Сульфид кадмия - Cadmium sulfide

Сульфид кадмия
3D модель структуры гавлеита
3D модель структуры гринокита
Сульфид кадмия.jpg
Имена
Другие имена
сульфид кадмия (II)
гринокит
гавлеит
кадмий желтый
Идентификаторы
3D модель (JSmol )
ЧЭБИ
ChemSpider
ECHA InfoCard100.013.771 Отредактируйте это в Викиданных
Номер ЕС
  • 215-147-8
13655
Номер RTECS
  • EV3150000
UNII
Номер ООН2570
Характеристики
CDS
Молярная масса144.47 г · моль−1
ВнешностьТвердое вещество от желто-оранжевого до коричневого.
Плотность4,826 г / см3, твердый.
Температура плавления 1750 ° C (3180 ° F; 2020 K) 10 МПа
Точка кипения 980 ° С (1800 ° F, 1250 К) (сублимация )
нерастворимый[1]
Растворимостьрастворим в кислоте
очень мало растворим в гидроксид аммония
-50.0·10−6 см3/ моль
2.529
Структура
Шестиугольный, Кубический
Термохимия
65 Дж · моль−1· K−1[2]
−162 кДж · моль−1[2]
Опасности
Паспорт безопасностиICSC 0404
Пиктограммы GHSGHS07: ВредноGHS08: Опасность для здоровья
Сигнальное слово GHSОпасность
H302, H341, H350, H361, H372, H413
P201, P202, P260, P264, P270, P273, P281, P301 + 312, P308 + 313, P314, P330, P405, P501
NFPA 704 (огненный алмаз)
точка возгоранияНегорючий
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
7080 мг / кг (крыса, перорально)
NIOSH (Пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
[1910.1027] TWA 0,005 мг / м3 (как Cd)[3]
REL (Рекомендуемые)
Ca[3]
IDLH (Непосредственная опасность)
Ca [9 мг / м3 (как Cd)][3]
Родственные соединения
Другой анионы
Оксид кадмия
Селенид кадмия
Другой катионы
Сульфид цинка
Сульфид ртути
Если не указано иное, данные для материалов приведены в их стандартное состояние (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверитьY проверять (что проверитьY☒N ?)
Ссылки на инфобоксы

Сульфид кадмия это неорганическое соединение с формулой CdS. Сульфид кадмия - твердое вещество желтого цвета.[4] Он встречается в природе с двумя различными кристаллическими структурами как редкие минералы. зеленокит и гавлеит, но более распространен в качестве примесного заместителя в аналогичной структуре цинк руды сфалерит и вюрцит, которые являются основными экономическими источниками кадмия. Как соединение, которое легко выделить и очистить, это основной источник кадмий для всех коммерческих приложений.[4] Его яркий желтый цвет привел к его использованию в качестве пигмента для желтой краски «желтый кадмий» в 18 веке.

Производство

Сульфид кадмия можно получить осаждением из растворимых солей кадмия (II) сульфид-ионом. Эта реакция была использована для гравиметрического анализа и качественный неорганический анализ.[5]
Препаративный путь и последующая обработка продукта влияют на полиморфный форма, которая создается (т. е. кубическая или гексагональная). Утверждалось, что методы химического осаждения приводят к кубическая форма цинковой обманки.[6]

Производство пигмента обычно включает осаждение CdS, промывку твердого осадка для удаления растворимых солей кадмия с последующим прокаливанием (обжигом) для преобразования его в гексагональную форму с последующим измельчением для получения порошка.[7] Когда требуются селениды сульфида кадмия, CdSe осаждается совместно с CdS, и на стадии прокаливания образуется сульфоселенид кадмия.[7]

Сульфид кадмия иногда ассоциируется с сульфатредуцирующими бактериями.[8][9]

Пути к тонким пленкам CdS

Специальные методы используются для производства пленок CdS в качестве компонентов некоторых фоторезисторов и солнечных элементов. в химическое осаждение в ванне методом тонкие пленки CdS были приготовлены с использованием тиомочевина как источник сульфид-анионов и аммоний буферный раствор для контроля pH:[10]

