Կադմիումի սուլֆիդ
Ենթակատեգորիա | քիմիական միացություն ![]() | |
---|---|---|
Զանգված | 145,8754295 զանգվածի ատոմական միավոր ![]() | |
Քիմիական բանաձև | CdS ![]() | |
SMILES կանոնավոր բանաձև | [S-2].[Cd+2] ![]() | |
Safety classification and labelling | NFPA 704: Standard System for the Identification of the Hazards of Materials for Emergency Response ![]() | |
Կազմված է | կադմիում, ծծումբ ![]() |
Կադմիումի սուլֆիդ, անօրգանական միացություն՝ CdS բանաձևով: Կադմիումի սուլֆիդը դեղին աղ է[1]: Բնության մեջ այն հանդիպում է երկու տարբեր բյուրեղային կառուցվածքներով, ինչպիսիք են հազվագյուտ միներալները՝ գրինոկիտը և հալեյիտը, բայց ավելի տարածված է որպես կեղտաջրերի փոխարինող նմանատիպ կառուցվածք ունեցող ցինկի հանքաքարերի սֆալերիտի և վուրցիտի մեջ, որոնք կադմիումի հիմնական տնտեսական աղբյուրներն են: Որպես միացություն, որը հեշտ է մեկուսացնել և մաքրել, այն կադմիումի հիմնական աղբյուրն է բոլոր առևտրային կիրառությունների համար[1]: Նրա վառ դեղին գույնը հանգեցրեց նրան, որ 1800-ականներին այն ընդունվեց որպես «կադմիում դեղին» դեղին ներկի գունանյութ:
Ստացում
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Կադմիումի սուլֆիդը կարող է պատրաստվել սուլֆիդային իոնով լուծվող կադմիումի (II) աղերի տեղումներից: Այս ռեակցիան օգտագործվել է գրավիմետրիկ և որակական անօրգանական անալիզի համար[2]:
Նախապատրաստական ուղին և արտադրանքի հետագա մշակումը ազդում է արտադրվող պոլիմորֆ ձևի վրա (այսինքն՝ խորանարդ կամ վեցանկյունի): Պնդվում է, որ քիմիական տեղումների եղանակները հանգեցնում են ցինկբլենդի խորանարդ ձևի:[3]
Գունանյութի արտադրությունը սովորաբար ներառում է CdS-ի նստեցում, պինդ նստվածքի լվացում` կադմիումի լուծվող աղերը հեռացնելու համար, որին հաջորդում է կալցինացումը (թրծումը)` այն վերածելու վեցանկյուն ձևի, որին հաջորդում է մանրացում` փոշի արտադրելու համար[4]: Երբ կադմիումի սուլֆիդային սելենիդները պահանջվում են, CdSe-ը CdS-ի հետ միաժամանակ նստեցվում է, և կադմիումի սուլֆոսելենիդը ստեղծվում է կալցինացման փուլի ընթացքում[4]:
Կադմիումի սուլֆիդը երբեմն կապված է սուլֆատը նվազեցնող բակտերիաների հետ[5][6]:
Ուղիներ դեպի CdS-ի բարակ թաղանթներ
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Հատուկ մեթոդներ օգտագործվում են CdS-ի թաղանթներ արտադրելու համար՝ որպես որոշ ֆոտոռեզիստորների և արևային բջիջների բաղադրիչներ: Քիմիական բաղնիքի նստեցման մեթոդում CdS-ի բարակ թաղանթները պատրաստվել են՝ օգտագործելով թիուրիան՝ որպես սուլֆիդային անիոնների աղբյուր և ամոնիումի բուֆերային լուծույթ՝ pH-ի վերահսկման համար[7].
- Cd2+ + H2O + (NH2)2CS + 2 NH3 → CdS + (NH2)2CO + 2 NH4+
Կադմիումի սուլֆիդը կարող է արտադրվել մետաղօրգանական գոլորշի փուլային էպիտաքսիայի միջոցով՝ դիմեթիլկադմիումի և դիէթիլ սուլֆիդի ռեակցիայի միջոցով[8].
