كبريتيد الزنك (ZnS) هو مركب يتكون من الزنك والكبريت. يتم استخدامه في تطبيقات مختلفة بما في ذلك المواد الانارة، والالكترونيات الضوئية، والفوسفور لشاشات LED.
| اسم الأيوباك | كبريتيد الزنك |
| الصيغة الجزيئية | الزنكS |
| CAS رقم | 1314-98-3 |
| المرادفات | السفاليريت، بليند، زنك بليند، وورزيت |
| إنتشي | إنتشي = 1S/S.Zn |
خصائص كبريتيد الزنك
صيغة كبريتيد الزنك
الصيغة الكيميائية لكبريتيد الزنك هي ZnS، مما يدل على تركيبه من ذرات الزنك (Zn) والكبريت (S). يشكل هذا المركب جزءًا مهمًا من التطبيقات الصناعية والعلمية المختلفة نظرًا لخصائصه الفريدة.
كبريتيد الزنك الكتلة المولية
يحتوي كبريتيد الزنك على كتلة مولية تبلغ حوالي 97.45 جرامًا لكل مول. تمثل هذه القيمة الكتل الذرية المجمعة لذرات الزنك والكبريت المكونة لجزيء ZnS واحد.
نقطة غليان كبريتيد الزنك
ليس لدى كبريتيد الزنك نقطة غليان مميزة لأنه يميل إلى التحلل بدلاً من الخضوع لعملية غليان حقيقية عند تسخينه. هذه الخاصية ناتجة عن خواصه الكيميائية.
نقطة انصهار كبريتيد الزنك
تبلغ درجة انصهار كبريتيد الزنك حوالي 1850 درجة مئوية (3362 درجة فهرنهايت). نقطة الانصهار العالية هذه تجعلها مناسبة لمختلف تطبيقات درجات الحرارة المرتفعة.
كثافة كبريتيد الزنك جم/مل
تختلف كثافة كبريتيد الزنك حسب شكله البلوري. بشكل عام، تتراوح كثافته بين 3.98 و4.09 جرام لكل سنتيمتر مكعب (جم/سم³). يساهم نطاق الكثافة هذا في استخدامه في المواد البصرية.
الوزن الجزيئي لكبريتيد الزنك
يبلغ الوزن الجزيئي لكبريتيد الزنك، الذي يتم حسابه عن طريق إضافة الكتل الذرية لمكوناته، حوالي 97.45 جرامًا لكل مول. هذه القيمة ضرورية لتحديد كمية ZnS في عينة معينة.
هيكل كبريتيد الزنك
يوجد كبريتيد الزنك في هياكل بلورية مختلفة، بشكل أساسي على شكل مزيج من الزنك المكعب (المعروف أيضًا باسم السفاليريت) والورزيت السداسي. تحدد ترتيبات الذرات هذه خصائصها الفيزيائية والبصرية.
ذوبان كبريتيد الزنك
كبريتيد الزنك قابل للذوبان بشكل سيئ في الماء، مما يجعله غير قابل للذوبان تقريبًا. وترجع هذه الخاصية إلى الروابط القوية بين ذرات الزنك والكبريت، مما يؤدي إلى ذوبان محدود في المحاليل المائية. ومع ذلك، فإنه يمكن حله في بعض الأحماض أو القلويات في ظل ظروف محددة.
