Struttura di ossido di zinco (ZnO), proprietà, usi, rischi

Lui ossido di zinco È un composto inorganico la cui formula chimica è ZnO. Consiste solo da ioni Zn²⁺ IO^2- in un rapporto 1: 1; Tuttavia, la sua rete cristallina può presentare un posto vacante di o^2-, che dà luogo di difetti strutturali in grado di alterare i colori dei suoi cristalli sintetici.

Commercialmente viene acquisito come un solido bianco polveroso (immagine inferiore), che si verifica direttamente dall'ossidazione dello zinco metallico dal processo francese; o soggetto a riduzione carbotermica al minerale di zinco, in modo che i loro vapori si ossidano e finiscano.

Vetro orologio con ossido di zinco. Fonte: Adam Rędzikowski [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)]

Altri metodi di preparazione ZnO consistono nel precipitare il loro idrossido, Zn (OH)₂, Dalle soluzioni acquose di sali di zinco. Inoltre, film fini o nanoparticelle morfologicamente varie possono essere sintetizzate da tecniche più sofisticate come la deposizione chimica dei loro vapori.

Questo ossido metallico si trova in natura come un minerale zinita, i cui cristalli sono generalmente gialli o arancioni a causa di impurità di metallo. I cristalli ZnO sono caratterizzati dall'essere piezoelettrici, termocromatici, luminescenti, polari e anche con una fascia di energia molto ampia nelle loro proprietà dei semiconduttori.

Strutturalmente, è isomorfo al solfuro di zinco, Zns, adottando cristalli esagonali e cubici simili a quelli di Wurzita e Blenda, rispettivamente. In questi c'è un certo carattere covalente nelle interazioni tra Zn²⁺ IO^2-, che crea una distribuzione eterogenea dei carichi nel cristallo ZnO.

Gli studi sulle proprietà e gli usi dello ZnO si estendono ai campi di fisica, elettronica e biomedicina. I suoi usi più semplici e quotidiani passano inosservati nella composizione di creme per il viso e prodotti per l'igiene personale, nonché nei filtri solari.

[TOC]

Struttura

Polimorfi

ZnO si cristallizza nelle normali condizioni di pressione e temperatura in una struttura esagonale di wurzite. In questa struttura gli ioni Zn²⁺ IO^2- Sono disposti a strati alternativi, in modo che ognuno finisca circondato da un tetraedro, con ZnO₄ o Ozn₄, rispettivamente.

Inoltre, usando un "modello" o supporto cubico, lo ZnO può essere cristallizzato in una struttura cubica di bleda di zinco; che, come Wurzita, corrisponde a strutture isomorfe (identiche nello spazio ma con ioni diversi) di solfuro di zinco, ZN.

Oltre a queste due strutture (Wurzita e Blenda), lo ZnO sotto alte pressioni (circa 10 GPa) si cristallizza nella struttura di Sal gema, lo stesso di quello del NaCl.

Può servirti: elettrodo di riferimento: caratteristiche, funzione, esempi

Interazioni

Le interazioni tra Zn²⁺ IO^2- Presentano un certo carattere di covalenza, quindi esiste parzialmente un legame covalente Zn-O (entrambi gli atomi con ibridazione SP³), e a causa della distorsione del tetraedri, manifestano un momento di dipolo che si aggiunge alle attrazioni ioniche dei cristalli ZnO.

Struttura Blenda (a sinistra) e Wurzita (a destra) di ZnO. Fonte: Gabriel Bolívar.

Hai l'immagine superiore per visualizzare il summenzionato tetraedra per le strutture ZnO.

La differenza tra le strutture Blenda e Wurzita si trova anche in ciò che puoi vedere dall'alto, gli ioni non si trovano eclissi. Ad esempio, in Wurzita, si può vedere che le sfere bianche (Zn²⁺) sono appena sopra le sfere rosse (o^2-). D'altra parte, nella struttura cubica di Blenda non accade perché ci sono tre strati: A, B e C anziché solo due.

