Oxid zinečnatý

Oxid zinečnatý
Ilustrační obrázek položky Oxid zinečnatý
prášek oxidu zinečnatého
Identifikace
Název IUPAC Oxid zinečnatý
Synonyma

Zinková bílá
Oxid zinečnatý
Trvalá bílá
C.I. 77947
C.I. pigment bílá 4

N O CAS 1314-13-2
Ne o ECHA 100 013 839
Ne o EC 215-222-5
ÚSMĚVY O = [Zn]
PubChem , 3D pohled
InChI InChI: 3D pohled
InChI = 1 / O.Zn / rOZn / c1-2
Vzhled bílý až žlutý prášek
bez zápachu, šestihranné
krystaly
Chemické vlastnosti
Vzorec O ZnZnO
Molární hmotnost 81,38 ± 0,02  g / mol
O 19,66%, Zn 80,36%,
Fyzikální vlastnosti
T. fúze rozklad krystalu při 1 975  ° C , rozklad amorfního tělesa méně stabilní nad 1 800  ° C
Rozpustnost velmi slabý, téměř nulový v čisté vodě.
Rozpustný v kyselině octové zředěné, minerální kyseliny, silné silné alkálie, amoniak, uhličitan amonný a chlorid amonný , avšak nerozpustné v amoniaku kapaliny a ethanolu


Objemová hmotnost 5,6  g · cm -3 pro hexagonální krystal, 5,47  g · cm -3 pro amorfní tělo
Termochemie
S 0 pevný 43,65  ± 0,40  J · K -1 · mol -1
Δ f H 0 pevná látka -350,46  ± 0,27  kJ · mol -1
Δ fus H ° 4470  cal th · mol -1
Elektronické vlastnosti
Zakázané pásmo E gA 3 437  eV (při 1,6 K),

3,37 (při 300 K)

Krystalografie
Typická struktura wurtzite
Optické vlastnosti
Index lomu index 2,008 2,029 (biaxiální)
Opatření
SGH
SGH09: Nebezpečný pro vodní prostředí
Varování H410, P273, P501, H410  : Vysoce toxický pro vodní organismy, s dlouhodobými účinky
P273  : Zabraňte uvolnění do životního prostředí.
P501  : Odstraňte obsah / obal do ...
WHMIS

Nekontrolovaný produktTento produkt není kontrolován podle klasifikačních kritérií WHMIS.

Zveřejnění na 1,0% podle seznamu zveřejněných složek
Poznámka: Chemická identita a koncentrace této složky musí být uvedena na bezpečnostním listu, pokud je přítomna v koncentraci rovné nebo vyšší než 1,0% v kontrole produktu.
Terapeutické úvahy
Terapeutická třída svíravý , ultrafialový filtr
Jednotky SI a STP, pokud není uvedeno jinak.

Oxid zinečnatý je chemická sloučenina z kyslíku a zinku , iontové tělo chemickým vzorcem ZnO.

Prezentace, příprava

Tento oxid, který je téměř nerozpustný ve vodě, je obecně ve formě netavitelného bílého prášku běžně známého jako „bílý zinek“, „zinek bílý“ nebo „zinek květ“. toto práškové bílé tělo bylo dříve pojmenováno pro své načechrané a lehké aspekty v latinském pompholixu , album nihil (nic bílého od alchymistů), lana philosophica (filozofická vlna). Poté byl považován za „netavitelné a pevné“ tělo.

V laboratoři jej lze získat kalcinací uhličitanu zinečnatého nebo dusičnanu zinečnatého , což vyvolává uvolňování oxidu uhličitého a oxidu dusičitého , přičemž tento je mnohem výbušnější.

ZnCO 3 uhličitan zinečnatý (smithsonit) zahřátý na 300  ° C → ZnO prášek + CO 2 oxid uhličitý

Ale jednoduché zahřátí jednoduchého kovového tělesa na červenou, v otevřeném kelímku, dává exotermickou reakcí vločky oxidu zinečnatého, protože páry zinku hoří na vzduchu při teplotě blízké bodu varu. Průmyslový proces v 80. letech 19. století byl založen na tomto principu k získání různých bílých oxidů zinečnatých: kovový zinek umístěný v zemních retortách byl ve skutečnosti silně zahříván a páry zinku byly poté přiváděny do proudu vzduchu. Postupné krabičky sbíraly vločky, první nános tvořil „práškový nebo práškový zinek bílý“, horní vrstva složená z nejlehčích byla nazývána „sněhově bílá“.

