SULFETO DE ZINCO (ZNS): ESTRUTURA, PROPRIEDADES E USOS - QUÍMICA - 2025

O sulfureto de zinco é um composto inorgânico da fórmula Z _N S formado por catiões Zn ²⁺ e anis S ^2-. É encontrada na natureza principalmente como dois minerais: wurtzita e esfalerita (ou zinco blenda), sendo esta última sua forma principal.

Sphalerite é naturalmente de cor preta devido às suas impurezas. Na sua forma pura apresenta cristais brancos, enquanto a wurtzite apresenta cristais branco acinzentados.

Fonte: Por Killerlimpet, do Wikimedia Commons

O sulfeto de zinco é insolúvel em água. Pode causar danos ambientais, pois penetra no solo e contamina os lençóis freáticos e suas correntes.

O sulfeto de zinco pode ser produzido, entre outras reações, por corrosão e por neutralização.

Por corrosão:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Por neutralização:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

O sulfeto de zinco é um sal fosforescente, o que lhe confere a capacidade de múltiplos usos e aplicações. Além disso, é um semicondutor e fotocatalisador.

Estrutura

O sulfeto de zinco adota estruturas cristalinas governadas por atrações eletrostáticas entre o cátion Zn ²⁺ e o ânion S ². São dois: esfalerita ou blenda de zinco e wurzita. Em ambos, os íons minimizam as repulsões entre íons de cargas iguais.

A mistura de zinco é a mais estável em condições terrestres de pressão e temperatura; e a wurzita, que é menos densa, resulta do rearranjo cristalino devido ao aumento da temperatura.

As duas estruturas podem coexistir no mesmo sólido ZnS ao mesmo tempo, embora, muito lentamente, o wurzita acabe dominando.

Blenda de zinco

Fonte: Por Solid State, do Wikimedia Commons

A imagem superior mostra a célula unitária cúbica centrada nas faces da estrutura da mistura de zinco. As esferas amarelas correspondem aos ânions S ^2- e as cinzas aos cátions Zn ²⁺, localizados nos cantos e no centro das faces do cubo.

Observe as geometrias tetraédricas em torno dos íons. A blenda de zinco também pode ser representada por esses tetraedros, cujos orifícios dentro do cristal possuem a mesma geometria (orifícios tetraédricos).

Da mesma forma, dentro das células unitárias, a proporção de ZnS é satisfeita; ou seja, uma proporção de 1: 1. Assim, para cada cátion Zn ²⁺ existe um ânion S ². Na imagem pode parecer que as esferas cinzentas são abundantes, mas na realidade, por se encontrarem nos cantos e no centro das faces do cubo, são compartilhadas por outras células.

Por exemplo, se você pegar as quatro esferas amarelas que estão dentro da caixa, as “peças” de todas as esferas cinzas ao redor devem ser iguais (e igualar) a quatro. Assim, na célula unitária cúbica existem quatro Zn ²⁺ e quatro S ^2-, sendo a razão estequiométrica ZnS satisfeita.

Também é importante enfatizar que existem orifícios tetraédricos na frente e atrás das esferas amarelas (o espaço que as separa umas das outras).

Wurzita

Fonte: Por Solid State, do Wikimedia Commons

Ao contrário da estrutura da mistura de zinco, a wurzita adota um sistema de cristal hexagonal (imagem superior). Isso é menos compacto, então o sólido tem uma densidade mais baixa. Os íons em wurzita também têm arredores tetraédricos e uma proporção de 1: 1 que concorda com a fórmula ZnS.

Propriedades

Cor

Pode ser apresentado de três maneiras:

-Wurtzite, com cristais brancos e hexagonais.

-A esfalerita, com cristais branco-acinzentados e cristais cúbicos.

-Como um pó branco a branco acinzentado ou amarelado, e cristais cúbicos amarelados.

Ponto de fusão

1700º C.

Solubilidade em água

Praticamente insolúvel (0,00069 g / 100 ml a 18 ° C).

Solubilidade

Insolúvel em álcalis, solúvel em ácidos minerais diluídos.

Densidade

Esfalerita 4,04 g / cm ³ e wurtzita 4,09 g / cm ³.

Dureza

Possui dureza de 3 a 4 na escala de Mohs.

Estabilidade

Quando contém água, oxida lentamente em sulfato. Em um ambiente seco é estável.

Decomposição

Quando aquecido a altas temperaturas emite vapores tóxicos de zinco e óxidos de enxofre.

