ZINC OXIDE (ZNO): ISTRAKTURA, MGA KATANGIAN, GAMIT, PANGANIB - CHEMISTRY - 2025

Ang zinc oxide ay isang inorganic compound na may kemikal na formula ZnO. Ito ay binubuo lamang ng Zn ²⁺ at O ^2- ion sa isang 1: 1 ratio; gayunpaman, ang mala-kristal na lattice na ito ay maaaring magpakita ng O ^2- bakante , na nagbibigay ng pagtaas sa mga istraktura ng istruktura na may kakayahang baguhin ang mga kulay ng mga sintetikong kristal.

Nakuha ito sa komersyo bilang isang pulbos na puting solid (ibabang imahe), na kung saan ay direktang ginawa mula sa oksihenasyon ng metal na zinc ng Proseso ng Pransya; o sumasailalim ng zinc ores sa pagbawas ng karbohmetiko, sa paraang ang kanilang mga vapors pagkatapos ay mag-oxidize at magtatapos ng solidifying.

Panoorin ang baso na may sink oksido. Pinagmulan: Adam Rędzikowski

Ang iba pang mga pamamaraan ng paghahanda ng ZnO ay binubuo ng pag-uunlad ng hydroxide nito, Zn (OH) ₂ , mula sa may tubig na solusyon ng mga asing-gamot. Gayundin, ang iba't ibang mga morphologically na manipis na pelikula o nanoparticles ng ZnO ay maaaring synthesize gamit ang mas sopistikadong pamamaraan tulad ng kemikal na pagpapalaglag ng kanilang mga singaw.

Ang metal oxide na ito ay matatagpuan sa kalikasan bilang mineral zincite, na ang mga kristal ay karaniwang dilaw o orange dahil sa mga impurities ng metal. Ang mga kristal ng ZnO ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagiging piezoelectric, thermochromic, luminescent, polar, at din sa pamamagitan ng pagkakaroon ng isang napaka-malawak na band ng enerhiya sa kanilang mga katangian ng semiconductor.

Sa istruktura, ito ay isomorphic sa sink sulphide, ZnS, pag-ampon ng hexagonal at cubic crystals na katulad ng mga wurzite at blende, ayon sa pagkakabanggit. Sa mga ito ay may isang tiyak na covalent character sa mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng Zn ²⁺ at O ^2- , na nagiging sanhi ng isang heterogenous na pamamahagi ng mga singil sa kristal ng ZnO.

Ang mga pag-aaral ng mga katangian at paggamit ng ZnO ay umaabot sa mga larangan ng pisika, elektronika at biomedicine. Ang pinakasimpleng at pinaka-pang-araw-araw na paggamit ay napapansin sa komposisyon ng mga facial creams at mga personal na produkto sa kalinisan, pati na rin sa sunscreen.

Istraktura

Polymorphs

Ang ZnO ay nag-crystallize sa ilalim ng normal na presyon at mga kondisyon ng temperatura sa isang hexagonal wurzite na istraktura. Sa istrukturang ito, ang Zn ²⁺ at O ^2- ion ay nakaayos sa mga alternatibong layer, sa paraang ang bawat isa ay nagtatapos napapaligiran ng isang tetrahedron, kasama ang ZnO ₄ o OZn ₄ , ayon sa pagkakabanggit.

Gayundin, gamit ang isang "template" o kubiko na suporta, ang ZnO ay maaaring gawin upang ma-crystallize sa isang cubic zinc blende na istraktura; na, tulad ng wurzite, ay tumutugma sa mga istruktura ng isomorphic (magkapareho sa espasyo ngunit may iba't ibang mga ion) ng zinc sulfide, ZnS.

Bilang karagdagan sa mga dalawang istrukturang ito (wurzite at blende), ang ZnO sa ilalim ng mataas na presyur (sa paligid ng 10 GPa) ay nag-crystallize sa istruktura ng salt salt, kapareho ng sa NaCl.

Pakikipag-ugnay

Ang mga pakikipag-ugnayan sa pagitan ng Zn ²⁺ at O ^2- ipakita ang isang tiyak na katangian ng covalence, kung saan mayroong bahagyang isang covalent Zn-O bond (parehong mga atom na may sp ³ hybridization ), at dahil sa pagbaluktot ng tetrahedra, nagpapakita sila ng isang sandali dipole na nagdaragdag sa mga ionik na atraksyon ng mga kristal ng ZnO.

Blende (kaliwa) at wurzite (kanan) na istraktura ng ZnO. Pinagmulan: Gabriel Bolívar.

Mayroon kang itaas na imahe upang mailarawan ang tetrahedra na nabanggit para sa mga istruktura ng ZnO.

Ang pagkakaiba sa pagitan ng mga blenda at wurzite na istruktura ay nakasalalay din sa nakikita mula sa itaas, ang mga ions ay hindi nakalabas. Halimbawa, sa wurzite, ang mga puting spheres (Zn ²⁺ ) ay makikita lamang sa itaas ng mga pulang spheres (O ^2- ). Sa kabilang banda, sa istraktura ng cubic blende hindi ito nangyayari dahil mayroong tatlong layer: A, B at C sa halip na dalawa lamang.