- Cd(CH3)2 + Et2S → CdS + CH3CH3 + C4H10
CdS թաղանթների արտադրության այլ մեթոդներ ներառում են.
- Զոլ-գել գործրնթաց[9]
- Կաթոդային փաշիացում[10]
- Էլեկտրաքիմիական նստվածք[11]
- Սրսկում պրեկուրսոր կադմիումի աղով, ծծմբային միացությամբ և դոպանտով[12]
- Տրաֆարետային տպագրություն՝ օգտագործելով ցրված CdS պարունակող լուծույթ[13]
Փոխարկումներ
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Կադմիումի սուլֆիդը կարող է լուծվել թթուների մեջ[14].
- CdS + 2 HCl → CdCl2 + H2S
Երբ ցրված CdS-ի մասնիկներ պարունակող սուլֆիդի լուծույթները ճառագայթվում են լույսով, առաջանում է ջրածնային գազ[15].
- H2S → H2 + S ΔfH = +9.4 kcal/mol
Առաջարկվող մեխանիզմը ներառում է էլեկտրոն/անցք զույգեր, որոնք առաջանում են, երբ լույսը կլանվում է կադմիումի սուլֆիդով[16], դրան հաջորդում են ջրի և սուլֆիդի հետ փոխազդեցությունը[15]:
- Էլեկտրոն-անցք զույգի ստացում.
- CdS + hν → e− + h+
- Էլեկտրոնի ռեակցիա.
- 2e− + 2H2O → H2 + 2OH−
- Անցքի ռեակցիա.
- 2h+ + S2− → S
Կառուցվածք և ֆիզիկական հատկություններ
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Կադմիումի սուլֆիդը, ինչպես ցինկի սուլֆիդը, ունի երկու բյուրեղային ձև: Ավելի կայուն վեցանկյուն վուրցիտի կառուցվածքը (հայտնաբերված է Գրինոկիտ հանքանյութում) և խորանարդ ցինկի խառնուրդի կառուցվածքը (գտնվում է Հավլեյիտ հանքանյութում)։ Այս երկու ձևերում էլ կադմիումի և ծծմբի ատոմները չորս կոորդինատներ են[17]: Գոյություն ունի նաև բարձր ճնշման ձև NaCl ապարային աղի կառուցվածքով[17]:
Կադմիումի սուլֆիդը ուղիղ ժապավենի կիսահաղորդիչ է (բացը 2,42 էՎ)[16]: Տեսանելի լույսի ալիքի երկարություններին իր գոտու բացը նրան տալիս է գունավոր տեսք[1]:
Այս ակնհայտ հատկության հետ մեկտեղ ստացվում են նաև այլ հատկություններ.
- հաղորդունակությունը մեծանում է, երբ ճառագայթվում է[16], (հանգեցնում է օգտագործման որպես ֆոտոռեզիստոր)
- երբ համակցվում է p-տիպի կիսահաղորդչի հետ, այն կազմում է ֆոտոգալվանային (արևային) բջիջի հիմնական բաղադրիչը, և CdS/Cu2S արևային մարտկոցը առաջին արդյունավետ բջիջներից մեկն էր, որը հաղորդվել է (1954 թ.)[18][19]
- օրինակ՝ Cu+ («ակտիվատոր») և Al3+ («կոակտիվատոր») CdS-ը լյումինեսվում է էլեկտրոնային փնջի գրգռման ներքո (կաթոդոլյումինեսցենցիա) և օգտագործվում է որպես ֆոսֆոր[20]
- երկու պոլիմորֆներն էլ պիեզոէլեկտրական են, իսկ վեցանկյունը նույնպես պիրոէլեկտրական է[21]
- էլեկտրալյումինեսցենտություն[22]
- CdS բյուրեղները կարող են հանդես գալ որպես պինդ վիճակի լազերային հարստացման միջավայր[23][24]
- բարակ թաղանթով CdS-ը կարող է զուգակցվել այլ շերտերի հետ՝ արևային բջիջների որոշ տեսակներում օգտագործելու համար[25] CdS-ը նաև առաջին կիսահաղորդչային նյութերից էր, որն օգտագործվել է բարակ թաղանթային տրանզիստորների (TFT) համար[26]: Այնուամենայնիվ, TFT-ների համար բարդ կիսահաղորդիչների նկատմամբ հետաքրքրությունը հիմնականում թուլացավ 1970-ականների վերջին ամորֆ սիլիցիումի տեխնոլոգիայի ի հայտ գալուց հետո:
