SULFURE DE ZINC (ZNS): STRUCTURE, PROPRIÉTÉS ET UTILISATIONS - CHIMIE - 2025

Le sulfure de zinc est un composé inorganique de la formule Z _n S formé par les cations Zn ²⁺ et des anions S ^2-. On le trouve dans la nature principalement sous forme de deux minéraux: la wurtzite et la sphalérite (ou zinc blende), cette dernière étant sa forme principale.

La sphalérite est naturellement de couleur noire en raison de ses impuretés. Dans sa forme pure, il présente des cristaux blancs, tandis que la wurtzite a des cristaux blanc grisâtre.

Source: Par Killerlimpet, de Wikimedia Commons

Le sulfure de zinc est insoluble dans l'eau. Il peut causer des dommages à l'environnement, car il pénètre dans le sol et contamine les eaux souterraines et ses courants.

Le sulfure de zinc peut être produit, entre autres réactions, par corrosion et par neutralisation.

Par corrosion:

Zn + H ₂ S => ZnS + H ₂

Par neutralisation:

H ₂ S + Zn (OH) ₂ => ZnS + 2H ₂ O

Le sulfure de zinc est un sel phosphorescent, ce qui lui donne la capacité de multiples utilisations et applications. En outre, il s'agit d'un semi-conducteur et d'un photocatalyseur.

Structure

Le sulfure de zinc adopte des structures cristallines régies par des attractions électrostatiques entre le cation Zn ²⁺ et l'anion S ². Ce sont deux: la sphalérite ou la blende de zinc et la wurzite. Dans les deux cas, les ions minimisent les répulsions entre les ions de charges égales.

La blende de zinc est la plus stable dans les conditions terrestres de pression et de température; et la wurzite, qui est moins dense, résulte d'un réarrangement cristallin dû à une température accrue.

Les deux structures peuvent coexister dans le même solide ZnS en même temps bien que, très lentement, la wurzite finisse par dominer.

Blende de zinc

Source: par Solid State, de Wikimedia Commons

L'image du haut montre la cellule unitaire cubique centrée sur les faces de la structure de zinc blende. Les sphères jaunes correspondent aux anions S ² et les sphères grises aux cations Zn ²⁺, situées dans les coins et au centre des faces du cube.

Notez les géométries tétraédriques autour des ions. La blende de zinc peut également être représentée par ces tétraèdres, dont les trous à l'intérieur du cristal ont la même géométrie (trous tétraédriques).

De même, dans les cellules unitaires, la proportion de ZnS est remplie; c'est-à-dire un rapport 1: 1. Ainsi, pour chaque cation Zn ^2+, il existe un anion S ². Dans l'image, il peut sembler que les sphères grises sont abondantes, mais en réalité, puisqu'elles sont dans les coins et au centre des faces du cube, elles sont partagées par d'autres cellules.

Par exemple, si vous prenez les quatre sphères jaunes qui se trouvent à l'intérieur de la boîte, les «morceaux» de toutes les sphères grises qui l'entourent devraient être égaux (et ils le font) quatre. Ainsi, dans la cellule unitaire cubique, il y a quatre Zn ²⁺ et quatre S ^2-, le rapport stoechiométrique ZnS étant satisfait.

Il est également important de souligner qu'il existe des trous tétraédriques devant et derrière les sphères jaunes (l'espace qui les sépare les unes des autres).

Wurzita

Source: par Solid State, de Wikimedia Commons

Contrairement à la structure du zinc blende, la wurzite adopte un système cristallin hexagonal (image du haut). C'est moins compact, donc le solide a une densité plus faible. Les ions de la wurzite ont également un environnement tétraédrique et un rapport 1: 1 qui correspond à la formule ZnS.

Propriétés

Couleur

Il peut être présenté de trois manières:

-Wurtzite, avec cristaux blancs et hexagonaux.

-La sphalérite, avec des cristaux blanc grisâtre et des cristaux cubiques.

-En poudre blanche à blanc grisâtre ou jaunâtre et cristaux cubiques jaunâtres.

Point de fusion

1700 ° C

Solubilité dans l'eau

Pratiquement insoluble (0,00069 g / 100 ml à 18 ° C).

Solubilité

Insoluble dans les alcalis, soluble dans les acides minéraux dilués.

Densité

Sphalérite 4,04 g / cm ³ et wurtzite 4,09 g / cm ³.

Dureté

Il a une dureté de 3 à 4 sur l'échelle de Mohs.