Zn kovová pára + 1/2 O 2 kyslíkový plyn ze vzduchu → práškový agregát ZnO s - 698 kJ / mol 

Tato bílá pevná látka může být amorfní nebo krystalická. Oxid zinečnatý s hexagonální krystalovou strukturou je v přírodě přítomen ve formě zinku , minerálu, který často obsahuje mangan a má ve výsledku žluté až červené zabarvení, ale většina použitého oxidu zinečnatého se vyrábí průmyslově ve velkých továrnách.

Krystalografická struktura

Oxid zinečnatý je sloučenina, která může krystalizovat ve formě wurtzite , Blende zinku nebo rocksalt .

Tato specificita souvisí se smíšenou povahou vazeb uvnitř krystalu.

Rozdíl v elektronegativitě mezi atomem kyslíku a atomem zinku staví oxid zinečnatý na hranici mezi polovodičem s kovalentním polárním znakem a polovodičem s iontovým charakterem .

Forma wurtzitu je široce výhodná za normálních teplotních a tlakových podmínek.

Vzniká stohováním rovin záporně nabitých atomů kyslíku a rovin kladně nabitých atomů zinku.

Přesněji řečeno, je složen ze dvou vzájemně se prostupujících podsítí kompaktního hexagonálního typu přeložených vůči sobě navzájem podél osy c. Koeficient překladu je zaznamenán u a v ideálním případě se rovná 0,375.

Oxid zinečnatý krystalizuje v 3 mc P6 prostorové skupině s mřížkovými parametry a = 3,250 Á a c = 5.207 Á .   

Fyzikální vlastnosti

Oxid zinečnatý je za studena bílý, ale za tepla žloutne. Barvení je reverzibilní s teplotou.

Oxid zinečnatý je polovodičové široké pásmo 3,3  eV . Neabsorbuje tedy viditelné světlo, což vysvětluje jeho průhlednost. Ve formě prášku se světlo odráží od povrchu každého krystalu a materiál je proto vnímán jako bílý. V tomto materiálu se však mohou tvořit prázdná místa pro kyslík, zejména při vysokých teplotách, a proto oxid zinečnatý při zahřátí zožltne. Tento efekt se nazývá termochromie .

Oxid zinečnatý dále vykazuje piezoelektrický účinek .

Piezoelektrické vlastnosti

ZnO je jedním z nejpopulárnějších piezoelektrických materiálů díky své silné elektromechanické a piezoelektrické vazbě .

Původ piezoelektřiny pochází z její hexagonální krystalové struktury, která nemá střed symetrie.

Elementární článek se skutečně skládá z hromady kladných a záporných nábojů, lze tam vidět základní elektrický dipól .

Tento dipól má spontánní polarizaci . Pokud použijeme externí omezení, kladné a záporné náboje se budou pohybovat. Dochází k vytvoření piezoelektrické polarizace .

Optické vlastnosti

Defekty v oxidu zinečnatém mohou být nečistoty, defekty krystalinity, rozsáhlé defekty nebo dokonce adsorbované molekuly. Tyto vady významně ovlivní elektronické vlastnosti této sloučeniny.

Optické vlastnosti oxidu zinečnatého lze měřit různými metodami, jako je optická absorpce , propustnost, odraz nebo dokonce fotoluminiscence .

Díky těmto vlastnostem lze předpokládat mnoho aplikací.

Chemické vlastnosti

Oxid zinečnatý je téměř nerozpustný ve vodě . Toto tělo je stabilní bílý pigment, neabsorbuje oxid uhličitý ze vzduchu a je velmi špatně rozpustný v čisté vodě, řádově miliontý v hmotnostním poměru nebo 0,42 × 10 - 3  g na 100  g čisté vody . Vznikají stopy sraženiny hydroxidu zinečnatého Zn (OH) 2, hygroskopické tělo, které absorbuje vodu.

Jedná se však o amfoterní oxid, který je rozpustný v kyselém (ve formě Zn 2+ ) a zásaditém (ve formě zinkatovaných Zn (OH) 4 2- aniontů ).

ZnOje amfoterní, tj. vykazuje jak kyselé, tak zásadité vlastnosti. Je však snáze napadnut v silně kyselém prostředí než v silně zásaditém prostředí.

