Оксид цинка

Оксид цинка
Оксид цинка
Общие
Систематическое; наименование	Цинка оксид
Хим. формула	ZnO
Физические свойства
Состояние	твёрдое
Молярная масса	81,408 г/моль
Плотность	5,61 г/см³
Термические свойства
	Температура
• плавления	1975 °C
• сублимации	1800 °C
Мол. теплоёмк.	40,28 Дж/(моль·К)
	Энтальпия
• образования	-350,8 кДж/моль
Давление пара	0 ± 1 мм рт.ст.
Оптические свойства
Показатель преломления	2,015 и 2,068CRC Handbook of Chemistry and Physics. — 92nd. — CRC Press, 2011. — ISBN 978-1439855119.
Структура
Кристаллическая структура	гексагональная сингония, a = 0,32495 нм, c = 0,52069 нм, z = 2
Классификация
Рег. номер CAS	1314-13-2
PubChem	14806
Рег. номер EINECS	215-222-5
SMILES	O=[Zn]
InChI	InChI=1S/O.Zn XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N
RTECS	ZH4810000
ChEBI	ZH4810000
ChemSpider	14122
Безопасность
Предельная концентрация	аэрозоль в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м3; в атмосферном воздухе 0,05 мг/м3
Токсичность	Токсичен, при вдыхании пыли вызывает литейную лихорадку
Фразы риска (R)	R50/53
Фразы безопасности (S)	S60, S61
Краткие характер. опасности (H)	H410
Меры предостор. (P)	P273
Сигнальное слово	осторожно
Пиктограммы СГС
NFPA 704	1 2 0 W
	Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
	Медиафайлы на Викискладе

Окси́д ци́нка (о́кись цинка) $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ${\ce {ZnO}}$ ${\ce {ZnO}}$ — белый кристаллический порошок или бесцветные кристаллы. Кристаллизуется в гексагональной сингонии типа вюрцита. Нерастворим в воде, желтеет при нагревании. В природе встречается в виде минерала цинкита.

Свойства Править

Физические свойства Править

Теплопроводность: 54 Вт/(м·К)^[2].

Оксид цинка является прямозонным полупроводником с шириной запрещённой зоны 3,36 эВ. Естественное смещение стехиометрического отношения в сторону обогащения кислородом придаёт ему электронный тип проводимости.

Эффективная масса носителей заряда m_p 0,59m_e; m_n 0,24m_e.

При нагревании вещество меняет цвет: белый при комнатной температуре, оксид цинка становится жёлтым. Объясняется это уменьшением ширины запрещённой зоны и сдвигом края в спектре поглощения из УФ-области в синюю область видимого спектра.

При температурах 1350—1800 °C оксид цинка сублимируется, сублимация идет через механизм разложения оксида цинка на цинк и кислород в высокотемпературной зоне и образование оксида в низкотемпературной зоне, скорости сублимации зависят от состава газовой среды, в которой она проводится^[3].

Химические свойства Править

Химически оксид цинка амфотерен — реагирует с кислотами с образованием соответствующих солей цинка, при взаимодействии с растворами щелочей образует комплексные три- тетра- и гексагидроксоцинкаты (например, $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ${\ce {Na2[Zn(OH)4],}}$ $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ${\ce {Ba2[Zn(OH)6]}}$ и др.):

\text{[math]}

{\ce {[Zn(OH)3]- + OH- -> [Zn(OH)4]^{2-}.}}

Оксид цинка растворяется в водном растворе аммиака, образуя комплексный аммиакат:

\text{[math]}

{\ce {ZnO + 4NH3 + H2O -> [Zn(NH3)4](OH)2.}}

При сплавлении со щелочами и оксидами некоторых металлов оксид цинка образует цинкаты:

\text{[math]}

{\ce {ZnO + 2NaOH -> Na2ZnO2 + H2O;}}

\text{[math]}

{\ce {ZnO + CoO -> CoZnO2.}}

При сплавлении с оксидом бора и диоксидом кремния оксид цинка образует стеклообразные бораты и силикаты:

\text{[math]}

{\ce {ZnO + B2O3 -> Zn(BO2)2;}}

\text{[math]}

{\ce {ZnO + SiO2 ->ZnSiO3.}}

При смешивании порошка оксида цинка с концентрированным раствором хлорида цинка образуется быстро (за 2—3 минуты) твердеющая масса — цинковый цемент^[4].

