Structure d'oxyde de zinc (ZnO), propriétés, utilisations, risques

Il oxyde de zinc C'est un composé inorganique dont la formule chimique est ZnO. Il se compose uniquement d'ions Zn²⁺ je^2- dans un rapport 1: 1; Cependant, son réseau cristallin peut présenter une vacance ou^2-, qui donne des défauts structurels de place capables de modifier les couleurs de ses cristaux synthétiques.

Commercialement, il est acquis comme un solide blanc poussiéreux (image inférieure), qui se produit directement à partir de l'oxydation du zinc métallique par le processus français; ou soumis à une réduction carbothermique du minerai de zinc, afin que leurs vapeurs s'oxydent et finissent ensuite.

Verre d'horloge avec de l'oxyde de zinc. Source: Adam Rędzikowski [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 4.0)]

D'autres méthodes de préparation ZnO consistent à précipiter leur hydroxyde, Zn (OH)₂, Des solutions aqueuses des sels de zinc. De plus, des films fins ou des nanoparticules morphologiquement variés peuvent être synthétisées par des techniques plus sophistiquées telles que le dépôt chimique de leurs vapeurs.

Cet oxyde métallique se trouve dans la nature comme un minéral zini, dont les cristaux sont généralement jaunes ou oranges en raison d'impuretés métalliques. Les cristaux ZnO se caractérisent par le piézoélectrique, le thermochromatique, le luminescent, le polaire et ont également une bande d'énergie très large dans leurs propriétés semi-conductrices.

Structurellement, est isomorphe au sulfure de zinc, ZNS, adoptant des cristaux hexagonaux et cubiques similaires à ceux de la Wurzita et du Blenda, respectivement. Dans ces éléments, il y a un certain caractère covalent dans les interactions entre le Zn²⁺ je^2-, ce qui fait une distribution hétérogène des charges dans le cristal ZnO.

Les études des propriétés et des utilisations du ZnO s'étendent aux champs de physique, d'électronique et de biomédecine. Ses utilisations les plus simples et les plus quotidiennes passent inaperçues dans la composition des crèmes faciales et des produits d'hygiène personnelle, ainsi que dans les écrans solaires.

[TOC]

Structure

Polymorphes

ZnO cristallise dans des conditions de pression et de température normales dans une structure hexagonale wurzite. Dans cette structure, les ions Zn²⁺ je^2- Ils sont disposés en couches alternatives, de sorte que chacune se retrouve entourée d'un tétraèdre, ayant du ZnO₄ ou ozn₄, respectivement.

De plus, en utilisant un «modèle» ou un support cubique, le ZnO peut être cristallisé dans une structure cubique de zinc mélange; qui, comme Wurzita, correspond à des structures isomorphes (identiques dans l'espace mais avec différents ions) de sulfure de zinc, ZNS.

En plus de ces deux structures (Wurzita et Blenda), le ZnO sous haute pression (environ 10 GPa) cristallise dans la structure Sal Gema, comme celle de NaCl.

Peut vous servir: Électrode de référence: caractéristiques, fonction, exemples

Interactions

Les interactions entre le Zn²⁺ je^2- Ils présentent un certain caractère de covalence, il y a donc en partie une liaison covalente Zn-O (les deux atomes avec l'hybridation SP³), et en raison de la distorsion des tétraèdres, ils manifestent un moment dipolaire qui ajoute aux attractions ioniques des cristaux ZnO.

Blenda Structure (à gauche) et Wurzita (à droite) de ZnO. Source: Gabriel Bolívar.

Vous avez l'image supérieure pour visualiser le tétraède susmentionné pour les structures ZnO.

La différence entre les structures Blenda et Wurzita réside également dans ce que vous pouvez voir d'en haut, les ions ne sont pas trouvés éclipsés. Par exemple, dans le Wurzita, on peut voir que les sphères blanches (Zn²⁺) sont juste au-dessus des sphères rouges (ou^2-). D'un autre côté, dans la structure cubique de Blenda, cela ne se produit pas car il y a trois couches: a, b et c au lieu de seulement deux.

