SINKKIOKSIDI (ZNO): RAKENNE, OMINAISUUDET, KÄYTTÖ, RISKIT - KEMIA

Sinkkioksidi on epäorgaaninen yhdiste, jonka kemiallinen kaava on ZnO. Se koostuu yksinomaan Zn ^{2+: sta} ja O ^2- ioneista suhteessa 1: 1; sen kiteisessä hilassa voi kuitenkin olla O ² -vapautta, mikä aiheuttaa rakenteellisia virheitä, jotka voivat muuttaa synteettisten kiteidensä värejä.

Se hankitaan kaupallisesti jauhemaisena valkoisena kiinteänä aineena (alempi kuva), joka tuotetaan suoraan metallisen sinkin hapetuksesta ranskalaisella prosessilla; tai sinkkimallien altistaminen karbotermiselle pelkistykselle siten, että niiden höyryt sitten hapettuvat ja lopulta kiinteytyvät.

Katso sinkkioksidilla varustettu lasi. Lähde: Adam Rędzikowski

Muut menetelmät ZnO: n valmistamiseksi koostuvat sen hydroksidin, Zn (OH) _{2: n} saostamisesta sinkkisuolojen vesiliuoksista. Samoin ZnO: n morfologisesti monimuotoiset ohutkalvot tai nanohiukkaset voidaan syntetisoida kehittyneemmillä tekniikoilla, kuten sen höyryjen kemiallisella kerrostamisella.

Tätä metallioksidia esiintyy luonnossa mineraalisinkiittinä, jonka kiteet ovat yleensä metallin epäpuhtauksien vuoksi keltaisia tai oransseja. ZnO-kiteille on tunnusomaista, että ne ovat pietsosähköisiä, lämpökromaattisia, luminoivia, polaarisia ja joilla on myös erittäin leveä energiakaista puolijohdeominaisuuksiltaan.

Rakenteellisesti se on isomorfista sinkkisulfidille, ZnS: lle, omaksuttaen kuusikulmaisia ja kuutiometriisiä kiteitä, jotka ovat samanlaisia kuin wurzite ja blende. Näissä on tietty kovalenttinen merkin vuorovaikutus Zn ²⁺ ja O ², joka aiheuttaa heterogeeninen jakautuminen maksujen ZnO kide.

ZnO: n ominaisuuksia ja käyttöä koskevat tutkimukset ulottuvat fysiikan, elektroniikan ja biolääketieteen aloille. Sen yksinkertaisimmat ja päivittäisimmät käytöt jäävät huomaamatta kasvovoiteiden ja henkilökohtaisen hygienian tuotteiden koostumuksessa sekä aurinkovoideissa.

Rakenne

polymorfit

ZnO kiteytyy normaaleissa paine- ja lämpötilaolosuhteissa kuusikulmaisena wursiittirakenteena. Tässä rakenteessa, Zn ²⁺ ja O ^2- ioneja on järjestetty vuorotellen kerroksia, siten että jokainen päät ylöspäin, jota ympäröi tetraedri, ZnO ₄ tai OZn ₄, vastaavasti.

Lisäksi käyttämällä "templaattia" tai kuutiotukia, ZnO voidaan saada kiteytymään kuutiometriä sinkkisekoitusrakenteeksi; jotka vastaavat wursiittia, vastaavat sinkkisulfidin isomorfisia rakenteita (identtiset avaruudessa, mutta erilaisilla ioneilla), ZnS.

Näiden kahden rakenteen (wursiitti ja sekoitettu) lisäksi ZnO kiteytyy korkeassa paineessa (noin 10 GPa) kivisuolarakenteessa, sama kuin NaCl.

vuorovaikutukset

Välisestä vuorovaikutuksesta Zn ²⁺ ja O ² esittää tietyn merkin kova- lenssilla, joista on osittain Zn-O kovalenttinen sidos (molemmat atomit sp ³ hybridisaatio), ja koska vääristymä tetraedrien, ne ilmeinen hetki dipoli, joka lisää ZnO-kiteiden ionisia nähtävyyksiä.

ZnO: n blende (vasen) ja wurzite (oikea). Lähde: Gabriel Bolívar.

Sinulla on ylempi kuva ZnO-rakenteille mainitun tetraedran visualisoimiseksi.

Blendan ja wursiittirakenteiden välinen ero on myös siinä, että ylhäältä katsottuna ionit eivät ole pimennettyjä. Esimerkiksi wursiitissa valkoiset pallot (Zn ²⁺) nähdään juuri punaisten pallojen (O ²) yläpuolella. Toisaalta kuutiosekoitusrakenteessa näin ei ole, koska siellä on kolme kerrosta: A, B ja C vain kahden sijaan.