| مظهر | صلب |
| جاذبية معينة | 3.98 – 4.09 جم/سم3 |
| لون | الأبيض والأصفر والبني والأسود |
| يشم | عديم الرائحة |
| الكتلة المولية | ~97.45 جم/مول |
| كثافة | 3.98 – 4.09 جم/سم3 |
| نقطة الانصهار | ~1850 درجة مئوية (~3362 درجة فهرنهايت) |
| نقطة الغليان | متحللة |
| نقطة فلاش | غير قابل للتطبيق |
| الذوبان في الماء | غير قابلة للذوبان عمليا |
| الذوبان | قابل للذوبان في الأحماض والقلويات تحت ظروف محددة |
| ضغط البخار | ضئيلة |
| كثافة بخار | غير قابل للتطبيق |
| pKa | ~4.7 |
| الرقم الهيدروجيني | ~7 (محايد) |
السلامة ومخاطر كبريتيد الزنك
يتميز كبريتيد الزنك بسمية حادة منخفضة ولكنه يمكن أن يطلق ثاني أكسيد الكبريت السام عند تسخينه. ويعتبر بشكل عام آمنًا في ظل ظروف المناولة العادية. إلا أن استنشاق غباره أو أبخرةه قد يسبب تهيجا في الجهاز التنفسي. تجنب ملامسة الجلد والعينين. في حالة التعرض، اشطفه جيدًا واستشر الطبيب إذا استمر التهيج. قد يتسبب الحريق أو الحرارة المفرطة في التحلل وإطلاق غازات خطرة. تخزين بعيدا عن المواد غير المتوافقة. تعامل بحذر، وارتدي معدات الحماية المناسبة، واعمل في مناطق جيدة التهوية لضمان السلامة ومنع المخاطر المحتملة المرتبطة بكبريتيد الزنك.
| رموز الخطر | لا أحد |
| وصف الأمان | سمية حادة منخفضة. يطلق غاز ثاني أكسيد الكبريت السام عند تسخينه؛ التعامل مع الرعاية |
| أرقام تعريف الأمم المتحدة | غير قابل للتطبيق |
| رمز النظام المنسق | 2830.90.10 |
| فئة الخطر | لا تصنف على أنها خطيرة |
| مجموعة التعبئة | غير قابل للتطبيق |
| تسمم | سمية منخفضة. تهيج الجهاز التنفسي من الغبار أو الأبخرة. التعامل مع الرعاية |
طرق تصنيع كبريتيد الزنك
يمكن تصنيع كبريتيد الزنك بطرق مختلفة. الطريقة الشائعة هي تفاعل غازات أكسيد الزنك (ZnO) وكبريتيد الهيدروجين (H2S) عند درجات حرارة مرتفعة. يستمر التفاعل على النحو التالي:
ZnO (s) + H2S (g) → ZnS (s) + H2O (g)
تتضمن الطريقة الأخرى التفاعل بين كلوريد الزنك (ZnCl2) وغاز كبريتيد الهيدروجين:
ZnCl2 (aq) + H2S (g) → ZnS (s) + 2 حمض الهيدروكلوريك (g)
وبدلاً من ذلك، يمكن تصنيع جسيمات كبريتيد الزنك النانوية باستخدام طرق الترسيب. يتضمن ذلك خلط أملاح الزنك القابلة للذوبان مع أملاح الكبريتيد القابلة للذوبان تحت ظروف خاضعة للرقابة، مما يؤدي إلى تكوين جسيمات نانوية من كبريتيد الزنك. في بعض الحالات، يتم استخدام المركبات العضوية كعوامل تغطية للتحكم في حجم الجسيمات واستقرارها.
يمكن أيضًا تحضير كبريتيد الزنك عن طريق تفاعل الزنك المعدني مع عنصر الكبريت. يتم تسخين المادتين معًا لبدء التفاعل:
Zn(s) + S(s) → ZnS(s)
توفر هذه الطرق تنوعًا في إنتاج كبريتيد الزنك بخصائص مختلفة لتطبيقات مختلفة، مثل الإلكترونيات الضوئية والمواد الانارة وما إلى ذلك.
استخدامات كبريتيد الزنك
يجد كبريتيد الزنك تطبيقات مختلفة في مختلف الصناعات بسبب خصائصه الفريدة. وإليك استخداماتها البارزة:
- الطلاءات البصرية: إن شفافية كبريتيد الزنك في منطقة الأشعة تحت الحمراء تجعلها مادة قيمة للطلاء البصري والعدسات والنوافذ في أنظمة التصوير الحراري وأجهزة الاستشعار.
- المواد المضيئة: تعمل كمواد مضيفة لإنشاء مركبات مضيئة، مثل كبريتيد الزنك المغطى بالنحاس لتطبيقات التوهج في الظلام.
- تطبيقات أشباه الموصلات: في ترانزستورات الأغشية الرقيقة وأجهزة أشباه الموصلات الأخرى، تلعب أفلام كبريتيد الزنك دورًا في المكونات الإلكترونية.