CD2+ + H2O + (NH2)2CS + 2 NH3 → CdS + (NH2)2CO + 2 NH4+

Сульфид кадмия можно получить с использованием эпитаксия из паровой фазы металлоорганических соединений и MOCVD техники по реакции диметилкадмий с диэтилсульфид:[11]

Cd (CH3)2 + Et2S → CdS + CH3CH3 + C4ЧАС10

Другие методы производства пленок CdS включают:

Реакции

Сульфид кадмия растворяется в кислотах.[17]

CdS + 2 HCl → CdCl2 + H2S

При облучении светом растворов сульфидов, содержащих диспергированные частицы CdS, образуется газообразный водород:[18]

ЧАС2S → H2 + S ΔHж = +9,4 ккал / моль

Предлагаемый механизм включает пары электрон / дырка, создаваемые при поглощении падающего света сульфидом кадмия.[19] с последующей реакцией с водой и сульфидом:[18]

Производство электронно-дырочная пара
CdS + hν → е− + отверстие+
Реакция электрона
2e− + 2H2O → H2 + 2OH−
Реакция отверстия
2отверстие+ + S2− → S

Структура и физические свойства

Сульфид кадмия, как и сульфид цинка, две кристаллические формы. Более стабильный шестиугольник вюрцит структура (находится в минерале Гринокит ) и кубический структура цинковой обманки (находится в минерале Хаулеит ). В обеих этих формах атомы кадмия и серы четырехкоординированы.[20] Также существует форма высокого давления со структурой каменной соли NaCl.[20]

Сульфид кадмия является прямым запрещенная зона полупроводник (разрыв 2,42 эВ ).[19] Близость его запрещенной зоны к длинам волн видимого света придает ему цветной вид.[4]
Помимо этого очевидного свойства в результате появляются другие свойства:

Приложения

Пигмент

Желтый сульфид кадмия - пигмент

CdS используется как пигмент из пластмасс, обладающих хорошей термостойкостью, светостойкостью и атмосферостойкостью, химической стойкостью и высокой непрозрачностью.[7] Как пигмент CdS известен как кадмий желтый (Пигмент CI желтый 37).[4][31] По состоянию на 1982 год ежегодно производилось около 2000 тонн кадмия, что составляло около 25% промышленного производства кадмия.[32]

Историческое использование в искусстве

Повсеместная коммерческая доступность сульфида кадмия с 1840-х годов привела к его принятию художниками, особенно Ван Гог, Моне (в его лондонской серии и других работах) и Матисс (Купальщицы у реки 1916–1919).[33] Присутствие кадмия в красках было использовано для обнаружения подделок на картинах, предположительно созданных до XIX века.[34]

CdS-CdSe решения

CdS и CdSe образуют друг с другом твердые растворы. Увеличение количества селенид кадмия дает пигменты, близкие к красному, например пигмент CI оранжевый 20 и пигмент CI красный 108.[31]
Такие твердые растворы входят в состав фоторезисторы (светозависимые резисторы) чувствительны к видимому и ближнему инфракрасному свету.[нужна цитата ]

Безопасность

Сульфид кадмия токсичен, особенно опасен при вдыхании в виде пыли, а соединения кадмия в целом классифицируются как канцерогенный.[35] Проблемы биосовместимость сообщалось, когда CdS используется в качестве цветов в татуировки.[36]