- CdS-ի բարակ թաղանթները կարող են լինել պիեզոէլեկտրական և օգտագործվել են որպես փոխարկիչներ, որոնք կարող են աշխատել ԳՀց տարածաշրջանի հաճախականությունների վրա:;
- CdS-ի նանոժապավենները ցույց են տալիս ֆոնոնների զուտ սառեցում, որը պայմանավորված է ֆոնոնների ոչնչացմամբ՝ հակա-Սթոքսյան լյումինեսցենցիայի ժամանակ ~510 նմ: Արդյունքում, 40 և 15 Կ ջերմաստիճանի առավելագույն անկում է դրսևորվում, երբ նանոժապավենները մղվում են 514 կամ 532 նմ լազերով[27]:
Հավելվածներ
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Գունանյութ
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]CdS-ն օգտագործվում է որպես պիգմենտ պլաստմասսայի մեջ՝ ցույց տալով լավ ջերմային կայունություն, լույսի և եղանակային կայունություն, քիմիական դիմադրություն և բարձր անթափանցիկություն[4]: Որպես պիգմենտ, CdS-ը հայտնի է որպես կադմիում դեղին (CI պիգմենտ դեղին 37)[1][28]: 1982 թվականի դրությամբ տարեկան արտադրվում է մոտ 2000 տոննա, ինչը կազմում է առևտրային վերամշակված կադմիումի մոտ 25%-ը[29]:
Պատմական օգտագործումը արվեստում
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]1840-ական թվականներից կադմիումի սուլֆիդի ընդհանուր առևտրային հասանելիությունը հանգեցրեց նրան, որ այն ընդունվեց արվեստագետների կողմից, մասնավորապես՝ Վան Գոգի, Մոնեի (իր լոնդոնյան շարքերում և այլ աշխատանքներում) և Մատիսի (Լողացողները գետի մոտ 1916–1919 թվականներ)[30]: Ներկերի մեջ կադմիումի առկայությունը օգտագործվել է նկարներում կեղծիքներ հայտնաբերելու համար, որոնք ենթադրաբար արտադրվել են մինչև 19-րդ դարը[31]:
CdS-CdSe լուծումներ
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]CdS-ը և CdSe-ն իրար հետ կազմում են պինդ լուծույթներ։ Կադմիումի սելենիդի քանակի աճը տալիս է կարմիր գույնի գունանյութեր, օրինակ՝ CI պիգմենտ նարնջագույն 20 և CI պիգմենտ կարմիր 108[28]:
Նման պինդ լուծույթները տեսանելի և մոտ ինֆրակարմիր լույսի նկատմամբ զգայուն ֆոտոռեզիստորների (լույսից կախված ռեզիստորների) բաղադրիչներ են։
Անվտանգություն
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]Կադմիումի սուլֆիդը թունավոր է, հատկապես վտանգավոր է, երբ ներշնչվում է փոշու տեսքով, իսկ կադմիումի միացությունները, ընդհանուր առմամբ, դասակարգվում են որպես քաղցկեղածին նյութեր[32]:Առաջադրվել են կենսահամատեղելիության հետ կապված խնդիրներ, երբ CdS-ն օգտագործվում է որպես գույն՝ դաջվածքներում[33]: CdS-ն առնետների մոտ ունի LD50 մոտավորապես 7080 մգ/կգ, ինչը ավելի բարձր է, քան կադմիումի մյուս միացությունները՝ ցածր լուծելիության պատճառով[34]:
Ծանոթագրությունններ
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Egon Wiberg, Arnold Frederick Holleman (2001) Inorganic Chemistry, Elsevier 0-12-352651-5
- ↑ Fred Ibbotson (2007), The Chemical Analysis of Steel-Works' Materials,Read Books, 1-4067-8113-4
- ↑ Paul Klocek (1991), Handbook of Infrared Optical Materials, CRC Press 0-8247-8468-5
- ↑ 4,0 4,1 4,2 Hugh MacDonald Smith (2002). High Performance Pigments. Wiley-VCH. ISBN 978-3-527-30204-8.