- فوسفورات شاشة LED: تستخدم شاشات LED فوسفورات كبريتيد الزنك لتحسين اللون والسطوع.
- الكشف عن الأشعة السينية وأشعة جاما: تستخدم كاشفات التلألؤ خصائص التلألؤ لكبريتيد الزنك للكشف عن الأشعة السينية وأشعة جاما.
- الأصباغ والدهانات: تستخدم الأصباغ البيضاء في الدهانات والطلاءات وأحبار الطباعة أشكالًا معينة من كبريتيد الزنك مثل الزنك الأبيض أو الليثوبون.
- علامات الفلورسنت: في التطبيقات البيولوجية، يقوم الباحثون بتفعيل جسيمات كبريتيد الزنك النانوية لعلامات الفلورسنت في دراسات التصوير.
- الخلايا الشمسية: يدرس العلماء جسيمات نانوية من كبريتيد الزنك لتحديد قدرتها على تحسين امتصاص الضوء في الخلايا الشمسية الكهروضوئية.
- التحفيز: لاستكشاف طبيعة أشباه الموصلات، يدرس الباحثون الخصائص التحفيزية لكبريتيد الزنك في التفاعلات الكيميائية المختلفة.
- نوافذ الأشعة تحت الحمراء: الأجهزة البصرية مثل الكاميرات والتلسكوبات وأجهزة الاستشعار التي تحتوي على كبريتيد الزنك لنوافذ الأشعة تحت الحمراء.
ينشأ تعدد استخدامات كبريتيد الزنك من قدرته على إظهار التألق والشفافية وسلوك أشباه الموصلات. وتساهم تطبيقاتها المصممة خصيصًا بشكل كبير في مجالات مثل البصريات والإلكترونيات والطاقة وعلوم المواد.
أسئلة:
س: ما هي صيغة كبريتيد الزنك؟
ج: صيغة كبريتيد الزنك هي ZnS.
س: هل كبريتيد الزنك قابل للذوبان؟
ج: كبريتيد الزنك غير قابل للذوبان في الماء بشكل عام.
س: هل ZnS قابل للذوبان في الماء؟
ج: لا، ZnS غير قابل للذوبان في الماء.
س: يحتوي كبريتيد الزنك على 67.1% زنك بالكتلة. ما هو الكسر الكتلي للكبريت في كبريتيد الزنك؟
ج: نسبة كتلة الكبريت في كبريتيد الزنك هي 32.9%.
س: كيف يمكنك فصل كلوريد الزنك عن كبريتيد الزنك؟
ج: يمكن فصل كلوريد الزنك وكبريتيد الزنك عن طريق إذابة كلوريد الزنك في الماء، مع ترك كبريتيد الزنك غير القابل للذوبان.
س: هل كبريتيد الزنك أيوني؟
ج: نعم، كبريتيد الزنك أيوني في المقام الأول.
س: ما نوع العيب الكيميائي الذي يمثله ZnS؟
ج: يمكن أن يُظهر كبريتيد الزنك عيوبًا متكافئة من نوع فرينكل.
س: ما هو الزنك؟
ج: ZnS هي الصيغة الكيميائية لكبريتيد الزنك، وهو مركب من الزنك والكبريت.
س: ما هو الحد الأدنى من الرقم الهيدروجيني المطلوب لمنع هطول الأمطار ZnS؟
ج: الحد الأدنى من الرقم الهيدروجيني المطلوب لمنع هطول الأمطار ZnS هو حوالي 4.7.
س: هذه الصورة توضح خلية الوحدة المكعبة لـ ZnS. ما عدد أيونات Zn²⁺ الموجودة في هذه الخلية المكعبة؟
ج: يوجد في الخلية المكعبة لـ ZnS أربعة أيونات Zn²⁺.
س: هل ZnS أيوني أم تساهمي؟
ج: يعتبر ZnS في المقام الأول أيونيا.
س: ما نوع التفاعل Zn + S = ZnS؟
ج: إن التفاعل Zn + S = ZnS هو تفاعل تركيبي أو مركب.