Рекомендации

  1. ^ Лиде, Дэвид Р. (1998). Справочник по химии и физике (87 изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press. С. 4–67, 1363. ISBN  978-0-8493-0594-8.
  2. ^ а б Зумдал, Стивен С. (2009). Химические принципы 6-е изд.. Компания Houghton Mifflin. п. A21. ISBN  978-0-618-94690-7.
  3. ^ а б c Карманный справочник NIOSH по химической опасности. "#0087". Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  4. ^ а б c d Эгон Виберг, Арнольд Фредерик Холлеман (2001) Неорганическая химия, Эльзевьер ISBN  0-12-352651-5
  5. ^ Фред Ибботсон (2007), Химический анализ материалов металлургических заводов,Читать книги, ISBN  1-4067-8113-4
  6. ^ Пол Клочек (1991), Справочник по инфракрасным оптическим материалам, CRC Press ISBN  0-8247-8468-5
  7. ^ а б c Хью Макдональд Смит (2002). Пигменты с высокими эксплуатационными характеристиками. Wiley-VCH. ISBN  978-3-527-30204-8.
  8. ^ Ларри Л. Бартон 1995 Сульфатредуцирующие бактерии, Спрингер, ISBN  0-306-44857-2
  9. ^ Суини, Розамонд Й .; Мао, Чуаньбинь; Гао, Сяося; Берт, Джастин Л .; Белчер, Анджела М .; Георгиу, Джордж; Айверсон, Брент Л. (2004). «Бактериальный биосинтез нанокристаллов сульфида кадмия». Химия и биология. 11 (11): 1553–9. Дои:10.1016 / j.chembiol.2004.08.022. PMID  15556006.
  10. ^ Oladeji, I.O .; Чоу, Л. (1997). «Оптимизация осаждения сульфида кадмия в химической ванне». J. Electrochem. Soc. 144 (7): 7. CiteSeerX  10.1.1.563.1643. Дои:10.1149/1.1837815.
  11. ^ Уда, H; Yonezawa, H; Оцубо, Й; Косака, М; Сономура, Х (2003). «Тонкие пленки CdS, полученные методом химического осаждения из газовой фазы». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы. 75 (1–2): 219. Дои:10.1016 / S0927-0248 (02) 00163-0.
  12. ^ Райсфельд, Р. (2002). «Наноразмерные полупроводниковые частицы в стеклах, полученных золь-гель методом: их оптические свойства и возможности использования». Журнал сплавов и соединений. 341 (1–2): 56. Дои:10.1016 / S0925-8388 (02) 00059-2.
  13. ^ Луна, B; Ли, Дж; Юнг, Х (2006). «Сравнительные исследования свойств пленок CdS, нанесенных на различные подложки методом Р.Ф. распыления». Тонкие твердые пленки. 511–512: 299. Bibcode:2006TSF ... 511..299M. Дои:10.1016 / j.tsf.2005.11.080.
  14. ^ Гото, F; Шираи, Кацунори; Ичимура, Масая (1998). «Уменьшение дефектов в электрохимически осажденных тонких пленках CdS путем отжига в O2". Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы. 50 (1–4): 147. Дои:10.1016 / S0927-0248 (97) 00136-0.
  15. ^ Патент США 4086101 Фотоэлектрические элементы, J.F. Jordan, C.M. Лампкин Дата выпуска: 25 апреля 1978 г.
  16. ^ Патент США 3,208,022 , Фоторезистор высокопроизводительный, Y.T. Сихвонен, дата выпуска: 21 сентября 1965 г.
  17. ^ Wanrooij, P.H.P .; Agarwal, U. S .; Meuldijk, J .; Кастерен, Дж. М. Н. ван; Лемстра, П. Дж. (2006). «Извлечение пигмента CdS из отходов полиэтилена». Журнал прикладной науки о полимерах. 100 (2): 1024. Дои:10.1002 / app.22962.
  18. ^ а б Марио Скьявелло (1985) Фотоэлектрохимия, фотокатализ и фотореакторы: основы и разработки Springer ISBN  90-277-1946-2
  19. ^ а б c Д. Линкот, Гэри Ходс Осаждение полупроводниковых и неметаллических пленок из растворов: Материалы Международного симпозиума Электрохимическое общество, 2006 г. ISBN  1-56677-433-0
