Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с CdS )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сульфид кадмия
3D модель структуры гавлеита
3D модель структуры гринокита
Сульфид кадмия.jpg
Имена
Другие названия
сульфид кадмия (II),
гринокит,
гавлеит,
желтый кадмий
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
  • InChI = 1S / Cd.S / q + 2; -2 проверятьY
    Ключ: FRLJSGOEGLARCA-UHFFFAOYSA-N проверятьY
  • InChI = 1 / Cd.S / q + 2; -2
    Ключ: FRLJSGOEGLARCA-UHFFFAOYAL
  • мономер: [S-2]. [Cd + 2]
  • гавлеит: [SH + 2] 12 [CdH2-2] [SH + 2] 3 [CdH2-2] [SH + 2] ([CdH-2] 14) [CdH-2] 1 [S + 2] 5 ( [CdH-2] 38) [Cd-2] 26 [SH + 2] 2 [CdH-2] ([S + 2] 4) [SH + 2] 1 [CdH2-2] [SH + 2] 3 [ CdH-2] 2 [S + 2] [CdH-2] ([SH + 2] 6 [CdH-2] ([SH + 2]) [SH + 2] 68) [SH + 2] ([CdH2- 2] 6) [CdH-2] 35
  • гринокит: [CdH2-2] 1 [S + 2] 47 [CdH-2] 2 [S + 2] [CdH-2] 3 [S + 2] 8 ([CdH2-2] [SH + 2] ([ CdH2-2] 4) [CdH2-2] 6) [CdH-2] 4 [S + 2] [CdH-2] 5 [S + 2] 6 ([CdH2-2] 6) [Cd-2] 78 [S + 2] 78 [CdH-2] ([SH + 2] 69) [SH + 2] 5 [CdH2-2] [SH + 2] 4 [CdH-2] 7 [SH + 2] 3 [CdH2 -2] [SH + 2] 2 [CdH-2] 8 [SH + 2] 1 [CdH2-2] 9
  • гринокит: [CdH2-2] 1 [SH + 2] ([CdH2-2] 6) [CdH2-2] [SH + 2] 7 [CdH-2] 2 [S + 2] [Cd-2] 3 ( [S + 2] [CdH-2] 9 [S + 2] 5) [S + 2] 18 [Cd-2] 45 [S + 2] [CdH-2] 5 [SH + 2] 6 [Cd- 2] 78 [S + 2] 78 [CdH2-2] [SH + 2] 5 [CdH2-2] [S + 2] 4 ([CdH2-2] [SH + 2] 9 [CdH2-2] 4) [CdH-2] 7 [S + 2] 34 [CdH2-2] [SH + 2] 2 [CdH2-2] 8
Характеристики
Cd S
Молярная масса144,47  г · моль -1
ПоявлениеТвердое вещество от желто-оранжевого до коричневого.
Плотность4,826 г / см 3 , твердое вещество.
Температура плавления 1750 ° C (3180 ° F; 2020 K) 10 МПа
Точка кипения980 ° С (1800 ° F, 1250 К) ( сублимация )
нерастворимый [1]
Растворимостьрастворим в кислоте
очень мало растворим в гидроксиде аммония
Ширина запрещенной зоны2,42 эВ
-50,0 · 10 −6 см 3 / моль
2,529
Состав
Шестиугольная , Кубическая
Термохимия
Стандартная мольная энтропия ( S o 298 )
65 Дж · моль −1 · K −1 [2]
Std энтальпия формации (Δ F H ⦵ 298 )
−162 кДж · моль −1 [2]
Опасности
Паспорт безопасностиICSC 0404
Пиктограммы GHS
Сигнальное слово GHSОпасность
Положения об опасности GHS
H302 , H341 , H350 , H361 , H372 , H413
Меры предосторожности GHS
P201 , P202 , P260 , P264 , P270 , P273 , P281 , P301 + 312 , P308 + 313 , P314 , P330 , P405 , P501
NFPA 704 (огненный алмаз)
3
0
0
точка возгоранияНе воспламеняется
Смертельная доза или концентрация (LD, LC):
LD 50 ( средняя доза )
7080 мг / кг (крыса, перорально)
NIOSH (пределы воздействия на здоровье в США):
PEL (Допустимо)
[1910.1027] TWA 0,005 мг / м 3 (как Cd) [3]
REL (рекомендуется)
Ca [3]
IDLH (Непосредственная опасность)
Ca [9 мг / м 3 (в виде Cd)] [3]
Родственные соединения
Другие анионы
Оксид
кадмия Селенид кадмия
Другие катионы
Сульфид цинка Сульфид
ртути
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
проверятьY проверить  ( что есть   ?)проверятьY☒N
Ссылки на инфобоксы