Oxid zinečnatý je málo napaden silnými zásadami, jako je hydroxid sodný nebo hydroxid draselný. Na druhé straně se v nepřítomnosti vody snadno rozpustí v roztavené suché zásadě.

Oxid zinečnatý, jako suchý hydroxid zinečnatý, uvolňuje ionty zinku Zn 2+ po rozpuštění v silných koncentrovaných kyselinách, jako je kyselina chlorovodíková , kyselina sírová nebo kyselina dusičná .

Oxid zinečnatý je snadno redukovatelný.

ZnO bílý prášek + C s aktivním uhlím zahříváním na bílou červenou při teplotě přibližně 950  ° C → Zn páry stabilní v redukční nebo inertní atmosféře, poté roztavený kov po kondenzaci + plyn CO oxid uhelnatý

Oxid zinečnatý se rozloží, ve smyslu „snižuje sám“, plynný zinek a plynného kyslíku při atmosférickém tlaku a při teplotě 1975  ° C .

Toxicita

Oxid zinečnatý je dobře známá jedovatá látka. Jeho páry jsou velmi nebezpečné. Stopy oxidu zinečnatého uvolněného při svařování kovů způsobují horečku kovů.

Použití ve formě nanočástic

Národní agentura pro bezpečnost léčiv a zdravotnických výrobků , chycen Generální ředitelství pro zdraví (DG) odhaduje, že pronikání oxidu zinečnatého nanočástic byla omezena na povrchové vrstvy zdravou kůži, ale to, že postrádá údaje o poraněné kůže (např po úžeh). Doporučuje také nepoužívat tyto částice na obličej nebo v uzavřených místnostech.

Oxid zinečnatý se vyrábí z par zinku, kterými se získávají malé částice. Tyto částice dodávají opalovacím krémům bílou barvu.

Oxid zinečnatý používaný v opalovacích krémech ničí zooxanthellu , což je mikrořasa nezbytná pro život korálových útesů.

Použití

Používá se v mnoha aplikacích, jako je výroba sklenic , keramiky , při tvorbě eugenátu , ve složení potravin a krémů na opalování.

Je to první stabilní pigmentu v nátěru, který se používá od konce XVIII th  století nahradit olovnaté běloby , nebo olova oxidu PbOna návrh chemik a ledku Jean-Baptiste Courtois , který převzal Guyton de Morveau . Oxid olovnatý je chemická sloučenina, která je určitě mnohem více toxické, což způsobuje bolestivé otrava olovem (koliky), těžké, rychle nevyléčitelná (otrava olovem) a navíc pigment, který snadno zčerná v přítomnosti H 2 Snebo citlivé v médiu organického rozkladu uvolňujícího tento plyn, ale bylo odolnější vůči špatnému počasí. Oxid zinečnatý nebo zinková bílá se stále používá pro olejomalbu. V přítomnosti sulfidů nestmavne nebo velmi málo, protože případně vytvořený sulfid zinečnatý je bílý nebo šedobílý pigment.

Tento pigment ZnOPoužívá se ve sklářském a keramickém průmyslu k přípravě neprůhledných bílých sklenic a emailů. Rovněž se přímo podílí na složení feritů .

Jedná se o výrobek farmaceutického a kosmetického průmyslu, antiseptickým známý v dostatečném předstihu před XIX E  století , kdy chemici lékárníci starala jeho přípravy. Používal se jako prášek nebo se přidával do mastí nebo mastí pro kožní onemocnění. V 80. letech 19. století byl oxid zinečnatý používán na pokožce jako antiperspirant, protože neutralizuje produkci kyselin a ničí největší počet bakterií přítomných na pokožce.

Stále poskytuje ochranu před popáleninami, lze jej použít v zubních cementových přípravcích. Používá se k výrobě zinečnatých mýdel, která se používají jako sikativa nebo fungicidy. Spolu s oxidem titaničitým zůstává oxid zinečnatý v opalovacích krémech zakalujícím a ochranným nábojem.

Jedná se o aktivní zátěž v gumárenském a pneumatikářském průmyslu. Oxid zinečnatý podporuje kinetiku vulkanizace .

Oxid zinečnatý je základní složkou při přípravě formulace, která má jako dávkovou formu prášek. Je třeba poznamenat, že ZnO může vážně dráždit bradavky a části pokožky nejméně keratinem indukcí apoptózy buněk v těchto oblastech.

Dějiny

Použití oxidu zinečnatého v tradiční indické medicíně sahá až do roku 500 př. N. L.