Morfologia delle nanoparticelle

I cristalli di Zno sebbene tendano ad avere strutture esagonali wurzite, per quanto riguarda la morfologia delle loro nanoparticelle è un'altra storia. A seconda dei parametri e dei metodi di sintesi, questi possono adottare forme vari come aste, piastre, foglie, sfere, fiori, cinture, aghi, tra gli altri.

Proprietà

Aspetto fisico

Solido bianco, toilette e sapore amaro solido. In natura può essere cristallizzato, con impurità metalliche, come minerale di zincita. Se tali cristalli sono bianchi, hanno il termocromismo, il che significa che quando cambiano la colorazione: dal bianco al giallo.

Allo stesso modo, i loro cristalli sintetici possono presentare colorazioni rossastre o verdastre a seconda della loro composizione di ossigeno stechiometrica; cioè i buchi o i posti vacanti causati dalla mancanza di anioni o^2- colpisce direttamente la strada nel modo in cui la luce interagisce con le reti ioniche.

Massa molare

81.406 g/mol

Punto di fusione

1974 ºC. A questa temperatura, la decomposizione termica soffre di rilasciare ossigeno di zinco e molecolare o ossigeno gassoso.

Densità

5,1 g/cm³

Solubilità dell'acqua

ZnO è praticamente insolubile nell'acqua, dando a malapena origine a soluzioni con una concentrazione da 0,0004% a 18 ° C.

Anfoterismo

ZnO può reagire sia con acidi che basi. Quando reagisce con un acido in soluzione acquosa, la sua solubilità aumenta quando si forma un sale solubile in cui lo Zn²⁺ finisce per complessarsi con molecole d'acqua: [Zn (OH₂)₆"²⁺. Ad esempio, reagisce con l'acido solforico per produrre solfato di zinco:

ZnO + H₂SW₄ → Znso₄ + H₂O

Allo stesso modo reagisce con gli acidi grassi per le forme dei rispettivi sali, come il palmitato stearato e zinco.

Può servirti: reazione irreversibile: caratteristiche ed esempi

E quando reagisce con una base, in presenza di acqua, si formano sali di coglione:

ZnO + 2NaOH + H₂O → na₂[Zn (OH)₄"

Capacità termica

40.3 J/K · Mol

Gap energetico diretto

3,3 eV. Questo valore è realizzato da un semiconduttore a banda larga, in grado di operare in intensi campi elettrici. Presenta anche le caratteristiche di essere un semiconduttore di tipo N, che non è stato in grado di spiegare i motivi per cui c'è un contributo extra degli elettroni nella sua struttura.

Questo ossido si distingue per le sue proprietà ottiche, acustiche ed elettroniche, grazie a cui è considerato un candidato per potenziali applicazioni relative allo sviluppo di dispositivi optoelettronici (sensori, laser, celle fotovoltaiche). Il motivo di tali proprietà sfugge al campo della fisica.

Applicazioni

Medicinale

Cinque ossido è stato usato come additivo in numerose creme bianche per il trattamento di irritazioni, acnes, dermatite, abrasioni e fessure nella pelle. In quest'area, il suo uso per alleviare le irritazioni causate dai pannolini nelle pelli di bambini è popolare.

È anche un componente della crema solare, perché insieme alle nanoparticelle di biossido di titanio₂, Aiutare a bloccare le radiazioni ultraviolette del sole. Allo stesso modo, funge da agente più spesso, quindi è in certi chiari trucco, lozioni, smalti, talco e saponi.

D'altra parte, ZnO è una fonte di quindici utilizzate in integratori alimentari e prodotti di vitamina, nonché nei cereali.

Antibatterico

Secondo la morfologia delle sue nanoparticelle, lo ZnO può essere attivato sotto radiazione ultravioletta per generare perossidi di idrogeno o specie reattive che indeboliscono le membrane cellulari dei microrganismi.

Quando ciò accade, le restanti nanoparticelle di ZnO attraversano il citoplasma e iniziano a interagire con il compendio di biomolecole che compongono la cellula, con conseguenza la sua apoptosi.