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

Производство [ править ]

Сульфид кадмия можно получить осаждением из растворимых солей кадмия (II) сульфид-ионом. Эта реакция была использована для гравиметрического анализа и качественного неорганического анализа . [5]
Препаративный способ и последующая обработка продукта влияют на получаемую полиморфную форму (т. Е. Кубическая или гексагональная). Утверждалось, что методы химического осаждения приводят к кубической форме 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 сульфоселенид кадмия образуется на стадии прокаливания. [7]

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

Пути к тонким пленкам CdS [ править ]

Специальные методы используются для производства пленок CdS в качестве компонентов некоторых фоторезисторов и солнечных элементов. В методе химического осаждения из ванны тонкие пленки CdS были приготовлены с использованием тиомочевины в качестве источника сульфид-анионов и буферного раствора аммония для контроля pH: [10]

Cd 2+ + H 2 O + (NH 2 ) 2 CS + 2 NH 3 → CdS + (NH 2 ) 2 CO + 2 NH 4 +

Сульфид кадмия может быть получен с использованием методов эпитаксии из паровой фазы металлоорганических соединений и методов MOCVD путем реакции диметилкадмия с диэтилсульфидом : [11]

Cd (CH 3 ) 2 + Et 2 S → CdS + CH 3 CH 3 + C 4 H 10

Другие методы производства пленок из CdS включают:

  • Золь – гель методы [12]
  • Распыление [13]
  • Электрохимическое осаждение [14]
  • Распыление соли кадмия-прекурсора, соединения серы и присадки [15]
  • Трафаретная печать с использованием суспензии, содержащей диспергированный CdS [16]

Реакции [ править ]

Сульфид кадмия растворяется в кислотах. [17]

CdS + 2 HCl → CdCl 2 + H 2 S

Когда растворы сульфида, содержащие диспергированные частицы CdS, облучаются светом, образуется газообразный водород: [18]

H 2 S → H 2 + S ΔH f = +9,4 ккал / моль

Предлагаемый механизм включает пары электрон / дырка, возникающие при поглощении падающего света сульфидом кадмия [19] с последующим их взаимодействием с водой и сульфидом: [18]

Создание электронно-дырочной пары
CdS + hν  → e -  + дырка +
Реакция электрона
2e -  + 2H 2 O → H 2  + 2OH -
Реакция дыры
2отверстие +  + S 2− → S

Структура и физические свойства [ править ]

Сульфид кадмия, как и сульфид цинка , имеет две кристаллические формы. Более стабильная гексагональная структура вюрцита (найденная в минерале Гринокит ) и кубическая структура цинковой обманки (найденная в минерале Хавлейт ). В обеих этих формах атомы кадмия и серы четырехкоординированы. [20] Существует также форма высокого давления со структурой каменной соли NaCl. [20]

Сульфид кадмия является полупроводником с прямой запрещенной зоной (ширина запрещенной зоны 2,42 эВ ). [19] Близость его запрещенной зоны к длинам волн видимого света придает ему цветной вид. [4] Помимо этого очевидного свойства, следуют и другие свойства:

  • проводимость увеличивается при облучении, [19] (что приводит к использованию в качестве фоторезистора )
  • в сочетании с полупроводником p-типа он образует основной компонент фотоэлектрического ( солнечного ) элемента, а солнечный элемент CdS / Cu 2 S был одним из первых эффективных элементов, о которых было сообщено (1954 г.) [21] [22].
  • при легировании, например, Cu + (« активатор ») и Al 3+ («соактиватор») CdS люминесцирует при возбуждении электронным пучком ( катодолюминесценция ) и используется в качестве люминофора [23]
  • и полиморфы являются пьезоэлектрическими и гексагональным также пироэлектрической [24]
  • электролюминесценция [25]
  • Кристаллы CdS могут действовать как усиливающая среда в твердотельном лазере [26] [27]
  • В тонкопленочной форме CdS можно комбинировать с другими слоями для использования в некоторых типах солнечных элементов. [28] CdS был также одним из первых полупроводниковых материалов, которые использовались для тонкопленочных транзисторов (TFT). [29] Однако интерес к составным полупроводникам для тонкопленочных транзисторов в значительной степени ослаб после появления технологии аморфного кремния в конце 1970-х годов.
  • Тонкие пленки CdS могут быть пьезоэлектрическими и используются в качестве преобразователей, которые могут работать на частотах в диапазоне ГГц.
  • Наноленты CdS демонстрируют чистое охлаждение из-за аннигиляции фононов во время антистоксовой люминесценции на ~ 510 нм. В результате было продемонстрировано максимальное падение температуры на 40 и 15 К при накачке нанолент лазером с длиной волны 514 или 532 нм. [30]

