ZnS-structuur en -kenmerken (15 belangrijke feiten)

ZnS is de chemische formule van zinksulfide en het kan twee soorten structuren vormen, namelijk zinkmengsel en wurtziet. Laten we wat meer korte details over de ZnS-structuur bespreken.

ZnS kan polymorfisme vertonen en heeft een zinkmengselstructuur, wat betekent dat het een raamwerk zoals een diamant vertoont en door verschillende temperaturen op ZnS toe te passen, kan het worden omgezet in wurtziet en hexagonale moleculaire symmetrie vertonen. Het zinkmengsel is thermisch stabiel, vertoont een kubische structuur en is ook bekend als: Sfaleriet.

ZnS is een ionische verbinding en heeft Zn²⁺ en S^2- ionen. In deze structuur zijn zowel Zn²⁺ en S^2- zijn in 1:1 stoichiometrie. Het toont een tetraëdrische opstelling van Zn²⁺ en S^2- ionen in beide vormen. Laten we wat meer gedetailleerde discussie hebben over de eenzame paren, valentie-elektronen, formele lading en verschillende kenmerken van de ZnS-structuur en enkele feiten erover.

Hoe een ZnS-structuur te tekenen?

ZnS (zinksulfide) toont zijn unieke aard door twee verschillende kristalstructuren te vormen. Zowel het zinkmengsel als Wurtziet structuren van ZnS hebben enkele gemeenschappelijke kenmerken die hieronder worden vermeld.

• Ze hebben allebei een stoichiometrie van 1:1 in ZnS dwz 1 Zn²⁺: 1 p^2-.
• Ze hebben allebei coördinatie nummer 4 dwz 4:4 coördinatie Zn²⁺ en S^2- ionen.
• Volgens de regel van de straalverhouding, de grote maat S^2- ionen kunnen de hoeken van de eenheidscel bezetten en kleinere Zn²⁺ is aanwezig in de holtes van de eenheidscel.
• Dus elke S^2- ion is omgeven door 4 Zn²⁺ ionen en elke Zn²⁺ ion is omgeven door 4 S^2- ionen.
• Ze hebben allebei een tetraëdrische geometrie of coördinatie of rangschikking.
• In elke kristalstructuur als er 'n' aantal deeltjes is, dan heeft het tetraëdrische holtes 2'n' en octaëdrische leegte is 'n'.

Zinkmengsel of sfaleriet:

• het zink blend structuur van ZnS toont een face center kubieke (FCC) structuur of een kubieke gesloten gepakte (CCP) structuur. (AB-type structuur)
• Dus, aangezien we 4 S . hebben^2- ionen in de FCC-structuur, dus we hebben 8 tetraëdrische holtes en 4 octaëdrische holtes.
• In de FCC-structuur is er een tetraëdrische leegte aanwezig op elke hoek van de kubus.
• Elke S^2- ion is aanwezig op de vier hoeken en vlakken van de kubische structuur. daarom S^2- = (1/8 S^2- x 8 hoeken) + ( 1 / 2 S^2- x 6 vlakken) = 1 + 3 = 4 S^2-.
• Elke Zn²⁺ ion aanwezig is in de afwisselende of tegenoverliggende tetraëdrische holtes van de kubische structuur. Daarom, Zn²⁺ = (1/2 Zn²⁺ x 8 T.V) = 4 Zn²⁺

Wurtziet (ZnS):

• de wurtziet structuur van ZnS toont een hexagonale gesloten pakking (HCP) structuur.
• Het kan afwisselende lagen Zn . vormen²⁺ en S^2- ionen in een HCP-structuur. Het heeft de 1e laag van 6 S^2- anionen, 2e laag van 3 Zn²⁺ kationen, 3e laag van 3 S^2- anion en 4e laag van 6 Zn²⁺ kationen.
• In wurtziet, de Zn²⁺  kationen bevinden zich in de octaëdrische plaatsen of holtes.
• Het vormt dus de ABAB-type HCP-structuur van wurtziet.

ZnS structuur valentie-elektronen

De buitenste elektronen van een atoom of moleculen die klaar zijn om te doneren of door een ander atoom worden geaccepteerd, worden valentie-elektronen genoemd. Kijk eens naar ZnS-valentie-elektronen.