Нахождение в природе Править

Известен природный минерал цинкит, состоящий в основном из оксида цинка.

Получение Править

Сжиганием паров цинка в кислороде («французский процесс»).
Термическим разложением некоторых солей цинка:
- ацетата $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ${\ce {Zn(CH3COO)2}}$ ;
- гидроксида $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ${\ce {Zn(OH)2}}$ ;
- карбоната $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ${\ce {ZnCO3}}$ ;
- нитрата $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ${\ce {Zn(NO3)2}}$ .
Окислительным обжигом сульфида $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ${\ce {ZnS}}$ .
С помощью гидротермального синтеза^[5].
Извлечением из пылей и шламов заводов чёрной металлургии, особенно перерабатывающих металлолом (он содержит значительную долю оцинкованного железа).

Применение Править

Оксид цинка широко применяют в химической и фармацевтической промышленности. Применяется в составе зубных паст и цементов в терапевтической стоматологии, в солнцезащитных кремах, в косметических процедурах, в производстве в качестве наполнителя резины, искусственной кожи и резинотехнических изделий. Применяется в шинной, лакокрасочной, нефтеперерабатывающей промышленностях. Оксид цинка применяют при производстве стекла и керамики.

В химической промышленности Править

Активатор вулканизации некоторых типов каучуков.
Вулканизирующий агент хлоропреновых каучуков.
Катализатор получения метанола.
Белый пигмент при производстве красок и эмалей (в настоящее время (2007 год) вытесняется нетоксичным диоксидом титана $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ${\ce {TiO2}}$ ).
Наполнитель и пигмент в производстве:
Добавка к кормам для животных.
В производстве стекла и красок на основе жидкого стекла;
Как один из компонентов преобразователя ржавчины^{[источник не указан 1733 дня]}.

Известно также, что оксид цинка обладает фотокаталитической активностью^[6], что на практике используется для создания самоочищающихся поверхностей, бактерицидных покрытий для стен и потолков в больницах и пр. Для фотокаталитической очистки воды в промышленных масштабах оксид цинка в настоящее время не используется^{[источник не указан 1733 дня]}.

В электронике Править

Оксид цинка применяется для производства варисторов, которые используются в современных ограничителях перенапряжений (ОПН) взамен морально устаревших газонаполненных разрядников.

Кроме того, порошок оксида цинка — перспективный материал в качестве рабочей среды для порошковых лазеров^{[источник не указан 1733 дня]}. На основе оксида цинка в комбинации с нитридом галлия создан светодиод голубого цвета^[7]^[8].

Тонкие плёнки и иные наноструктуры на основе оксида цинка могут применяться как чувствительные газовые и биологические сенсоры^[9]^[10].

Также оксид цинка входит в состав теплопроводных паст, например, пасты КПТ-8.

В медицине Править

В медицине используется в качестве компонента лекарственных средств наружного применения, используемых в дерматологии. Обладает противовоспалительным, подсушивающим, адсорбирующим, вяжущим и антисептическим действием.

Применяют в виде присыпки, мази, пасты, линимента. Является одним из компонентов ряда комплексных дерматологических и косметических препаратов, таких как «Цинковая мазь», «Паста Лассара» и пр.

Фармакологическое действие обусловлено тем, что оксид цинка образует альбуминаты и денатурирует белки. При нанесении на поражённую поверхность уменьшает явления экссудации, воспаления и раздражения тканей, образует защитный барьер от действия раздражающих факторов.

Может применяться при дерматите, в том числе пелёночном, опрелостях, потнице, поверхностных ранах и ожогах (солнечные ожоги, порезы, царапины), язвенных поражениях кожи (трофических язвах), пролежнях, экземе в стадии обострения, простом герпесе, стрептодермии.