  20. ^ а б Уэллс А.Ф. (1984) Структурная неорганическая химия 5-е издание Oxford Science Publications ISBN  0-19-855370-6
  21. ^ Антонио Луке, Стивен Хегедус, (2003), Справочник по фотоэлектрической науке и технике Джон Уайли и сыновья ISBN  0-471-49196-9
  22. ^ Reynolds, D .; Leies, G .; Antes, L .; Марбургер, Р. (1954). «Фотоэлектрический эффект в сульфиде кадмия». Физический обзор. 96 (2): 533. Bibcode:1954ПхРв ... 96..533Р. Дои:10.1103 / PhysRev.96.533.
  23. ^ К. Фуасье, (1994), Люминесценция в Энциклопедии неорганической химии, John Wiley & Sons ISBN  0-471-93620-0
  24. ^ Минкус, Уилфред (1965). «Температурная зависимость пироэлектрического эффекта в сульфиде кадмия». Физический обзор. 138 (4A): A1277 – A1287. Bibcode:1965ПхРв..138.1277М. Дои:10.1103 / PhysRev.138.A1277.
  25. ^ Смит, Роланд (1957). «Низкопольная электролюминесценция в диэлектрических кристаллах сульфида кадмия». Физический обзор. 105 (3): 900. Bibcode:1957ПхРв..105..900С. Дои:10.1103 / PhysRev.105.900.
  26. ^ Акимов Ю А; Буров А А; Дрожбин Ю А; Коваленко, В А; Козлов, С.Е .; Крюкова, И В; Родиченко Г.В. Степанов Б М; Яковлев, В А (1972). "КГП-2: Лазер на сульфиде кадмия с электронно-лучевой накачкой". Советский журнал квантовой электроники. 2 (3): 284. Bibcode:1972QuEle ... 2..284A. Дои:10.1070 / QE1972v002n03ABEH004443.
  27. ^ Агарвал, Ритеш; Баррелет, Карл Дж .; Либер, Чарльз М. (2005). «Лазерная генерация в одиночных оптических резонаторах из сульфида кадмия на нанопроволоке». Нано буквы. 5 (5): 917–920. arXiv:cond-mat / 0412144v1. Bibcode:2005NanoL ... 5..917A. Дои:10.1021 / nl050440u. PMID  15884894.
  28. ^ Zhao, H .; Фарах, Альви; Morel, D .; Ферекидес, К.С. (2009). «Влияние примесей на легирование и летучие органические соединения Cd. Te/ CDS тонкопленочные солнечные элементы ». Тонкие твердые пленки. 517 (7): 2365–2369. Bibcode:2009TSF ... 517.2365Z. Дои:10.1016 / j.tsf.2008.11.041.
  29. ^ Веймер, Пол (1962). «Новый тонкопленочный транзистор TFT». Труды IRE. 50: 1462–1469. Дои:10.1109 / JRPROC.1962.288190.
  30. ^ Чжан, июнь (24 января 2013 г.). «Лазерное охлаждение полупроводника на 40 кельвинов». Природа. 493 (7433): 504–508. Bibcode:2013Натура.493..504Z. Дои:10.1038 / природа11721. PMID  23344360.
  31. ^ а б Р. М. Кристи 2001 Цвет Химия, п. 155 Королевское химическое общество ISBN  0-85404-573-2
  32. ^ Карл-Хайнц Шульте-Шреппинг, Магнус Пискатор «Кадмий и соединения кадмия» в Энциклопедии промышленной химии Ульманна, 2007 Wiley-VCH, Weinheim. Дои:10.1002 / 14356007.a04_499.
  33. ^ Сидни Перковиц, 1998 год, Империя света: история открытий в науке и искусстве Джозеф Генри Пресс, ISBN  0-309-06556-9
  34. ^ У. Стэнли Тафт, Джеймс У. Майер, Ричард Ньюман, Питер Кунихолм, Душан Стулик (2000) Наука живописи, Спрингер, ISBN  0-387-98722-3
  35. ^ Международная карта химической безопасности CDC - Сульфид кадмия АРХИВНАЯ КОПИЯ
  36. ^ Бьорнберг, А. (сентябрь 1963 г.). «Реакции на свет в желтых татуировках от сульфида кадмия». Арка Дерматол. 88 (3): 267–71. Дои:10.1001 / archderm.1963.01590210025003. PMID  14043617.

внешняя ссылка