Nanohiukkasten morfologia

Vaikka ZnO-kiteillä on taipumus olla kuusikulmaisia wursiittirakenteita, niiden nanohiukkasten morfologia on toinen tarina. Parametreista ja synteesimenetelmistä riippuen nämä voivat olla muun muassa sauvoja, levyjä, lehtiä, palloja, kukkasia, vyöjä, neuloja.

ominaisuudet

Fyysinen ulkonäkö

Hajuton, valkoinen jauhemainen kiinteä aine, jolla on karvas maku. Luonnossa sitä voidaan löytää kiteytettynä metallisilla epäpuhtauksilla, kuten sinkkiittimineraalilla. Jos tällaiset kiteet ovat valkoisia, ne osoittavat lämpökromaattisuutta, mikä tarkoittaa, että lämmitettäessä ne muuttavat värinsä: valkoisesta keltaiseksi.

Samoin sen synteettisillä kiteillä voi olla punertavia tai vihertäviä värejä niiden stökiometrisestä happikoostumuksesta riippuen; toisin sanoen O ^2- anionien puutteesta johtuvat aukot tai avoimet työpaikat vaikuttavat suoraan tapaan, jolla valo on vuorovaikutuksessa ionisten verkkojen kanssa.

Moolimassa

81,406 g / mol

Sulamispiste

1974 ° C. Tässä lämpötilassa se hajoaa termisesti, vapauttaen sinkkihöyryjä ja molekyyli- tai kaasumaista happea.

Tiheys

5,1 g / cm ³

Vesiliukoisuus

ZnO on käytännössä liukenematon veteen, jolloin tuskin syntyy liuoksia, joiden pitoisuus on 0,0004% 18ºC: ssa.

Amphotericism

ZnO voi reagoida sekä happojen että emästen kanssa. Kun se reagoi hapon kanssa vesiliuoksessa, sen liukoisuus kasvaa muodostamalla liukoinen suola, jossa Zn ²⁺ lopulta kompleksoituu vesimolekyylien kanssa: ²⁺. Esimerkiksi, se reagoi rikkihapon kanssa tuottaen sinkkisulfaattia:

ZnO + H ₂ SO ₄ → ZnSO ₄ + H ₂ O

Samoin se reagoi rasvahappojen kanssa muodostaen niiden vastaavat suolat, kuten sinkkistearaatti ja palmu- teatti.

Ja kun se reagoi emäksen kanssa veden läsnä ollessa, muodostuu sinkkisuoloja:

ZnO + 2NaOH + H ₂ O → Na ₂

Lämpökapasiteetti

40,3 J / K mol

Suorat energiakuilut

3,3 eV. Tämä arvo tekee siitä laajakaistaisen puolijohteen, joka pystyy toimimaan voimakkaiden sähkökenttien alla. Sillä on myös ominaisuuksia olla n-tyyppinen puolijohde, jota ei ole selitetty miksi sen rakenteessa on ylimääräinen elektronien syöttö.

Tämä oksidi erottuu optisista, akustisista ja elektronisista ominaisuuksistaan, minkä ansiosta sitä pidetään ehdokkaana mahdollisille sovelluksille, jotka liittyvät optoelektronisten laitteiden (anturit, laserdiodit, valokenno) kehittämiseen. Syy sellaisiin ominaisuuksiin on fysiikan ulkopuolella.

Sovellukset

lääke-

Sinkkioksidia on käytetty lisäaineena monissa valkoisissa voiteissa ihon ärsytyksen, aknen, ihottuman, hankausten ja halkeamien hoitoon. Tällä alueella sen käyttö on suosittua lievittämään vauvojen ihon vaippojen aiheuttamaa ärsytystä.

Samoin se on aurinkovoideiden komponentti, koska se auttaa titaanidioksidinanohiukkasten TiO _{2: n} kanssa estämään auringon ultraviolettisäteilyä. Samoin se toimii sakeutusaineena, minkä vuoksi sitä esiintyy tietyissä valaisimissa, voiteet, emalit, jauheet ja saippuat.

Toisaalta ZnO on sinkin lähde, jota käytetään ravintolisissä ja vitamiinituotteissa sekä viljoissa.

antibakteerinen

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

Kun tämä tapahtuu, jäljellä olevat ZnO-nanohiukkaset urheuttavat sytoplasmaa ja alkavat olla vuorovaikutuksessa solun muodostavien biomolekyylien kanssa, mikä johtaa niiden apoptoosiin.