Ang morpolohiya ng nanoparticle

Bagaman ang mga kristal ng ZnO ay may posibilidad na magkaroon ng hexagonal wurzite na istruktura, ang morpolohiya ng kanilang nanoparticle ay isa pang kwento. Nakasalalay sa mga parameter at pamamaraan ng synthesis, ang mga ito ay maaaring kumuha ng mga iba't ibang anyo bilang mga tungkod, plato, dahon, spheres, bulaklak, sinturon, karayom, bukod sa iba pa.

Ari-arian

Pisikal na hitsura

Walang amoy, puting pulbos na solid na may mapait na lasa. Sa kalikasan maaari itong matagpuan na crystallized, na may mga impurities ng metal, tulad ng mineral na zincite. Kung ang gayong mga kristal ay puti, ipinapakita nila ang thermochromism, na nangangahulugang kapag pinainitan sila ay nagbabago ang kanilang kulay: mula puti hanggang dilaw.

Gayundin, ang mga sintetikong kristal ay maaaring magpakita ng mapula-pula o berde na mga kulay depende sa kanilang komposisyon ng stoichiometric na oxygen; sa madaling salita, ang mga gaps o bakante na dulot ng kakulangan ng O ^2- direktang direktang nakakaapekto sa paraan kung saan nakikipag-ugnay ang ilaw sa mga network ng ionik.

Mass ng Molar

81.406 g / mol

Temperatura ng pagkatunaw

1974 ° C. Sa temperatura na ito ay sumasailalim sa thermal decomposition na naglalabas ng mga vapors ng zinc at molekular o gas na oxygen.

Density

5.1 g / cm ³

Pagkakatunaw ng tubig

Ang ZnO ay halos hindi malulutas sa tubig, bahagya na nagbibigay ng mga solusyon sa isang konsentrasyon na 0.0004% sa 18ºC.

Amphotericism

Ang ZnO ay maaaring gumanti sa parehong mga acid at base. Kapag ito ay tumugon sa isang asido sa may tubig na solusyon, ang kakayahang solubility nito ay nagdaragdag sa pamamagitan ng pagbubuo ng isang natutunaw na asin kung saan nagtatapos ang Zn ^{2+ na} kumplikado ng mga molekula ng tubig: ²⁺ . Halimbawa, ito ay tumugon sa sulfuric acid upang makagawa ng sink sulfate:

ZnO + H ₂ KAYA ₄ → ZnSO ₄ + H ₂ O

Katulad nito, tumugon ito sa mga fatty acid upang mabuo ang kani-kanilang mga asing-gamot, tulad ng zinc stearate at palmitate.

At kapag ito ay reaksyon sa isang base, sa pagkakaroon ng tubig, ang mga zinc salts ay nabuo:

ZnO + 2NaOH + H ₂ O → Na ₂

Kapasidad ng init

40.3 J / K mol

Direktang agwat ng enerhiya

3.3 eV. Ang halagang ito ay ginagawang isang broadband semiconductor, na may kakayahang gumana sa ilalim ng matinding electric field. Mayroon din itong mga katangian ng pagiging isang n-type semiconductor, na hindi pa ipinaliwanag kung bakit mayroong isang labis na supply ng mga electron sa istraktura nito.

Ang oxide na ito ay nakikilala sa pamamagitan ng mga optical, acoustic at electronic na pag-aari, salamat sa kung saan ito ay itinuturing na isang kandidato para sa mga potensyal na aplikasyon na nauugnay sa pag-unlad ng mga aparato ng optoelectronic (sensor, laser diode, photovoltaic cells). Ang dahilan para sa naturang mga katangian ay lampas sa larangan ng pisika.

Aplikasyon

Gamot

Ang zinc oxide ay ginamit bilang isang additive sa maraming mga puting cream upang gamutin ang mga pangangati sa balat, acnes, dermatitis, abrasions at bitak. Sa lugar na ito, ang paggamit nito ay popular upang mapawi ang pangangati na dulot ng mga lampin sa balat ng mga sanggol.

Gayundin, ito ay isang sangkap ng sunscreens, dahil kasama ang titanium dioxide nanoparticles, TiO ₂ , nakakatulong itong harangan ang ultraviolet radiation ng araw.Gayon din, ito ay kumikilos bilang isang pampalapot na ahente, kung bakit ito matatagpuan sa ilang mga light make-up, lotion, enamels, pulbos at sabon.

Sa kabilang banda, ang ZnO ay isang mapagkukunan ng sink na ginagamit sa mga pandagdag sa pandiyeta at mga produktong bitamina, pati na rin sa mga butil.

Antibacterial

Ayon sa morpolohiya ng nanoparticle nito, ang ZnO ay maaaring maisaaktibo sa ilalim ng radiation ng ultraviolet upang makabuo ng hydrogen peroxides o reactive species na nagpapahina sa mga lamad ng mga microorganism.

