ЦИНК ОКСИД (ИЗГУ): СТРУКТУРА, СВОЈСТВА, УПОТРЕБА, РИЗИЦИ - ХЕМИЈА - 2026

Цинк оксид је неорганско једињење са хемијском формулом ЗнО. Састоји се искључиво од Зн ²⁺ и О ^2- јона у односу 1: 1; међутим, његова кристална решетка може представљати О ² слободан простор, што ствара структурне недостатке који могу мењати боје његових синтетичких кристала.

Комерцијално се добија као прашкасто-бела чврста супстанца (доња слика), која се производи директно оксидацијом металног цинка француским поступком; или подвргавању цинкових руда карботермичкој редукцији, на начин да се њихове паре онда оксидују и на крају скрућују.

Гледајте чашу са цинковим оксидом. Извор: Адам Редзиковски

Остале методе припреме ЗнО састоје се у таложењу његовог хидроксида, Зн (ОХ) ₂ , из водених раствора цинкових соли. Исто тако, морфолошки разнолики танки слојеви или наночестице ЗнО могу се синтетизовати софистициранијим техникама, као што је хемијско таложење његових пара.

Овај метални оксид се у природи налази као минерал цинкит, чији су кристали обично метални нечистоћи жути или наранџасти. ЗнО кристали су карактеристични по томе што су пиезоелектрични, термохромни, луминесцентни, поларни, а такође имају и веома широк енергетски опсег у својим својствима полуводича.

Структурно је изоморфно цинков сулфид, ЗнС, прихватајући хексагоналне и кубичне кристале сличне онима вурзита и смеше. У њима постоји одређени ковалентни карактер у интеракцијама између Зн ²⁺ и О ^2- , што изазива хетерогену расподелу набоја у ЗнО кристалу.

Проучавања својстава и употребе ЗнО простиру се на подручја физике, електронике и биомедицине. Његове најједноставније и свакодневне употребе незапажене су у саставу креме за лице и средстава за личну хигијену, као и у креми за сунчање.

Структура

Полиморфи

ЗнО кристализира у нормалним условима притиска и температуре у шестерокутној структури вурзита. У овој структури, Зн2 ⁺ и О ^2- јони су распоређени у наизменичним слојевима, на начин да сваки завршава окружен тетраедром, са ЗнО ₄ или ОЗн ₄ , респективно.

Такође, користећи „предложак“ или кубични носач, ЗнО се може начинити да се кристализује у кубичну цинкну мешавину; које, попут вурзита, одговарају изоморфним структурама (идентичне у простору, али са различитим јонима) цинк сулфида, ЗнС.

Поред ове две структуре (вурзите и мешавина), ЗнО под високим притисцима (око 10 ГПа) кристализира у структури камене соли, исту као и НаЦл.

Интеракције

Интеракције између Зн ²⁺ и О ^2- представити одређени карактер Цоваленце, за који делимично постоји ковалентна Зн-О бонд (оба атома са сп ³ хибридизација ), и због дисторзије тетрахедра, они манифестују моменат дипола који додаје јонске атракције ЗнО кристала.

Бленде (лево) и вурзите (десно) структура ЗнО. Извор: Габриел Боливар.

Горњу слику имате за визуализацију тетраедра споменутих за ЗнО структуре.

Разлика између структуре бленде и вурзита лежи и у чињеници да посматрани одозго, јони нису помрачени. На пример, у вурзиту су беле сфере (Зн ²⁺ ) управо изнад црвених сфера (О ^2- ). С друге стране, у структури кубичне мешавине то није случај, јер постоје три слоја: А, Б и Ц уместо само два.

Морфологија наночестица

Иако кристали ЗнО имају шестерокутну структуру вурзита, морфологија њихових наночестица је друга прича. У зависности од параметара и метода синтезе, они могу имати такве различите облике као штапови, тањири, лишће, сфере, цвеће, каишеви, игле, између осталог.

Својства

Физичка присутност

Бела пудераста чврста супстанца без мириса и горког укуса. У природи се може наћи кристализирано, са металним нечистоћама, попут минерала цинка. Ако су такви кристали бели, они представљају термохромизам, што значи да када се загреју мењају боју: из беле у жуту.

Исто тако, њени синтетички кристали могу представљати црвенкасту или зеленкасту боју, зависно од њиховог стехиометријског састава кисеоника; другим речима, празнине или слободна места проузроковани недостатком О ^2- аниона директно утичу на начин на који светлост утиче на јонске мреже.

Моларна маса

81.406 г / мол

Тачка топљења

1974 ° Ц На овој температури се подвргава термичкој разградњи ослобађајући паре цинка и молекулски или гасовити кисеоник.

Густина

5,1 г / цм ³

Растворљивост у води

ЗнО је практично нерастворљив у води, једва дајући раствор са концентрацијом од 0,0004% на 18 ° Ц.

Амфотерика

ЗнО може реаговати и са киселинама и са базама. Када реагује са киселином у воденом раствору, растворљивост се повећава формирањем растворљиве соли где Зн ²⁺ завршава комплексирање са молекулама воде: ²⁺ . На пример, реагује са сумпорном киселином да би се створио цинк сулфат:

ЗнО + Х ₂ СО ₄ → ЗнСО ₄ + Х ₂ О

Слично томе, реагује са масним киселинама да формирају њихове одговарајуће соли, попут цинковог стеарата и палмитита.