Приложения [ править ]

Пигмент [ править ]

Желтый сульфид кадмия - пигмент

CdS используется в качестве пигмента в пластмассах, демонстрируя хорошую термостойкость, устойчивость к свету и погодным условиям, химическую стойкость и высокую непрозрачность. [7] В качестве пигмента CdS известен как желтый кадмий (желтый пигмент CI 37). [4] [31] По состоянию на 1982 год ежегодно производилось около 2000 тонн кадмия, что составляет около 25% коммерчески перерабатываемого кадмия. [32]

Историческое использование в искусстве [ править ]

Широкая коммерческая доступность сульфида кадмия с 1840-х годов привела к его принятию художниками, особенно Ван Гогом , Моне (в его лондонских сериях и других работах) и Матиссе ( Купальщицы у реки 1916–1919). [33] Присутствие кадмия в красках использовалось для обнаружения подделок на картинах, предположительно созданных до XIX века. [34]

Решения CdS-CdSe [ править ]

CdS и CdSe образуют друг с другом твердые растворы. Увеличение количества селенида кадмия дает пигменты, близкие к красному, например пигмент CI оранжевый 20 и пигмент CI красный 108. [31]
Такие твердые растворы являются компонентами фоторезисторов (светозависимых резисторов), чувствительных к видимому и ближнему инфракрасному свету. [ необходима цитата ]

Безопасность [ править ]

Сульфид кадмия токсичен, особенно опасен при вдыхании в виде пыли, а соединения кадмия в целом классифицируются как канцерогенные . [35] Сообщалось о проблемах биосовместимости при использовании CdS в качестве красителей в татуировках . [36]

Ссылки [ править ]