Kapag nangyari ito, ang natitirang ZnO nanoparticles ay umuurong sa cytoplasm at nagsisimulang makipag-ugnay sa compendium ng biomolecules na bumubuo sa cell, na nagreresulta sa kanilang apoptosis.

Iyon ang dahilan kung bakit hindi lahat ng nanoparticle ay maaaring magamit sa mga komposisyon ng sunscreen, ngunit ang mga kulang sa aktibidad na antibacterial.

Ang mga produktong may ganitong uri ng ZnO ay inilaan, pinahiran ng mga natutunaw na materyales na polymeric, upang gamutin ang mga impeksyon, sugat, ulser, bakterya at kahit na diyabetis.

Mga pigment at coatings

Ang pigment na kilala bilang puting zinc ay ZnO, na idinagdag sa iba't ibang mga pintura at coatings upang maprotektahan ang mga ibabaw ng metal kung saan inilapat ang mga ito mula sa kaagnasan. Halimbawa, ang mga coatings na may idinagdag ZnO ay ginagamit upang maprotektahan ang galvanized iron.

Sa kabilang banda, ang mga coatings na ito ay ginamit din sa window glass upang maiwasan ang init mula sa pagtagos (kung nasa labas ito) o pagpasok (kung nasa loob ito). Gayundin, pinoprotektahan nito ang ilang mga materyales na polymeric at hinabi mula sa pagkasira dahil sa pagkilos ng solar radiation at heat.

Mga Bioimages

Ang maliwanag ng ZnO nanoparticle ay pinag-aralan para magamit sa bioimaging, sa gayon pag-aaral ang mga panloob na istruktura ng mga cell sa pamamagitan ng mga asul, berde o orange na ilaw na sumasalamin.

Madagdagan

Natagpuan din ng ZnO ang paggamit bilang isang additive sa mga basura, semento, dentifrice, baso at keramika, dahil sa mas mababang punto ng pagtunaw at, samakatuwid, ang pag-uugali bilang isang ahente ng fluxing.

Hydrogen sulfide remover

Tinatanggal ng ZnO ang hindi kasiya-siyang mga gas ng H ₂ S, na tumutulong upang mapawi ang ilang mga fume ng gas:

ZnO + H ₂ S → ZnS + H ₂ O

Mga panganib

Ang zinc oxide tulad nito ay isang hindi nakakalason at hindi nakakapinsalang tambalang, kaya ang maingat na paghawak ng solid nito ay hindi kumakatawan sa anumang panganib.

Ang problema, gayunpaman, ay namamalagi sa usok nito, dahil bagaman sa mataas na temperatura ay nabubulok ito, ang mga zap vapors ay nagtatapos sa kontaminadong mga baga at nagdudulot ng isang uri ng "metal fever". Ang sakit na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga sintomas ng ubo, lagnat, isang pakiramdam ng higpit sa dibdib, at isang palaging metallic na lasa sa bibig.

Hindi rin ito carcinogenic, at ang mga cream na naglalaman nito ay hindi ipinakita upang madagdagan ang pagsipsip ng zinc sa balat, kaya ang mga sunncreens na nakabase sa ZnO ay itinuturing na ligtas; maliban kung may mga reaksiyong alerdyi, kung saan ang paggamit nito ay dapat itigil.

Tungkol sa ilang mga nanoparticle na idinisenyo upang labanan ang bakterya, ang mga ito ay maaaring magkaroon ng negatibong epekto kung hindi sila maipadala nang tama sa kanilang site na aksyon.

Mga Sanggunian

1. Shiver & Atkins. (2008). Diorganikong kimika. (Ikaapat na edisyon). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Zinc oxide. Nabawi mula sa: en.wikipedia.org
3. Hadis Morkoç at Ümit Özgur. (2009). Zinc Oxide: Mga Batayan, Teknolohiya at Teknolohiya ng aparato. . Nabawi mula sa: application.wiley-vch.de
4. Parihar, M. Raja at R. Paulose. (2018). Ang isang maikling pagsusuri ng istruktura, elektrikal at electrochemical na mga katangian ng zinc oxide nanoparticles. . Nabawi mula sa: ipme.ru
5. A. Rodnyi at IV Khodyuk. (2011). Mga Optical at Luminescence Properties ng Zinc Oxide. Nabawi mula sa: arxiv.org
6. Siddiqi, KS, Ur Rahman, A., Tajuddin, & Husen, A. (2018). Mga Katangian ng Zinc Oxide Nanoparticles at ang kanilang Aktibidad Laban sa Microbes. Mga titik ng pananaliksik ng Nanoscale, 13 (1), 141. doi: 10.1186 / s11671-018-2532-3
7. ChemicalSafetyFact. (2019). Zinc Oxide. Nabawi mula sa: chemicalafetyfacts.org
8. Jinhuan Jiang, Jiang Pi, at Jiye Cai. (2018). Ang Pagsulong ng Zinc Oxide Nanoparticles para sa Biomedical Application. Bioinorganic Chemistry at Aplikasyon, vol. 2018, Article ID 1062562, 18 na pahina. doi.org/10.1155/2018/1062562