Безопасность и токсичность Править

Соединение малотоксично, но его пыль вредна для органов дыхания и может вызвать литейную лихорадку, ПДК в воздухе рабочих помещений — 0,5 мг/м³ (по ГОСТ 10262-73). Пыль соединения может образовываться при термической обработке изделий из латуни и литья медных сплавов, содержащих цинк.

Примечания Править

↑ http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0675.html
↑ Термопрокладки (неопр.). Дата обращения: 8 июля 2012. Архивировано 15 марта 2011 года.
↑ Anthrop, Donald F.; Searcy, Alan W. (1964-08). “Sublimation and Thermodynamic Properties of Zinc Oxide”. The Journal of Physical Chemistry. 68 (8): 2335—2342. DOI:10.1021/j100790a052. eISSN 1541-5740. ISSN 0022-3654. Дата обращения 2020-09-22. Проверьте дату в |date= (справка на английском)
↑ Справочник химика. Цинковый цемент.
↑ S. Baruah and J. Dutta «Review: Hydrothermal growth of ZnO nanostructures» Sci. Technol. Adv. Mater. 10 (2009) 013001 скачать бесплатно (недоступная ссылка)
↑ Alina M. Schimpf, Carolyn E. Gunthardt, Jeffrey D. Rinehart, James M. Mayer, Daniel R. Gamelin. Controlling Carrier Densities in Photochemically Reduced Colloidal ZnO Nanocrystals: Size Dependence and Role of the Hole Quencher (англ.) // Journal of the American Chemical Society. — 2013-11-06. — Vol. 135, iss. 44. — P. 16569–16577. — ISSN 0002-7863. — doi:10.1021/ja408030u.
↑ Liu XY, Shan CX, Zhu H, Li BH, Jiang MM, Yu SF, Shen DZ (September 2015). “Ultraviolet Lasers Realized via Electrostatic Doping Method”. Scientific Reports. 5: 13641. Bibcode:2015NatSR...513641L. DOI:10.1038/srep13641. PMC 4555170. PMID 26324054.
↑ Bakin A, El-Shaer A, Mofor AC, Al-Suleiman M, Schlenker E, Waag A (2007). “ZnMgO-ZnO quantum wells embedded in ZnO nanopillars: Towards realisation of nano-LEDs”. Physica Status Solidi C. 4 (1): 158—161. Bibcode:2007PSSCR...4..158B. DOI:10.1002/pssc.200673557.
↑ Wang HT, Kang BS, Ren F, Tien LC, Sadik PW, Norton DP, Pearton SJ, Lin J (2005). “Hydrogen-selective sensing at room temperature with ZnO nanorods”. Applied Physics Letters. 86 (24): 243503. Bibcode:2005ApPhL..86x3503W. DOI:10.1063/1.1949707.
↑ Tien LC, Sadik PW, Norton DP, Voss LF, Pearton SJ, Wang HT, et al. (2005). “Hydrogen sensing at room temperature with Pt-coated ZnO thin films and nanorods”. Applied Physics Letters. 87 (22): 222106. Bibcode:2005ApPhL..87v2106T. DOI:10.1063/1.2136070.

Литература Править

Перельман В. И. Краткий справочник химика. — М.—Л.: Химия, 1964.
Бовина Л. А. и др. Физика соединений AIIBVI / под ред. А. Н. Георгобиани, М. К. Шейнкмана. — М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. — 319, [1] с.: рис., табл. — 2600 экз.
Статья «Цинка окись» в Большой советской энциклопедии.

Дополнительная литература Править

Özgür Ü., Alivov Ya. I., Liu C., Teke A., Reshchikov M. A., Doğan S., Avrutin V., Cho S.-J., Morkoç H. A comprehensive review of ZnO materials and devices // Journal of Applied Physics. — 2005. — Vol. 98. — P. 041301. — ISSN 00218979. — doi:10.1063/1.1992666.

[_8bb38a1b3e9a61c3-1] ttp://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0675.html

[2] Термопрокладки (неопр.). Дата обращения: 8 июля 2012. Архивировано 15 марта 2011 года.