  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. ^ a b Zumdahl, Стивен С. (2009). Химические принципы 6-е изд . Компания Houghton Mifflin. п. A21. ISBN 978-0-618-94690-7.
  3. ^ a b c Карманный справочник NIOSH по химической опасности. «# 0087» . Национальный институт охраны труда и здоровья (NIOSH).
  4. ^ a b c d Эгон Виберг, Арнольд Фредерик Холлеман (2001) Неорганическая химия , Elsevier ISBN 0-12-352651-5 
  5. ^ Фред Ибботсон (2007), Химический анализ материалов металлургических заводов, Прочтите книги, ISBN 1-4067-8113-4 
  6. ^ Пол Клочек (1991), Справочник по инфракрасным оптическим материалам, CRC Press ISBN 0-8247-8468-5 
  7. ^ a b 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 , Springer, ISBN 0-306-44857-2 
  9. ^ Суини, Розамонд Y .; 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. DOI : 10.1016 / j.chembiol.2004.08.022 . PMID 15556006 . 
  10. ^ Oladeji, IO; Чоу, Л. (1997). «Оптимизация осаждения сульфида кадмия в химической ванне». J. Electrochem. Soc . 144 (7): 7. CiteSeerX 10.1.1.563.1643 . DOI : 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. DOI : 10.1016 / S0927-0248 (02) 00163-0 .
  12. ^ Reisfeld, R (2002). «Наноразмерные полупроводниковые частицы в стеклах, полученных золь-гель методом: их оптические свойства и возможности использования». Журнал сплавов и соединений . 341 (1-2): 56. DOI : 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 высокочастотного распыления». Тонкие твердые пленки . 511–512: 299. Bibcode : 2006TSF ... 511..299M . DOI : 10.1016 / j.tsf.2005.11.080 .
  14. ^ Goto, F; Шираи, Кацунори; Ичимура, Масая (1998). «Уменьшение дефектов в электрохимически осажденных тонких пленках CdS путем отжига в O 2 ». Материалы для солнечной энергии и солнечные элементы . 50 (1-4): 147. DOI : 10.1016 / S0927-0248 (97) 00136-0 .
  15. ^ Патент США 4,086,101 Фотоэлементы, JF Jordan, CM Lampkin Дата выпуска: 25 апреля 1978
  16. ^ Патент США 3208022 , высокая производительность фоторезистор, YT Sihvonen, дата выпуска: 21 сентября 1965
  17. ^ Ванройдж, PHP; Агарвал, США; Meuldijk, J .; Кастерен, фургон JMN; Лемстра, П.Дж. (2006). «Извлечение пигмента CdS из отходов полиэтилена». Журнал прикладной науки о полимерах . 100 (2): 1024. DOI : 10.1002 / app.22962 .
  18. ^ а б Марио Скьявелло (1985) Фотоэлектрохимия, фотокатализ и фотореакторы: основы и разработки Springer ISBN 90-277-1946-2 
  19. ^ a b c Д. Линкот, Осаждение полупроводниковых и неметаллических пленок химическим раствором Гэри Ходса : Материалы Международного симпозиума Электрохимическое общество, 2006 ISBN 1-56677-433-0 
  20. ^ a b 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 John Wiley and Sons ISBN 0-471-49196-9 
  22. ^ Рейнольдс, Д .; Leies, G .; Antes, L .; Марбургер, Р. (1954). «Фотоэлектрический эффект в сульфиде кадмия». Физический обзор . 96 (2): 533. Полномочный код : 1954PhRv ... 96..533R . DOI : 10.1103 / PhysRev.96.533 .
  23. ^ C. Fouassier, (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 : 1965PhRv..138.1277M . DOI : 10.1103 / PhysRev.138.A1277 .
  25. ^ Смит, Роланд (1957). «Низкопольная электролюминесценция в диэлектрических кристаллах сульфида кадмия». Физический обзор . 105 (3): 900. Bibcode : 1957PhRv..105..900S . DOI : 10.1103 / PhysRev.105.900 .
  26. ↑ Акимов Ю.А. Буров, АА; 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 . DOI : 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 . DOI : 10.1021 / nl050440u . PMID 15884894 . 
  28. ^ Чжао, H .; Фарах, Альви; Morel, D .; Ферекидес, CS (2009). «Влияние примесей на легирование и ЛОС тонкопленочных солнечных элементов Cd Te / CDS». Тонкие твердые пленки . 517 (7): 2365–2369. Bibcode : 2009TSF ... 517.2365Z . DOI : 10.1016 / j.tsf.2008.11.041 .
  29. ^ Веймер, Пол (1962). «Новый тонкопленочный транзистор TFT». Труды ИРЭ . 50 : 1462–1469. DOI : 10.1109 / JRPROC.1962.288190 .
  30. ↑ Чжан, июнь (24 января 2013 г.). «Лазерное охлаждение полупроводника на 40 кельвинов». Природа . 493 (7433): 504–508. Bibcode : 2013Natur.493..504Z . DOI : 10.1038 / nature11721 . PMID 23344360 . 
  31. ^ a b Р. М. Кристи, 2001, Химия цвета , стр. 155 Королевское химическое общество ISBN 0-85404-573-2 
  32. ^ Карл-Хайнц Шульте-Шреппинг, Магнус Пискатор «Кадмий и соединения кадмия» в Энциклопедии промышленной химии Ульмана, 2007 Wiley-VCH, Weinheim. ‹См. Tfd› doi : 10.1002 / 14356007.a04_499 ‹См. Tfd› .
  33. ^ Сидни Перковиц, 1998, Империя Света: История открытий в науке и искусстве Джозеф Генри Пресс, ISBN 0-309-06556-9 
  34. ^ В. Стэнли Тафт, Джеймс У. Майер, Ричард Ньюман, Питер Кунихолм, Душан Стулик (2000) Наука о живописи , Springer, ISBN 0-387-98722-3 
  35. ^ Международная карта химической безопасности CDC - Сульфид кадмия АРХИВНАЯ КОПИЯ
  36. ^ Bjornberg, А (сентябрь 1963). «Реакции на свет в желтых татуировках от сульфида кадмия». Arch Dermatol . 88 (3): 267–71. DOI : 10.1001 / archderm.1963.01590210025003 . PMID 14043617 . 

Внешние ссылки [ править ]

  • Информация о сульфиде кадмия (II) на веб-сайте Webelements
  • Монография МАИР: «Кадмий и соединения кадмия» Последний доступ ноябрь 2005 г.
  • Международная карта химической безопасности 0404
  • Национальный кадастр загрязнителей - кадмий и соединения
  • [1] Отчет Академии медицинских наук главному научному советнику Министерства обороны об испытаниях дисперсии сульфида цинка и кадмия, проведенных в Соединенном Королевстве в период с 1953 по 1964 год.