Morphologie des nanoparticules

Les cristaux de ZnO bien qu'ils aient tendance à avoir des structures hexagonales wurzites, en ce qui concerne la morphologie de leurs nanoparticules est une autre histoire. Selon les paramètres et les méthodes de synthèse, ceux-ci peuvent adopter des formes aussi variées que les tiges, les plaques, les feuilles, les sphères, les fleurs, les ceintures, les aiguilles, entre autres.

Propriétés

Apparence physique

Blanc massif, toilettes et goût amer solide. De nature, il peut être cristallisé, avec des impuretés métalliques, comme un minéral Zincita. Si de tels cristaux sont blancs, ils ont un thermochromisme, ce qui signifie que lorsqu'ils changent de coloration: du blanc au jaune.

De même, leurs cristaux synthétiques peuvent présenter des colorations rougeâtres ou verdâtres en fonction de leur composition stoechiométrique d'oxygène; c'est-à-dire les trous ou les postes vacants causés par le manque d'anions ou^2- affecte directement la façon dont la lumière interagit avec les réseaux ioniques.

Masse molaire

81 406 g / mol

Point de fusion

1974 ºC. À cette température, la décomposition thermique souffre en libérant du zinc et de l'oxygène moléculaire ou de l'oxygène gazeux.

Densité

5,1 g / cm³

Solubilité dans l'eau

ZnO est pratiquement insoluble dans l'eau, donnant à peine des solutions avec une concentration de 0,0004% à 18 ° C.

Anfotérisme

ZnO peut réagir à la fois avec les acides et les bases. Lorsqu'il réagit avec un acide en solution aqueuse, sa solubilité augmente lorsqu'un sel soluble se forme là où le Zn²⁺ finit par complexer avec des molécules d'eau: [Zn (OH₂)₆]]²⁺. Par exemple, il réagit avec l'acide sulfurique pour produire du sulfate de zinc:

ZnO + H₂Swin₄ → ZNSO₄ + H₂SOIT

Réagit également avec les acides gras pour former leurs sels respectifs, comme le stéarate et le palmitate de zinc.

Peut vous servir: réaction irréversible: caractéristiques et exemples

Et quand il réagit avec une base, en présence d'eau, les sels de chisal se forment:

ZnO + 2NAOH + H₂O → Na₂[Zn (oh)₄]]

Capacité thermique

40,3 J / K · Mol

Écart d'énergie directe

3,3 eV. Cette valeur est faite par un semi-conducteur à large bande, capable de fonctionner dans des champs électriques intenses. Il présente également les caractéristiques d'être un semi-conducteur de type n, qui n'a pas été en mesure d'expliquer les raisons pour lesquelles il y a une contribution supplémentaire des électrons dans sa structure.

Cet oxyde se distingue par ses propriétés optiques, acoustiques et électroniques, grâce à laquelle il est considéré comme un candidat pour des applications potentielles liées au développement de dispositifs optoélectroniques (capteurs, lasers, cellules photovoltaïques). La raison de ces propriétés échappe au domaine de la physique.

Applications

Médicinal

Cinq oxyde ont été utilisés comme additif dans de nombreuses crèmes blanches pour le traitement des irritations, de l'acnes, de la dermatite, des abrasions et des fissures dans la peau. Dans ce domaine, son utilisation pour soulager les irritations causées par les couches dans les skins pour bébés est populaire.

C'est aussi un composant de la crème solaire, car avec des nanoparticules de dioxyde de titane₂, Aider à bloquer le rayonnement ultraviolet du soleil. De même, il agit comme un agent plus épais, il est donc dans certains maquillage, lotions, émaux, talcos et savons.

D'un autre côté, ZnO est une source de quinze ans utilisée dans les compléments alimentaires et les produits de vitamine, ainsi que dans les céréales.

Antibactérien

Selon la morphologie de ses nanoparticules, le ZnO peut être activé sous un rayonnement ultraviolet pour générer des peroxydes d'hydrogène ou des espèces réactives qui affaiblissent les membranes cellulaires des micro-organismes.

Lorsque cela se produit, les nanoparticules restantes de ZnO traversent le cytoplasme et commencent à interagir avec le recueil de biomolécules qui composent la cellule, ce qui a donné lieu à son apoptose.