De ZnS-structuur heeft in totaal 8 valentie-elektronen. Het heeft 2 elementen namelijk zink en zwavel. Het is een combinatie van metaal en niet-metaal en is een ionische verbinding. De Zn heeft 2 valentie-elektronen zoals in de 12e groep. Het S-atoom heeft 6 valentie-elektronen zoals het zich in de 16e groep van het periodiek systeem bevindt.

De berekening voor ZnS-valentie-elektronen wordt uitgelegd in de onderstaande gedetailleerde stappen.

• Valentie-elektronen op zinkatoom is = 02 x 01 (Zn) = 02
• Valentie-elektronen op zwavelatoom is = 06 x 01 (S) = 6
• Totale valentie-elektronen op ZnS-structuur = 2 (Zn) + 6 (S) = 8
• Het totale elektronenpaar op de ZnS-structuur wordt geïdentificeerd door de valentie-elektronen te delen door 2 = 8 / 2 = 4
• Daarom heeft de ZnS-structuur in totaal 8 valentie-elektronen en 4 elektronenparen.

ZnS-structuur alleenstaande paren

Ongedeelde elektronenparen die aanwezig zijn op de atomen van een molecuul worden lone pair-elektronen genoemd. Laten we een korte bespreking houden over de ZnS-lone-paar-elektronen.

De ZnS-structuur heeft in totaal 8 lone pair-elektronen. Het heeft in totaal 8 valentie-elektronen. Het Zn-atoom doneert zijn 2 valentie-elektronen aan het S-atoom en het S-atoom accepteert 2 elektronen van het Zn-atoom. Het is dus een ionische verbinding die een kation en anion is vanwege positieve en negatieve ladingen erop.

Het berekenende deel van de ZnS-structuur lone pair-elektronen wordt uitgelegd in de volgende stappen hieronder.

• Lone pair-elektronen op ZnS is = Valentie-elektronen van ZnS (V. E) - Aantal bindingen / 2
• Zn-atoom heeft lone pair-elektronen is = 0 (V. E) - 0 (bindingen) / 2 = 0
• S-atoom heeft lone pair-elektronen is = 8 (V. E) - 0 (bindingen) / 2 = 8
• Het enige elektronenpaar dat aanwezig is in de ZnS-structuur is dus 8.

ZnS-structuurvorm:

De sequentiële atomaire close-packed opstelling in het molecuul of een verbinding wordt moleculaire vorm genoemd. Laten we wat kort bespreken over de vorm van de ZnS-structuur.

De ZnS-verbinding vertoont lineaire, tetraëdrische en octaëdrische vormen. De vorm van ZnS hangt af van het aantal Zn²⁺ en S^2- ionen en zijn structuur (Zn_nS_n). De basis Zn-S-structuur toont zijn lineaire vorm omdat deze diatomisch is en slechts twee atomen bevat die met elkaar zijn verbonden.

De FCC-structuur is tetraëdrisch in sphelariet en HCP-structuur is octaëdrisch in wurtziet.

ZnS-structuurhybridisatie

Het mengen en herschikken van de orbitalen van atomen om een ​​nieuwe hybride orbitaal met dezelfde energie te vormen, wordt hybridisatie genoemd. Hieronder bespreken we ZnS-structuurhybridisatie.

De ZnS-structuur toont s, sp3, en sp3d2-hybridisaties in Sphelarite- en wurtzietstructuren. Het kan geen definitieve hybridisatie vertonen zoals het heeft: complexe kristalstructuren en een enorm netwerk van atomen. Als ZnS lineaire geometrie vertoont, dan heeft het 's' hybridisatie.

Als ZnS tetraëdrische geometrie vertoont, dan heeft het 'sp³' hybridisatie. Als ZnS octaëdrische geometrie toont, dan toont het 'sp³d²' hybridisatie. De hybridisatie van ZnS hangt af van het aantal ionen en de vorming van de geometrie. Atoomorbitalen van Zn en S worden met elkaar vermengd om nieuwe hybride orbitalen met dezelfde energie te vormen.

ZnS-structuurhoek:

De hoek binnen twee afwisselende bindingen achter de centrale atomen in een molecuul wordt de bindingshoek genoemd. Bekijk een kortere bespreking van de ZnS-bindingshoek.