Nomenclatura

A configuração eletrônica do Zn é 3d ¹⁰ 4s ². Ao perder os dois elétrons do orbital 4s, ele permanece como o cátion Zn ²⁺ com seus orbitais d preenchidos. Portanto, como o Zn ²⁺ é eletronicamente muito mais estável do que o Zn ⁺, ele tem apenas uma valência de +2.

Portanto, para a nomenclatura de estoque, a adição de sua valência entre parênteses e com algarismos romanos é omitida: sulfeto de zinco (II).

Nomenclaturas sistemáticas e tradicionais

Mas existem outras maneiras de chamar ZnS além da já mencionada. Na sistemática, o número de átomos de cada elemento é especificado com os numeradores gregos; com a única exceção do elemento à direita quando é apenas um. Assim, o ZnS é nomeado como: zinco mono sulfureto (e não monozinc monossulfureto).

Com relação à nomenclatura tradicional, o zinco com uma valência única de +2 é adicionado adicionando-se o sufixo –ico. Conseqüentemente, seu nome tradicional é: sulfureto de zinco ico.

Formulários

Como pigmentos ou revestimentos

-Sachtolith é um pigmento branco feito com sulfeto de zinco. É usado em calafetagens, mástiques, selantes, subcapas, tintas látex e sinalização.

Seu uso em combinação com pigmentos de absorção de luz ultravioleta, como microtitânio ou pigmentos de óxido de ferro transparente, é necessário em pigmentos resistentes às intempéries.

-Quando o ZnS é aplicado sobre látex ou tintas texturizadas tem uma ação microbicida prolongada.

-Dada a sua grande dureza e resistência à quebra, erosão, chuva ou poeira, torna-o adequado para janelas infravermelhas externas ou em estruturas de aeronaves.

-ZnS é utilizado no revestimento de rotores utilizados no transporte de compostos, para reduzir o desgaste. Também é utilizado na produção de tintas de impressão, compostos isolantes, pigmentação termoplástica, plásticos ignífugos e lâmpadas eletroluminescentes.

-Sulfeto de zinco pode ser transparente e pode ser usado como uma janela para óptica visível e óptica infravermelha. É usado em dispositivos de visão noturna, telas de televisão, telas de radar e revestimentos fluorescentes.

-A dopagem de ZnS com Cu é utilizada na produção de painéis eletroluminescentes. Além disso, é usado na propulsão de foguetes e gravimetria.

Por sua fosforescência

-Sua fosforescência é usada para colorir os ponteiros do relógio e, assim, mostrar a hora no escuro; também em tintas para brinquedos, em sinais de emergência e avisos de trânsito.

A fosforescência permite o uso de sulfeto de zinco em tubos de raios catódicos e telas de raios-X para brilhar em pontos escuros. A cor da fosforescência depende do ativador utilizado.

Semicondutor, fotocatalisador e catalisador

-Sphalerite e wurtzite são semicondutores de fenda de banda larga. A esfalerita tem um gap de 3,54 eV, enquanto a wurtzita tem um gap de 3,91 eV.

-ZnS é utilizado na preparação de um fotocatalisador composto por CdS - ZnS / zircônio - fosfato de titânio utilizado para a produção de hidrogênio sob luz visível.

-Atua como catalisador na degradação de poluentes orgânicos. É utilizado na preparação de um sincronizador de cores em lâmpadas LED.

-Seus nanocristais são usados ​​para a detecção ultrassensível de proteínas. Por exemplo, emitindo luz de pontos quânticos de ZnS. É utilizado na preparação de um fotocatalisador combinado (CdS / ZnS) -TiO2 para produção elétrica por fotoeletrocatálise.

Referências

1. PubChem. (2018). Sulfeto de zinco. Retirado de: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
2. QuimiNet. (2015, 16 de janeiro). Pigmento Branco à base de Sulfeto de Zinco. Recuperado de: quiminet.com
3. Wikipedia. (2018). Sulfeto de zinco. Retirado de: en.wikipedia.org
4. II-VI UK. (2015). Sulfeto de zinco (ZnS). Retirado de: ii-vi.es
5. Rob Toreki. (30 de março de 2015). A estrutura do Zincblende (ZnS). Retirado de: ilpi.com
6. Chemistry LibreTexts. (22 de janeiro de 2017). Estrutura-Zinco Blende (ZnS). Retirado de: chem.libretexts.org
7. Reade. (2018). Sulfeto de Zinco / Sulfeto de Zinco (ZnS). Retirado de: reade.com