- ↑ Larry L. Barton 1995 Sulfate reducing bacteria, Springer, 0-306-44857-2
- ↑ Sweeney, Rozamond Y.; Mao, Chuanbin; Gao, Xiaoxia; Burt, Justin L.; Belcher, Angela M.; Georgiou, George; Iverson, Brent L. (2004). «Bacterial Biosynthesis of Cadmium Sulfide Nanocrystals». Chemistry & Biology. 11 (11): 1553–9. doi:10.1016/j.chembiol.2004.08.022. PMID 15556006.
- ↑ Oladeji, I.O.; Chow, L. (1997). «Optimization of Chemical Bath Deposited Cadmium Sulfide». J. Electrochem. Soc. 144 (7): 7. CiteSeerX 10.1.1.563.1643. doi:10.1149/1.1837815.
- ↑ Uda, H; Yonezawa, H; Ohtsubo, Y; Kosaka, M; Sonomura, H (2003). «Thin CdS films prepared by metalorganic chemical vapor deposition». Solar Energy Materials and Solar Cells. 75 (1–2): 219. Bibcode:2003SEMSC..75..219U. doi:10.1016/S0927-0248(02)00163-0.
- ↑ Reisfeld, R (2002). «Nanosized semiconductor particles in glasses prepared by the sol–gel method: their optical properties and potential uses». Journal of Alloys and Compounds. 341 (1–2): 56. doi:10.1016/S0925-8388(02)00059-2.
- ↑ Moon, B; Lee, J; Jung, H (2006). «Comparative studies of the properties of CdS films deposited on different substrates by R.F. sputtering». Thin Solid Films. 511–512: 299. Bibcode:2006TSF...511..299M. doi:10.1016/j.tsf.2005.11.080.
- ↑ Goto, F; Shirai, Katsunori; Ichimura, Masaya (1998). «Defect reduction in electrochemically deposited CdS thin films by annealing in O2». Solar Energy Materials and Solar Cells. 50 (1–4): 147. doi:10.1016/S0927-0248(97)00136-0.
- ↑ U.S. patent 4086101 Photovoltaic cells, J.F. Jordan, C.M. Lampkin Issue date: April 25, 1978
- ↑ U.S. patent 3208022, High performance photoresistor, Y.T. Sihvonen, issue date: September 21, 1965
- ↑ Wanrooij, P. H. P.; Agarwal, U. S.; Meuldijk, J.; Kasteren, J. M. N. van; Lemstra, P. J. (2006). «Extraction of CdS pigment from waste polyethylene». Journal of Applied Polymer Science. 100 (2): 1024. doi:10.1002/app.22962.
- ↑ 15,0 15,1 Mario Schiavello (1985) Photoelectrochemistry, Photocatalysis, and Photoreactors: Fundamentals and Developments Springer 90-277-1946-2
- ↑ 16,0 16,1 16,2 D. Lincot, Gary Hodes Chemical Solution Deposition of Semiconducting and Non-Metallic Films: Proceedings of the International Symposium The Electrochemical Society, 2006 1-56677-433-0
- ↑ 17,0 17,1 Wells A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry 5th edition Oxford Science Publications 0-19-855370-6
- ↑ Antonio Luque, Steven Hegedus, (2003), Handbook of Photovoltaic Science and Engineering John Wiley and Sons 0-471-49196-9
- ↑ Reynolds, D.; Leies, G.; Antes, L.; Marburger, R. (1954). «Photovoltaic Effect in Cadmium Sulfide». Physical Review. 96 (2): 533. Bibcode:1954PhRv...96..533R. doi:10.1103/PhysRev.96.533.
- ↑ C. Fouassier,(1994), Luminescence in Encyclopedia of Inorganic Chemistry, John Wiley & Sons 0-471-93620-0
- ↑ Minkus, Wilfred (1965). «Temperature Dependence of the Pyroelectric Effect in Cadmium Sulfide». Physical Review. 138 (4A): A1277–A1287. Bibcode:1965PhRv..138.1277M. doi:10.1103/PhysRev.138.A1277.