De ZnS-structuur kan laten zien: 180⁰, 109.5⁰Of 90⁰ bindingshoeken volgens de geometrie. De ZnS kan verschillende structuren, verschillende geometrieën, en hybridisatie van zijn Zn- en S-atomen. Dus als ZnS een lineaire vorm heeft van 180⁰, een tetraëdrische vorm dan 109.5⁰, de octaëdrische geometrie dan heeft het een 90⁰ binding hoek.

Is ZnS vast of gas?

De verbindingen die hun atomen op een gesloten manier specifiek fixeren en hard van aard zijn, zijn vaste verbindingen. Laten we eens kijken of ZnS een vaste of een gasvormige verbinding is.

De ZnS-verbinding is vast van aard. ZnS is een ionische stof en zijn Zn²⁺ en S^2- ionen zijn verbonden met ionische bindingen, maar beide ionen overlappen hun orbitalen om nieuwe hybride orbitalen te vormen.  Het vertoont ook een licht covalent karakter om solide te zijn. Het is een witte of gele kleur vaste kristallijne verbinding.

Is ZnS oplosbaar in water?

De oplosbaarheid in water hangt af van de neiging van de opgeloste stof die in de wateroplossing wordt opgelost. Neem een ​​korte blik op de discussie of ZnS oplosbaar is in water of niet.

Het ZnS is onoplosbaar in water. Het heeft meer dichtheid dan wateroplossing. Het heeft meer roosterenergie dan hydratatie-energie. ZnS kan dus niet volledig in het water worden gedissocieerd om waterstofbruggen te vormen met negatieve delen van watermoleculen. Maar het kan reageren met water als de temperatuur erop wordt toegepast.

Waarom is ZnS onoplosbaar in water?

ZnS is onoplosbaar in water vanwege de complexe gesloten-gepakte reeks Zn²⁺ en S^2- ionen. Dus de bindingen van ZnS kunnen niet wijken om oplosbaar te worden in water. Over het toevoegen van ZnS aan water en het toepassen van externe warmte of temperatuur aan het ZnS – H₂O oplossing.

 Het reageert met water en vormt zo een waterstofbrug en produceert zinkhydroxide (Zn(OH)₂) en het vrijkomen van waterstofsulfide (H₂S) gas. De reactie van ZnS en wateroplossing wordt hieronder gegeven.

ZnS + 2 H₂O → Zn(OH)₂ + H₂S

Is ZnS polair of niet-polair?

Het polaire of niet-polaire molecuul wordt bepaald vanwege het elektronegativiteitsverschil tussen zijn atomen. Laten we eens kijken of het ZnS-molecuul polair of niet-polair is.

Het ZnS is polair van aard. Het is een ionische verbinding en heeft 2 tegengestelde ladingen die aantonen dat het polair is. Het S-atoom is meer elektronegatief dan zinkmetaal en heeft een elektronegativiteitsverschil van 0.98. Deze waarde wordt aanbevolen voor polaire verbindingen volgens de regel van Pauling die bevestigt dat ZnS polair is.

Het heeft een ongelijke elektronenverdeling op zowel Zn- als S-atomen vanwege het elektronegativiteitsverschil. De elektronendichtheid in ZnS wordt door het S-atoom naar zich toe getrokken. Het ontwikkelt dus netto dipolen erop en heeft een positieve lading op het Zn-atoom en een negatieve lading op het S-atoom.

Is ZnS zuur of base?

De soorten die protonen kunnen doneren zijn zuren en de soorten die protonen kunnen accepteren zijn basen. Hieronder bespreken we kort of ZnS een zuur of een base is.

ZnS is een niet-zure of niet-basische verbinding. Het is een natuurlijk voorkomend zout. Het kan stabieler zijn wanneer het zich in een waterige oplossing bij zure pH bevindt en reageert met het zuur om zouten te vormen. Het is ook stabiel in alkalische pH met een meer negatieve pH-waarde.

ZnS wordt geoxideerd in een zure oplossing om zinksulfaat te vormen en oxidatie met een alkalische oplossing produceert zinkhydroxide.

Is ZnS elektrolyt?

De verbindingen die dissociëren bij toevoeging aan water en in staat zijn om elektriciteit te geleiden, worden elektrolyten genoemd. Bekijk een korte discussie over ZnS als elektrolyt.