Používal se ve formě léčivých balzámů k léčbě otevřených ran nebo podráždění očí.

Předpokládá se, že oxid zinečnatý je přítomen v Charaka Samhita, která je zakládajícím rukopisem tradiční indické medicíny.

V průběhu XII -tého  století , jsou vytvořeny první oxidu zinečnatého výrobní závody. Počínaje Indii, bude tato technologie pak se přesunout do Číny a pak se rozšířil do Evropy v průběhu XVII -tého  století .

Existují také aplikace v oblastech, jako je střešní krytina , lepidlo , barva nebo dokonce pigmenty . Oxid zinečnatý se však znovu objevil až s příchodem mikro a nanotechnologií.

V XIX th  století , to bylo používáno k přípravě dva typy obrazů, je „Zinek barva bílá“ používaný v interiéru a „malovat oxid zinečnatý“ odolný vůči vlhkému vzduchu.

Od roku 1912 byl oxid zinečnatý studován jako polovodič .

V roce 1960 vedly jeho dobré piezoelektrické vlastnosti k první elektronické aplikaci ve formě tenkých vrstev v zařízeních s akustickými vlnami.

V 85. letech zpomalila obtížnost dopingu ZnO u typu p, to znamená u deficitu elektronů , výzkum tohoto materiálu.

Zájem o oxid zinečnatý se objevil v 90. letech syntézou ZnO v nanometrické formě .

Jemný prášek "zinkové bílé", dříve popsaný, byl rozpuštěn v sušícím oleji, jako je lněný olej . Asi 5 až 10 procent použitého lněného oleje byla předehřátá na 200  ° C . K bílé disperzi zinku / oleje byl přidán oxid manganičitý nebo sůl získaná z oxidu manganičitého. Tato bílá barva zvaná „zinková bílá“ umožňovala dekoraci kamenů, dřeva a kovů uvnitř domů.

Další recept přisuzovaný Soretovi navrhuje směs oxidu zinečnatého a chloridu zinečnatého v koncentrovaném vodném roztoku o teplotě přibližně 58 ° Baumé s velmi omezeným množstvím uhličitanu sodného . Bílá a krycí barva, rychle schnoucí (méně než dvě hodiny po aplikaci), zvaná „oxid zinečnatý“, je odolná vůči vlhkému vzduchu, protože obsahuje bílý oxychlorid zinečnatý, který je nerozpustný i krycí. Tato barva z oxidu zinečnatého byla široce používána ve vojenském přístavu Brest a na ochranu exteriéru skladů, dřevěných budov nebo střech během Belle Époque . Je to také „kovový cement“.

Oxid zinečnatý a dusičnan kobaltu byly použity při přípravě Rinmanova zeleného pigmentu nebo kobaltové zeleně .

ZnO bílý prášek + Co (NO 3 ) 2 ohřev s červeným → (ZnO, CoO) oxidy spojené + 2 NO plyn + 3/2 O 2 plyn

Oxid zinečnatý pro termoelektrickou energii

Thermoelectricity je technologie, která přímo převést proudění tepla na elektrickou energii.

Naopak může spotřebováváním elektrické energie přenášet teplo mezi studeným zdrojem a horkým zdrojem. Toto je princip chlazení nebo tepelného čerpadla.

Existují tři termoelektrické jevy vyplývající ze spojení elektricko-tepelné vodivosti:

Termoelektrický článek se skládá z polovodiče typu n (Ex: ZnO) a polovodiče typu p. Tyto polovodiče jsou zapojeny do série elektricky a paralelně tepelně.

Účinnost termoelektrických zařízení se zvyšuje v závislosti na hodnotě zásluh ZT.

S:

σ: Elektrická vodivost

S: Seebeckův koeficient

K: Tepelná vodivost

Oxid zinečnatý má vysoký Seebeckův koeficient, vysokou tepelnou stabilitu a je netoxický. Je proto velmi užitečný v termoelektřině

Oxid zinečnatý pro fotovoltaiku

Od počátku 90. let 20. století se jako výsledek práce chemika Michaela Gratzela objevila nová technologie zvaná fotocitlivá barviva solárních článků .

Barvené solární články jsou systémy vyrobené z polovodičových materiálů, které mají schopnost přeměňovat sluneční energii na elektrickou energii.