- ↑ Smith, Roland (1957). «Low-Field Electroluminescence in Insulating Crystals of Cadmium Sulfide». Physical Review. 105 (3): 900. Bibcode:1957PhRv..105..900S. doi:10.1103/PhysRev.105.900.
- ↑ Akimov, Yu A; Burov, A A; Drozhbin, Yu A; Kovalenko, V A; Kozlov, S E; Kryukova, I V; Rodichenko, G V; Stepanov, B M; Yakovlev, V A (1972). «KGP-2: An Electron-Beam-Pumped Cadmium Sulfide Laser». Soviet Journal of Quantum Electronics. 2 (3): 284. Bibcode:1972QuEle...2..284A. doi:10.1070/QE1972v002n03ABEH004443.
- ↑ Agarwal, Ritesh; Barrelet, Carl J.; Lieber, Charles M. (2005). «Lasing in Single Cadmium Sulfide Nanowire Optical Cavities». Nano Letters. 5 (5): 917–920. arXiv:cond-mat/0412144v1. Bibcode:2005NanoL...5..917A. doi:10.1021/nl050440u. PMID 15884894. S2CID 651903.
- ↑ Zhao, H.; Farah, Alvi; Morel, D.; Ferekides, C.S. (2009). «The effect of impurities on the doping and VOC of Cd Te/CDS thin film solar cells». Thin Solid Films. 517 (7): 2365–2369. Bibcode:2009TSF...517.2365Z. doi:10.1016/j.tsf.2008.11.041.
- ↑ Weimer, Paul (1962). «The TFT A New Thin-Film Transistor». Proceedings of the IRE. 50 (6): 1462–1469. doi:10.1109/JRPROC.1962.288190. S2CID 51650159.
- ↑ Zhang, Jun (24 January 2013). «Laser cooling of a semiconductor by 40 kelvin». Nature. 493 (7433): 504–508. Bibcode:2013Natur.493..504Z. doi:10.1038/nature11721. PMID 23344360. S2CID 4426843.
- ↑ 28,0 28,1 R. M. Christie 2001 Colour Chemistry, p. 155 Royal Society of Chemistry 0-85404-573-2
- ↑ Karl-Heinz Schulte-Schrepping, Magnus Piscator "Cadmium and Cadmium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2007 Wiley-VCH, Weinheim. .
- ↑ Sidney Perkowitz, 1998, Empire of Light: A History of Discovery in Science and Art Joseph Henry Press, 0-309-06556-9
- ↑ W. Stanley Taft, James W. Mayer, Richard Newman, Peter Kuniholm, Dusan Stulik (2000) The Science of Paintings, Springer, 0-387-98722-3
- ↑ «CDC - CADMIUM SULFIDE - International Chemical Safety Cards - NIOSH». June 26, 2018. Արխիվացված է օրիգինալից 2018-06-26-ին.
- ↑ Bjornberg, A (Sep 1963). «Reactions to light in yellow tattoos from cadmium sulfide». Arch Dermatol. 88 (3): 267–71. doi:10.1001/archderm.1963.01590210025003. PMID 14043617.
- ↑ «Sicherheitsdatenblatt» (PDF). Արխիվացված է օրիգինալից (PDF) 24 July 2015-ին.
Արտաքին հղումներ
[խմբագրել | խմբագրել կոդը]![]() |
Վիքիպահեստ նախագծում կարող եք այս նյութի վերաբերյալ հավելյալ պատկերազարդում գտնել Կադմիումի սուլֆիդ կատեգորիայում։ |
- Cadmium(II) sulphide information at Webelements
- IARC Monograph: "Cadmium and Cadmium Compounds" Last access November 2005.
- International Chemical Safety Card 0404
- National Pollutant Inventory - Cadmium and compounds
- Defence Internet | About Defence | Zinc Cadmium Sulphide Dispersion Trials Report by the Academy of Medical Sciences to the Chief Scientific Adviser, Ministry of Defence on the zinc cadmium sulphide dispersion trials undertaken in the United Kingdom between 1953 and 1964.