De ZnS kan optreden als elektrolyten. Bij het toevoegen van ZnS aan water wordt het ioniseert tot Zn²⁺ kation en S^2- anion. Het wordt niet gemakkelijk opgelost in water vanwege de hoge roosterenergie. Pas dus externe energie toe, dwz warmte, om ZnS in water oplosbaar te maken. Alleen dan kan het ionen vormen en elektriciteit geleiden en fungeren als elektrolyten.

Is ZnS-zout?

Het product dat ontstaat door reacties tussen zure en basische verbindingen wordt zouten genoemd. Laten we meer details bespreken over een verklaring of ZnS een zout is of niet.

ZnS is een zout omdat het metalen en niet-metalen elementen bevat. Het wordt geproduceerd door de reactie van Zn-metaal en S niet-metaalatomen. Het vormt een ionische verbinding door een combinatie van Zn²⁺ en S^2- ionen. Het wordt ook gevormd door een reactie tussen zinkoxide en waterstofsulfide en werkt als zout.

De reactie van de vorming van ZnS als zout wordt hieronder gegeven.

Zn (s) + S (s) → ZnS (s)

Zn²⁺ + S^2- → Zns

ZnO + H₂S → ZnS + H₂O

Is ZnS ionisch of covalent?

De atomen in een molecuul die zijn bevestigd aan de elektrostatische aantrekkingskracht zijn ionisch en als ze zijn bevestigd met sigma-bindingen, zijn ze covalent. Laten we eens kijken of ZnS ionisch of covalent is.

ZnS is een ionische verbinding. Het is samengesteld uit tegengesteld geladen kationen en anionen, dwz Zn²⁺ en S^2- ionen. Hun ionen worden met elkaar verbonden door de sterke elektrostatische aantrekkingskracht en vormen een sterke ionische binding tussen hen daarom vertoont het een ionisch karakter en is het niet covalent.

Is ZnS fosforescerend?

Fosforescentie is een fotoluminescentietype, waarbij de soort licht absorbeert en gedurende lange tijd uitstraalt. Laten we in detail bekijken of ZnS fosforescerend is of niet.

ZnS-verbinding is fosforescerend. Het kan kleur tonen verandering door absorptie van UV-licht op ZnS. De elektronen van ZnS absorberen licht (opgeslagen) en worden opgewonden en springen van hun lagere energietoestand naar een hoge energietoestand. Het straalt dus gedurende een lange tijd licht uit en werkt als een fosforescerend middel.

Is ZnS-fluorescentie?

Fluorescentie is fotoluminescentie, waarbij de soort licht absorbeert en dat licht onmiddellijk uitstraalt. Hieronder bespreken we korte details van de aard van de ZnS-fluorescentie.

ZnS vertoont fluorescentie. Zuiver ZnS kan niet fungeren als een fluorescentie. Het werkt alleen als fluorescentie als er onzuiverheden zijn zoals: cadmium (cd²⁺) en zilver (Ag⁺) aanwezig in ZnS en interfereert in een rooster van ZnS. Licht zoals IR, UV, X-ray, etc. valt op de ZnS-oppervlak en absorbeert fotonenergie door ZnS.

De elektronen worden gepromoveerd naar een hoger energieniveau dat overeenkomt met onzuivere atomen en kwamen terug naar het grondenergieniveau en vertoonden de emissie van licht plotseling zonder vertraging. Hier verandert het ook van kleur van wit naar groen.

Conclusie:

ZnS (zinksulfide) heeft twee structuren, namelijk sfaleriet en wurtziet. Zn²⁺ ionen komen voor op tetraëdrische plaatsen en octaëdrische plaatsen daarin. Het heeft 8 valentie-elektronen en 4 eenzame paren. Het toont lineaire, tetraëdrische en octaëdrische vormen. Het heeft een vlak gecentreerde kubische en zeshoekige gesloten pakketstructuur. Het is in water onoplosbaar, polair, vast zout, elektrolyt, fosforescerend en fluorescent.

Lees meer over de volgende structuur en kenmerken

Dr Shruti Ramteke

Hallo allemaal, ik ben Dr. Shruti M Ramteke, ik heb mijn Ph.D. in de chemie. Ik ben gepassioneerd door schrijven en deel mijn kennis graag met anderen. Neem gerust contact met mij op via linkedin