Siksi kaikkia nanohiukkasia ei voida käyttää aurinkovoidekoostumuksissa, mutta vain niitä, joilla ei ole antibakteerista vaikutusta.

Tämän tyyppisellä ZnO: lla valmistetut tuotteet on tarkoitettu päällystetyillä liukoisilla polymeerimateriaaleilla infektioiden, haavojen, haavaumien, bakteerien ja jopa diabeteksen hoitoon.

Pigmentit ja pinnoitteet

Valkoisena sinkkina tunnettu pigmentti on ZnO, jota lisätään erilaisiin maaleihin ja pinnoitteisiin suojaamaan metallipintoja korroosiosta. Esimerkiksi pinnoitteita, joihin on lisätty ZnO: ta, käytetään suojaamaan galvanoitua rautaa.

Toisaalta näitä päällysteitä on käytetty myös ikkunalasille estämään lämmön tunkeutumista (jos se on ulkopuolella) tai pääsemistä (jos se on sisällä). Samoin se suojaa joitain polymeeri- ja tekstiilimateriaaleja auringonsäteilyn ja lämmön aiheuttamilta pilaantumiselta.

Bioimages

ZnO-nanohiukkasten luminesenssia on tutkittu käytettäväksi biokuvantamisessa, jolloin solujen sisäisiä rakenteita on tutkittu säteilevän sinisen, vihreän tai oranssin valon avulla.

lisäaine

ZnO: ta voidaan käyttää myös lisäaineena kumiin, sementteihin, hammaspuhdistusaineisiin, laseihin ja keramiikkaan, koska sen sulamispiste on alhaisempi ja käyttäytyy siksi juoksevana aineena.

Rikkivetypoistoaine

ZnO poistaa H ₂ S: n epämiellyttävät kaasut auttaen rikin poistamisessa eräistä kaasuhöyryistä:

ZnO + H ₂ S → ZnS + H ₂ O

riskit

Sinkkioksidi on sinänsä myrkytön ja vaaraton yhdiste, joten kiinteän aineen harkittu käsittely ei aiheuta riskiä.

Ongelmana on kuitenkin sen savu, koska vaikka se hajoaa korkeissa lämpötiloissa, sinkkihöyryt päätyvät saastuttamaan keuhkoja ja aiheuttaen eräänlaisen "metallikuumeen". Tälle taudille on ominaista yskä, kuume, tunne rinnassa tiivistyneisyydestä ja jatkuva metallinen maku suussa.

Se ei ole myös syöpää aiheuttava, ja sitä sisältävien voiteiden ei ole osoitettu lisäävän sinkin imeytymistä ihoon, joten ZnO-pohjaisia aurinkovoiteita pidetään turvallisina; ellei esiinny allergisia reaktioita, jolloin sen käyttö tulisi lopettaa.

Tietyillä nanohiukkasilla, jotka on suunniteltu torjumaan bakteereja, näillä voi olla kielteisiä vaikutuksia, jos niitä ei kuljeteta oikein toimintapaikkaansa.

Viitteet

Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. (Neljäs painos). Mc Graw Hill.
Wikipedia. (2019). Sinkkioksidi. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
Hadis Morkoç ja Ümit Özgur. (2009). Sinkkioksidi: Perusteet, materiaalit ja laitetekniikka.. Palautettu osoitteesta: application.wiley-vch.de
Parihar, M. Raja ja R. Paulose. (2018). Lyhyt katsaus sinkkioksidinanohiukkasten rakenteellisista, sähköisistä ja sähkökemiallisista ominaisuuksista.. Palautettu osoitteesta: ipme.ru
A. Rodnyi ja IV Khodyuk. (2011). Sinkkioksidin optiset ja luminesenssiominaisuudet. Palautettu osoitteesta: arxiv.org
Siddiqi, KS, Ur Rahman, A., Tajuddin ja Husen, A. (2018). Sinkkioksidi-nanohiukkasten ominaisuudet ja niiden vaikutus mikrobien kanssa. Nanomittakaavan tutkimuskirjeet, 13 (1), 141. doi: 10.1186 / s11671-018-2532-3
ChemicalSafetyFacts. (2019). Sinkkioksidi. Palautettu osoitteesta: chemicalsafetyfacts.org
Jinhuan Jiang, Jiang Pi ja Jiye Cai. (2018). Sinkkioksidinanohiukkasten edistäminen lääketieteellisissä sovelluksissa. Bioinorganic Chemistry and Applications, voi. 2018, artikkeli ID 1062562, 18 sivua. doi.org/10.1155/2018/1062562

SINKKIOKSIDI (ZNO): RAKENNE, OMINAISUUDET, KÄYTTÖ, RISKIT - KEMIA - 2025