Questo è il motivo per cui non tutte le nanoparticelle possono essere usate nelle composizioni della protezione solare, ma solo quelli che mancano di attività antibatterica.

I prodotti con questo tipo di ZnO sono allocati, coperti con materiali polimerici solubili, per trattare infezioni, ferite, ulcere, batteri e persino diabete.

Pigmenti e rivestimenti

Il pigmento noto come Cinco Blanco è lo Zno, che viene aggiunto a diversi dipinti e rivestimenti per proteggere le superfici metalliche dalla corrosione dove vengono applicate. Ad esempio, i rivestimenti ZnO dipendenti vengono utilizzati per proteggere il ferro zincato.

D'altra parte, questi rivestimenti sono stati utilizzati anche sul vetro delle finestre per impedire il calore di penetrare (se è all'estero) o entrare (se all'interno). Protegge anche alcuni materiali polimerici e tessili dal suo deterioramento mediante l'azione delle radiazioni solari e del calore.

Può servirti: potassio (k)

Bioimaging

La luminescenza delle nanoparticelle di ZnO è stata studiata per essere utilizzata nel bioimaging, studiando così attraverso le luci blu, verde o arancione che si irradiano, le strutture interne delle cellule.

Additivo

ZnO trova anche uso come additivo in gomme, cementi, materiali dentifric, vetro e ceramica, a causa del suo punto di fusione più basso e, quindi, comportarsi come un agente fondatore.

Eliminator di idrogeno solforato

ZnO elimina i gas spiacevoli di H₂S, aiutando a desolfare alcune emanazioni di gassa:

ZnO + H₂S → Zns + H₂O

Rischi

L'ossido di fringuello in quanto tale è un composto non tossico e innocuo, quindi la prudente manipolazione del suo solido non rappresenta alcun rischio.

Il problema risuona tuttavia nel suo fumo, perché sebbene alle alte temperature si decompone, i vapori di Rav finiscono per contaminare i polmoni e causando una sorta di "febbre metallica". Questa malattia è caratterizzata dai sintomi della tosse, della febbre, della sensazione di oppressione nel torace e di un sapore metallico costante in bocca.

Né il cancro e le creme che lo contengono non hanno dimostrato che aumentano l'assorbimento di zinco nella pelle, in modo che i soli a base di ZnO siano considerati sicuri; a meno che non vi siano reazioni allergiche, che in quel caso devono fermarne l'uso.

Per quanto riguarda alcune nanoparticelle destinate a combattere i batteri, questi potrebbero esercitare effetti negativi se non vengono trasportati correttamente nel loro sito di azione.

Riferimenti

1. SHIVER & ATKINS. (2008). Chimica inorganica. (Quarta edizione). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Ossido di zinco. Recuperato da: in.Wikipedia.org
3. Hadis Morkoç e ümit Özgur. (2009). Ossido di zinco: tecnologia fondamentale, materiali e dispositivi. [PDF]. Recuperato da: applicazione.Wiley-VCH.Di
4. Parihar, m. Raja e r. Paulosio. (2018). Una breve revisione delle proprietà strutturali, elettriche ed elettrochimiche delle nanoparticelle di ossido di zinco. [PDF]. Recuperato da: ipme.Ru
5. A. Rodnyi e io. V. Khodyuk. (2011). Proprietà ottiche e luminescenza dell'ossido di zinco. Recuperato da: arxiv.org
6. Siddiqi, k. S., Sei rahman, a., Tajuddin, & husen, a. (2018). Proprietà delle nanaparticelle di ossido di zinco e dell'attività ES contro i microbi. Lettere di ricerca su nanoscala, 13 (1), 141. Doi: 10.1186/S11671-018-2532-3
7. ChemicalSetyFacts. (2019). Ossido di zinco. Recuperato da: ChemicalSetyFacts.org
8. Jinhuan Jiang, Jiang Pi e Jiye Cai. (2018). Il progresso delle nanoparticelle di ossido di zinco per applicazioni biomediche. Chimica e applicazioni bioinorganiche, vol. 2018, ID articolo 1062562, 18 pagine. doi.org/10.1155/2018/1062562