C'est pourquoi toutes les nanoparticules ne peuvent pas être utilisées dans les compositions de crème solaire, mais seulement celles qui manquent d'activité antibactérienne.

Les produits avec ce type de ZnO sont alloués, recouverts de matériaux polymères solubles, pour traiter les infections, les blessures, les ulcères, les bactéries et même le diabète.

Pigments et revêtements

Le pigment connu sous le nom de Cinco Blanco est le ZnO, qui est ajouté à plusieurs peintures et revêtements pour protéger les surfaces métalliques contre la corrosion où elles sont appliquées. Par exemple, des revêtements ZnO dépendants sont utilisés pour protéger le fer galvanisé.

D'un autre côté, ces revêtements ont également été utilisés sur le verre des fenêtres pour empêcher la chaleur de pénétrer (si elle est à l'étranger) ou d'entrer (si à l'intérieur). Il protège également certains matériaux polymères et textiles de sa détérioration par l'action du rayonnement solaire et de la chaleur.

Peut vous servir: potassium (k)

Bioimagerie

La luminescence des nanoparticules de ZnO a été étudiée pour être utilisée en bioimagerie, étudiant ainsi à travers les lumières bleues, vertes ou orange qui rayonnent, les structures internes des cellules.

Additif

ZnO trouve également l'utilisation comme additif dans les caoutchoucs, les ciments, les matériaux dentifriques, le verre et la céramique, en raison de son point de fusion inférieur et, par conséquent, se comportant comme un agent fondateur.

Éliminateur de sulfure d'hydrogène

ZnO élimine les gaz désagréables de H₂S, aidant à désulter quelques émanations de gaz:

ZnO + H₂S → Zns + H₂SOIT

Des risques

L'oxyde de pinson en tant que tel est un composé non toxique et inoffensif, donc la manipulation prudente de son solide ne représente aucun risque.

Le problème réside cependant dans sa fumée, car bien qu'il se décompose à des températures élevées, les vapeurs RAV finissent par contaminer les poumons et provoquant une sorte de "fièvre métallique". Cette maladie se caractérise par les symptômes de la toux, de la fièvre, de la sensation d'oppression dans la poitrine et d'une saveur métallique constante dans la bouche.

CancerGen n'est pas non plus, et les crèmes qui en contiennent n'ont pas montré qu'elles augmentent l'absorption du zinc dans la peau, de sorte que les soleils à base de ZnO sont considérés comme sûrs; Sauf s'il y a des réactions allergiques, ce qui, dans ce cas, doit arrêter son utilisation.

En ce qui concerne certaines nanoparticules destinées à lutter contre les bactéries, celles-ci pourraient exercer des effets négatifs s'ils ne sont pas correctement transportés sur leur site d'action.

Les références

1. Fhiver & Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition). Mc Graw Hill.
2. Wikipédia. (2019). Oxyde de zinc. Récupéré de: dans.Wikipédia.org
3. Hadis Morkoç et ümit Özgur. (2009). Oxyde de zinc: technologie fondamentale, matériaux et dispositifs. [PDF]. Récupéré de: application.Wiley-vch.de
4. Parihar, m. Raja et R. Paupitement. (2018). Une brève revue des propriétés structurelles, électriques et électrochimiques des nanoparticules d'oxyde de zinc. [PDF]. Récupéré de: ipme.Ru
5. POUR. Rodnyi et moi. V. Khodyuk. (2011). Propriétés optiques et de luminescence de l'oxyde de zinc. Récupéré de: arxiv.org
6. Siddiqi, k. S., Ur rahman, à., Tajuddin et Husen, un. (2018). Propriétés des nanaparticules d'oxyde de zinc et de l'activité ES contre les microbes. Lettres de recherche nanométrique, 13 (1), 141. Doi: 10.1186 / S11671-018-2532-3
7. CHIMICALSAFETYFACTS. (2019). Oxyde de zinc. Récupéré de: chimiquesfatyfacts.org
8. Jinhuan Jiang, Jiang Pi et Jiye Cai. (2018). L'avance des nanoparticules d'oxyde de zinc pour les applications biomédicales. Chimie et applications bioinorganiques, Vol. 2018, ID d'article 1062562, 18 pages. est ce que je.org / 10.1155/2018/1062562