[3] Anthrop, Donald F.; Searcy, Alan W. (1964-08). “Sublimation and Thermodynamic Properties of Zinc Oxide”. The Journal of Physical Chemistry. 68 (8): 2335—2342. DOI:10.1021/j100790a052. eISSN 1541-5740. ISSN 0022-3654. Дата обращения 2020-09-22. Проверьте дату в |date= (справка на английском)

[4] Справочник химика. Цинковый цемент.

[5] S. Baruah and J. Dutta «Review: Hydrothermal growth of ZnO nanostructures» Sci. Technol. Adv. Mater. 10 (2009) 013001 скачать бесплатно (недоступная ссылка)

[6] Alina M. Schimpf, Carolyn E. Gunthardt, Jeffrey D. Rinehart, James M. Mayer, Daniel R. Gamelin. Controlling Carrier Densities in Photochemically Reduced Colloidal ZnO Nanocrystals: Size Dependence and Role of the Hole Quencher (англ.) // Journal of the American Chemical Society. — 2013-11-06. — Vol. 135, iss. 44. — P. 16569–16577. — ISSN 0002-7863. — doi:10.1021/ja408030u.

[7] Liu XY, Shan CX, Zhu H, Li BH, Jiang MM, Yu SF, Shen DZ (September 2015). “Ultraviolet Lasers Realized via Electrostatic Doping Method”. Scientific Reports. 5: 13641. Bibcode:2015NatSR...513641L. DOI:10.1038/srep13641. PMC 4555170. PMID 26324054.

[8] Bakin A, El-Shaer A, Mofor AC, Al-Suleiman M, Schlenker E, Waag A (2007). “ZnMgO-ZnO quantum wells embedded in ZnO nanopillars: Towards realisation of nano-LEDs”. Physica Status Solidi C. 4 (1): 158—161. Bibcode:2007PSSCR...4..158B. DOI:10.1002/pssc.200673557.

[9] Wang HT, Kang BS, Ren F, Tien LC, Sadik PW, Norton DP, Pearton SJ, Lin J (2005). “Hydrogen-selective sensing at room temperature with ZnO nanorods”. Applied Physics Letters. 86 (24): 243503. Bibcode:2005ApPhL..86x3503W. DOI:10.1063/1.1949707.

[10] Tien LC, Sadik PW, Norton DP, Voss LF, Pearton SJ, Wang HT, et al. (2005). “Hydrogen sensing at room temperature with Pt-coated ZnO thin films and nanorods”. Applied Physics Letters. 87 (22): 222106. Bibcode:2005ApPhL..87v2106T. DOI:10.1063/1.2136070.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

Оксид цинка


Общие
Систематическое наименование	Цинка оксид
Хим. формула	$\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ${\ce {ZnO}}$ ${\ce {ZnO}}$
Физические свойства
Состояние	твёрдое
Молярная масса	81,408 г/моль
Плотность	5,61 г/см³
Термические свойства
Температура
• плавления	1975 °C
• сублимации	1800 °C
Мол. теплоёмк.	40,28 Дж/(моль·К)
Энтальпия
• образования	-350,8 кДж/моль
Давление пара	0 ± 1 мм рт.ст.^[1]
Оптические свойства
Показатель преломления	2,015 и 2,068CRC Handbook of Chemistry and Physics. — 92nd. — CRC Press, 2011. — ISBN 978-1439855119.
Структура
Кристаллическая структура	гексагональная сингония, a = 0,32495 нм, c = 0,52069 нм, z = 2
Классификация
Рег. номер CAS	1314-13-2
PubChem	14806
Рег. номер EINECS	215-222-5
SMILES	O=[Zn]
InChI	InChI=1S/O.Zn XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N
RTECS	ZH4810000
ChEBI	ZH4810000
ChemSpider	14122
Безопасность
Предельная концентрация	аэрозоль в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м³ в атмосферном воздухе 0,05 мг/м³
Токсичность	Токсичен, при вдыхании пыли вызывает литейную лихорадку
Фразы риска (R)	R50/53
Фразы безопасности (S)	S60, S61
Краткие характер. опасности (H)	H410
Меры предостор. (P)	P273
Сигнальное слово	осторожно
Пиктограммы СГС
NFPA 704	1 2 0 W
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Медиафайлы на Викискладе