenkin sen savussa, koska vaikka korkeissa lämpötiloissa se hajoaa, RAV -höyryt lopulta saastuttavat keuhkot ja aiheuttavat eräänlaisen "metallikuumeen". Tälle taudille on ominaista yskän, kuume, sorron tunne rinnassa ja jatkuva metallinen maku suussa.

Ei ole myöskään syöpää, ja sitä sisältävät voiteet eivät ole osoittaneet, että ne lisäävät sinkin imeytymistä iholla, niin että ZnO -pohjaisia ​​aurinkoa pidetään turvallisina; Ellei ole allergisia reaktioita, joiden on silloin lopetettava sen käyttö.

Tietyistä bakteerien torjunnassa tarkoitettujen nanohiukkasten suhteen nämä voivat vaikuttaa negatiivisia vaikutuksia, jos niitä ei kuljeteta kunnolla toimintapaikkaansa.

Viitteet

1. Shiver & Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Sinkkioksidi. Haettu: vuonna.Wikipedia.org
3. Hadis Morkoç ja ümit Özgur. (2009). Sinkkioksidi: Perus-, materiaalit ja laiteteknologia. [PDF]. Palautettu: Hakemus.Wiley-VCH.-
4. Parihar, m. Raja ja R. Pauloosi. (2018). Lyhyt katsaus sinkkioksidin nanohiukkasten rakenteellisista, sähkö- ja sähkökemiallisista ominaisuuksista. [PDF]. Palautettu: IPME.Rulla
5. -Lla. Rodyni ja minä. V. Khodyuk. (2011). Sinkkioksidin optiset ja luminesenssiominaisuudet. Toipunut: arxiv.org
6. Siddiqi, k. S., Ur Rahman,., Tajuddin, ja Husen, a. (2018). Sinkkioksidi -nanapartikkelien ominaisuudet ja ES -aktiivisuus mikrobia vastaan. Nanomittakaavan tutkimuskirjeet, 13 (1), 141. Doi: 10.1186/S11671-018-2532-3
7. ChemicalSafetyfaktit. (2019). Sinkkioksidi. Talteenotettu: ChemicalSafetyfaktit.org
8. Jinhuan Jiang, Jiang Pi ja Jiye Cai. (2018). Sinkkioksidinanohiukkasten eteneminen biolääketieteellisiin sovelluksiin. Bioinorgaaninen kemia ja sovellukset, volti. 2018, artikkeli ID 1062562, 18 sivua. doi.org/10.1155/2018/1062562