Tato transformace je způsobena fotovoltaickým efektem, který spočívá v zachycení energie přijatých fotonů k uvolnění nosičů náboje z valenčního pásma do vodivého pásma.

Jednou z těchto klíčových součástí je fotoanoda . Skládá se z tenkého filmu širokopásmového polovodiče, jako je ZnO.

Volba polovodiče je nezbytná pro optimalizaci solárních článků. Musí mít různá kritéria:

Dnes je nejpoužívanějším polovodičem ve fotovoltaických článcích oxid titaničitý , TiO 2 .

Velmi slibnou metodou pro vývoj těchto buněk je nahrazení tohoto oxidu nanočásticemi ZnO .

Syntetické cesty nanočástic oxidu zinečnatého se dělí na dvě hlavní části:

ZnO je skutečným konkurentem TiO 2, protože jeho velká morfologická rozmanitost a jeho vnitřní vlastnosti nadále zvyšují účinnost fotokonverze fotovoltaických článků.

Kromě toho má ZnO vysokou mobilitu elektronů, což je příznivé pro transport elektronů.

Podívejte se také

Související články

externí odkazy

Bibliografie

Reference

  1. vypočtená molekulová hmotnost od „  atomové hmotnosti prvků 2007  “ na www.chem.qmul.ac.uk .
  2. OXID ZINCOVÝ , bezpečnostní list (y) Mezinárodního programu pro chemickou bezpečnost , konzultován 9. května 2009
  3. (in) „Oxid zinečnatý“ na NIST / WebBook , přístup 30. května 2010
  4. (in) Bodie E. Douglas, Shih-Ming Ho, Struktura a chemie krystalických pevných látek , Pittsburgh, PA, USA, Springer Science + Business Media, Inc.,2006, 346  s. ( ISBN  0-387-26147-8 )
  5. Indexové číslo 030-013-00-7 v tabulce 3.1 přílohy VI nařízení ES č. 1272/2008 (16. prosince 2008)
  6. „  Oxid zinečnatý  “ v databázi chemických produktů Reptox z CSST (Quebecská organizace odpovědná za bezpečnost a ochranu zdraví při práci), přístup k 24. dubnu 2009
  7. (in) Klingshirn, C., „  ZnO: Material, Physics and Applications  “ , ChemPhysChem , sv.  8, n O  6,2007, str.  782–803 ( PMID  17429819 , DOI  10.1002 / cphc.200700002 )
  8. Marcel De Liedekerke, „2.3. Oxid zinečnatý (zinková bílá): pigmenty, anorganické, 1“ v Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2006, Wiley-VCH, Weinheim. DOI : 10.1002 / 14356007.a20_243.pub2
  9. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2014ISAL0143/these.pdf
  10. EH Kisi a kol. , acta crystallographica C sv. 45, s. 1867 (1989)
  11. U. Ozgur a kol. „Úplný přehled materiálů a zařízení ZnO“ (103 stran) J. Appl. Phys. 98 (2005) 041301
  12. http://ec.europa.eu/health/scientific_committees/opinions_layman/zinc-oxide/fr/index.htm#1
  13. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01270555/document
  14. hydroxid zinečnatý je sraženina získaná rozpustných solí zinku v přítomnosti OH - hydroxylové ionty.
  15. Jacques Mesplède, Termodynamika materiálů, Bréal
  16. Oxid zinečnatý, který je napaden kyselinami, zanechává soli zinku, izomorfní až hořečnaté.
  17. (en) Greenwood, NN; & Earnshaw, A., Chemistry of the Elements , Oxford: Butterworth-Heinemann,1997( ISBN  0-7506-3365-4 )
  18. Výroční zpráva Afssaphttp: //ansm.sante.fr/var/ansm_site/storage/original/application/b4d448c76627d78f5385583a1fc2aa47.pdf
  19. „  Opalovací krémy: jako jed ve vodě  “ Volný přístup , na nouvelleobs.com , L'Obs ,3. srpna 2015(zpřístupněno 17. října 2020 ) .
  20. Amin Boroumand Moghaddam , Mona Moniri , Susan Azizi a Raha Abdul Rahim , „  Ekologické formulované nanočástice oxidu zinečnatého: indukce zadržování a apoptózy buněčného cyklu v buněčné linii rakoviny MCF-7  “, Genes , sv.  8, n o  10,20. října 2017( ISSN  2073-4425 , PMID  29053567 , DOI  10,3390 / genes8100281 , číst online , přístup k 23. říjnu 2017 )