Stabilité

Lorsqu'il contient de l'eau, il s'oxyde lentement en sulfate. Dans un environnement sec, il est stable.

Décomposition

Lorsqu'il est chauffé à des températures élevées, il émet des vapeurs toxiques d'oxydes de zinc et de soufre.

Nomenclature

La configuration électronique de Zn est 3d ¹⁰ 4s ². En perdant les deux électrons de l'orbitale 4s, il reste comme le cation Zn ²⁺ avec ses orbitales d remplies. Par conséquent, puisque Zn ²⁺ est électroniquement beaucoup plus stable que Zn ⁺, il n'a qu'une valence de +2.

Par conséquent, pour la nomenclature du stock, l'ajout de sa valence entre parenthèses et avec des chiffres romains est omis: sulfure de zinc (II).

Nomenclatures systématiques et traditionnelles

Mais il existe d'autres moyens d'appeler ZnS en plus de celui déjà mentionné. En systématique, le nombre d'atomes de chaque élément est spécifié avec les numérateurs grecs; à la seule exception de l'élément à droite lorsqu'il n'en est qu'un. Ainsi, le ZnS est nommé ainsi: mono sulfure de zinc (et non monosulfure de monozinc).

Par rapport à la nomenclature traditionnelle, le zinc ayant une seule valence de +2 est ajouté en ajoutant le suffixe –ico. Par conséquent, son nom traditionnel est: sulfure de zinc ico.

Applications

Comme pigments ou revêtements

-Sachtolith est un pigment blanc à base de sulfure de zinc. Il est utilisé dans les calfeutrants, les mastics, les mastics, les sous-couches, les peintures au latex et la signalisation.

Son utilisation en combinaison avec des pigments absorbant la lumière ultraviolette, tels que des pigments de micro-titane ou d'oxyde de fer transparent, est nécessaire dans les pigments résistants aux intempéries.

-Lorsque le ZnS est appliqué sur des peintures au latex ou texturées, il a une action microbicide prolongée.

-En raison de sa grande dureté et de sa résistance à la casse, à l'érosion, à la pluie ou à la poussière, il convient aux fenêtres infrarouges extérieures ou aux châssis d'avions.

-ZnS est utilisé dans le revêtement des rotors utilisés dans le transport des composés, pour réduire l'usure. Il est également utilisé dans la production d'encres d'imprimerie, de composés isolants, de pigmentation thermoplastique, de plastiques ignifuges et de lampes électroluminescentes.

-Le sulfure de zinc peut être transparent et peut être utilisé comme fenêtre pour les optiques visibles et les optiques infrarouges. Il est utilisé dans les appareils de vision nocturne, les écrans de télévision, les écrans radar et les revêtements fluorescents.

-Le dopage de ZnS avec Cu est utilisé dans la production de panneaux d'électroluminescence. En outre, il est utilisé dans la propulsion de fusées et la gravimétrie.

Pour sa phosphorescence

-Sa phosphorescence est utilisée pour teinter les aiguilles de l'horloge et ainsi afficher l'heure dans l'obscurité; également dans la peinture pour jouets, dans les panneaux de signalisation et les avertissements routiers.

La phosphorescence permet l'utilisation de sulfure de zinc dans les tubes cathodiques et les écrans à rayons X pour briller dans les taches sombres. La couleur de la phosphorescence dépend de l'activateur utilisé.

Semi-conducteur, photocatalyseur et catalyseur

-La sphalérite et la wurtzite sont des semi-conducteurs à fente à large bande. La sphalérite a une bande interdite de 3,54 eV, tandis que la wurtzite a une bande interdite de 3,91 eV.

-ZnS est utilisé dans la préparation d'un photocatalyseur composé de CdS - ZnS / zirconium - phosphate de titane utilisé pour la production d'hydrogène sous lumière visible.

-Il intervient comme catalyseur de la dégradation des polluants organiques. Il est utilisé dans la préparation d'un synchroniseur de couleur dans les lampes LED.

-Ses nanocristaux sont utilisés pour la détection ultrasensible des protéines. Par exemple, en émettant de la lumière à partir de points quantiques de ZnS. Il est utilisé dans la préparation d'un photocatalyseur combiné (CdS / ZnS) -TiO2 pour la production électrique par photoélectrocatalyse.

Références

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6. Chimie LibreTexts. (22 janvier 2017). Structure-Zinc Blende (ZnS). Tiré de: chem.libretexts.org
7. Reade. (2018). Sulfure de zinc / sulfure de zinc (ZnS). Tiré de: reade.com