А када реагује са базом, у присуству воде, формирају се цинкове соли:

ЗнО + 2НаОХ + Х ₂ О → На ₂

Топлотни капацитет

40,3 Ј / К мол

Директни енергетски јаз

3.3 еВ. Ова вредност га чини широкопојасним полуводичем, способним за рад под јаким електричним пољем. Такође има карактеристике полупроводника н-типа, што није објашњено зашто постоји додатна опскрба електрона у његовој структури.

Овај оксид се одликује својим оптичким, звучним и електронским својствима захваљујући којима се сматра кандидатом за потенцијалне примене у вези са развојем оптоелектронских уређаја (сензори, ласерске диоде, фотонапонске ћелије). Разлог за таква својства је изван подручја физике.

Апликације

Лековите

Цинк оксид се користи као додатак у многим белим кремама за лечење иритација на кожи, акни, дерматитиса, огреботина и пукотина. У овој области, његова употреба је популарна за ублажавање иритације изазване пеленама на кожи беба.

Исто тако, састојак је крема за сунчање, јер заједно са наночестицама титановог диоксида, ТиО ₂ , помаже у блокирању сунчевог ултраљубичастог зрачења. Исто тако, делује као средство за згушњавање, због чега се налази у одређеном светлосном саставу, лосиони, емајли, пудери и сапуни.

С друге стране, ЗнО је извор цинка који се користи у додацима исхрани и витаминима, као и у житарицама.

Антибактеријски

Према морфологији његових наночестица, ЗнО се може активирати под ултраљубичастим зрачењем да би се створили водоник пероксиди или реактивне врсте које ослабе ћелијске мембране микроорганизама.

Када се то догоди, преостали наночестице ЗнО браздају цитоплазму и започињу интеракцију са компендијом биомолекула које чине ћелију, што резултира њиховом апоптозом.

Зато се не могу користити све наночестице у кремама за заштиту од сунца, већ само оне којима недостаје антибактеријско деловање.

Производи ове врсте ЗнО дизајнирани су, обложени растворљивим полимерним материјалима, за лечење инфекција, рана, чира, бактерија, па чак и дијабетеса.

Пигменти и премази

Пигмент познат као бели цинк је ЗнО, који се додаје разним бојама и превлакама да би се заштитиле металне површине на којима се наносе од корозије. На пример, премази са додатком ЗнО користе се за заштиту поцинкованог гвожђа.

С друге стране, ови премази се такође користе на прозорском стаклу да спрече продирање топлоте (ако је напољу) или да уђе (ако је унутра). Исто тако, штити неке полимерне и текстилне материјале од пропадања усљед дјеловања сунчевог зрачења и топлине.

Биоимагес

Луминесценција наночестица ЗнО је проучавана како би се користила у биосликавању, чиме су проучаване унутрашње структуре ћелија помоћу плавог, зеленог или наранџастог светла које зраче.

Адитив

ЗнО такође проналази употребу као адитив у гумама, цементима, зубним бојама, чашама и керамикама, због ниже тачке топљења и, према томе, понаша се као средство за стварање флукса.

Средство за уклањање водоник-сулфида

ЗнО-уклања непријатне гасове из Х ₂ С, помажући да се десулфуризе неке испарења:

ЗнО + Х ₂ С → ЗнС + Х ₂ О

Ризици

Цинк оксид као такав је нетоксично и безопасно једињење, тако да опрезно руковање његовом чврстом супстанцом не представља никакав ризик.

Проблем, међутим, лежи у његовом диму, јер иако се на високим температурама распада, испарења цинка на крају контаминирају плућа и изазивају неку врсту „металне грознице“. Ову болест карактеришу симптоми кашља, грознице, осећаја стезања у грудима и сталног металичног укуса у устима.

Такође није канцерогена, а показало се да креме које га садрже не повећавају апсорпцију цинка у кожу, па се сунчане креме на бази ЗнО сматрају безбедним; осим ако нема алергијских реакција, у том случају треба прекинути његову употребу.

Што се тиче одређених наночестица дизајнираних за борбу против бактерија, оне могу имати негативне ефекте ако се не транспортују исправно до места њиховог деловања.

Референце

1. Схивер & Аткинс. (2008). Неорганска хемија . (Четврто издање). Мц Грав Хилл.
2. Википедиа. (2019). Цинк оксид. Опоравак од: ен.википедиа.орг
3. Хадис Моркоц и Умит Озгур. (2009). Цинк оксид: основе, материјали и технологија уређаја. . Опоравак од: апплицатион.вилеи-вцх.де
4. Парихар, М. Раја и Р. Паулосе. (2018). Кратак преглед структурних, електричних и електрохемијских својстава наночестица цинковог оксида. . Опоравак од: ипме.ру
5. А. Роднии и ИВ Хходиук. (2011). Оптичка и луминисценчна својства цинковог оксида. Опоравак од: аркив.орг
6. Сиддики, КС, Ур Рахман, А., Тајуддин, & Хусен, А. (2018). Својства наночестица цинковог оксида и њихова активност против микроба. Нанославе истраживачка писма, 13 (1), 141. дои: 10.1186 / с11671-018-2532-3
7. ЦхемицалСафетиФацтс. (2019). Цинк оксид. Опоравак од: цхемицалсафетифацтс.орг
8. Јинхуан Јианг, Јианг Пи и Јиие Цаи. (2018). Унапређење наночестица цинковог оксида за биомедицинску примену. Биоинорганска хемија и апликације, вол. 2018, број чланка 1062562, 18 страна. дои.орг/10.1155/2018/1062562