Оксид цинка — важное в промышленности и медицине соединение || Как получить оксид цинка

Химические свойства

Чистый ZnO , представляет собой белый порошок, но в природе это происходит как редкий минерал цинкит , который обычно содержит марганец и другие примеси , которые придают желтый до красного цвета.

Кристаллический оксид цинка Термохромный , изменяется от белого до желтого при нагревании на воздухе и возвращаясь к белому при охлаждении. Это изменение цвета вызвано небольшой потерей кислорода в окружающую среду при высоких температурах с образованием нестехиометрического Zn 1 х O, где при температуре 800 ° С, х = 0,00007.

ZnO 2 HCl → ZnCl 2 Н 2 О
ZnO 2 NaOH H 2 O → Na 2 [Zn (OH) 4 ]

https://www.youtube.com/watch?v=ytdevru

ZnO медленно реагирует с жирными кислотами в масле с получением соответствующих карбоксилатов , такие как олеат или стеарат . ZnO , образует цементные подобные продукты при смешивании с сильным водным раствором хлорида цинка и их лучше всего описаны как цинк гидроксильных хлориды. Этот цемент был использован в стоматологии.

ZnO , также образует цементный-подобный материал , когда обрабатывают фосфорной кислотой ; родственные материалы используются в стоматологии. Одним из основных компонентов фосфата цинка цемента производства этой реакции гопеита , Zn 3 (PO 4 ) 2 · 4H 2 O.

ZnO , разлагается в парах цинка и кислорода на уровне около 1975 ° С при нормальном давлении кислорода. В карботермической реакции , нагревание с углеродом преобразует оксид цинка в пар при значительно более низкой температуре (около 950 ° C).

ZnO C → Zn (пара) СО

Оксид цинка — важное в промышленности и медицине соединение || Как получить оксид цинка

Оксид цинка может бурно реагировать с алюминиевыми и магниевыми порошками с хлорированным каучуком и льняным маслом при нагревании , вызывая опасность пожара и взрыва.

Он реагирует с сероводородом с получением сульфида цинка . Эта реакция используется в коммерческих целях.

ZnO H 2 S → ZnS H 2 O
Оксид цинка — важное в промышленности и медицине соединение || Как получить оксид цинка

Цинковой обманки элементарной ячейки

Состав

Окись цинка кристаллизуется в двух основных формах , гексагональном вюрцит и кубической цинковой обманке . Вюрцита структура является наиболее стабильной в условиях окружающей среды и , следовательно , наиболее распространенными. Цинковая обманка форма может быть стабилизирована путем выращивания ZnO на подложках с кубической структурой решетки.

Шестигранные и цинковые обманка полиморфы не имеют инверсии симметрии (отражение кристалла по отношению к любой заданной точке не превращает его в себя). Это и другие свойства симметрии решетки приводит к пьезоэлектричества гексагональной и цинковой обманки, ZnO и пироэлектричества гексагонального ZnO.

Гексагональная структура имеет точку группы 6 мм ( Германн-Mauguin обозначение ) или C 6v ( Шенфлиса обозначение ), и пространственная группа представляет Р6 3 тс или С 6v 4 . Постоянные решетки являются = 3,25 Å, с = 5,2 Å; их отношение с / а ~ 1,60 близок к идеальному значению для гексагональной ячейки с / а = 1,633.

Как и в большинстве групп II-VI материалов, склеивание в ZnO в значительной степени ионная (Zn 2 -O 2- ) с соответствующим радиусом 0,074 нм для Zn 2 и 0,140 нм для O 2- . Это свойство объясняет преимущественное образование вюрцита , а не структура цинковой обманки, а также сильное пьезоэлектричество из ZnO.

Из – за полярные Zn-O связей, цинк и кислород плоскости электрически заряжены. Для поддержания электрической нейтральности, эти самолеты реконструировать на атомном уровне в большинстве относительных материалов, но не в ZnO – ее поверхности являются плоскими атомарно, стабильными и не проявляют реконструкции.

ZnO , является относительно мягким материалом с приблизительной твердостью 4,5 по шкале Мооса . Ее упругие константы имеют меньшие размеры , чем у соответствующих III-V полупроводников, таких как GaN . Высокой теплоемкости и теплопроводности, низкий коэффициент теплового расширения и высокая температура плавления ZnO являются полезными для керамики. Е2 оптический фонон в ZnO имеет необычно длительный срок службы 133 пса при 10 К.

Среди тетраэдрический связанных полупроводников, было указано , что ZnO имеет самый высокий пьезоэлектрический тензор, или , по меньшей мере , один сравним с GaN и AlN . Это свойство делает его технологически важным материалом для многих пьезоэлектрических приложений, которые требуют большой электромеханической связи.

ZnO имеет относительно большой прямой запрещенной зоны от ~ 3,3 эВ при комнатной температуре. Преимущества , связанные с большой шириной запрещенной зоны включают в себя более высокие пробивные напряжения, способность поддерживать большие электрические поля, более низкий электронный шум , а также при высокой температуре и эксплуатации высокой мощности. Ширина запрещенной зоны оксида цинка может быть дополнительно настроен на ~ 3-4 эВ путем его легирования оксида магния или оксида кадмия .

https://www.youtube.com/watch?v=ytcreatorsru

Наиболее ZnO имеет п -типа характер, даже в отсутствие преднамеренного легирования . Нестехиометрия , как правило , происхождение п-тип характера, но тема остается спорной. Было предложено альтернативное объяснение на основе теоретических расчетов, что непреднамеренные примеси замещения водорода отвечает.

Надежный р-типа легирования ZnO остается сложной. Эта проблема возникает из низкой растворимости легирующих примесей р-типа и их компенсации примесей обильных п-типа. Эта проблема наблюдается с GaN и ZnSe . Измерение р-типа в «внутренне» п-типа материала осложняется неоднородностью образцов.

Предлагаем ознакомиться  Как заменить томатную пасту помидорами пропорции

Существующие ограничения для ограничения р-легирование электронных и оптоэлектронных применений ZnO, которые, как правило, требуют стыков п-типа и р-тип материала. Известные легирующие р-типа включают группы I-элементы Li, Na, K; группа V-элементы, N, P и As; а также медь и серебро. Тем не менее, многие из них образуют глубокие акцепторы и не дают значительный р-тип проводимости при комнатной температуре.

Подвижность электронов из ZnO сильно зависит от температуры и имеет максимум ~ 2000 см 2 / (V · с) при 80 К. Данные о подвижности дырок не хватает со значениями в диапазоне 5-30 см 2 / (V · с).

ZnO диски, действуя в качестве варистора , являются активным материалом в большинстве разрядников .

производство

Косвенный процесс

В косвенном или французском процессе, металлический цинк расплавляют в графитовом тигле и испаряется при температурах выше 907 ° С (обычно около 1000 ° С). паров цинка реагирует с кислородом в воздухе, чтобы дать ZnO, сопровождается снижением его температуры и яркой люминесценции. Частицы оксида цинка транспортируются в охлаждающем канале и собирают в мешок дома.

Этот косвенный метод был популярным Леклер (Франция) в 1844 году и, следовательно, широко известен как французский процесс. Ее продукт обычно состоит из агломерированных частиц оксида цинка со средним размером от 0,1 до нескольких микрометров. По весу, большинство в мире оксида цинка производится с помощью французского процесса.

Прямой процесс

Прямой или американский процесс начинается с различными загрязненными цинковыми композитами, такие как цинковые руды или плавильная печь побочными продуктами. Предшественники цинка снижаются ( карботермического ) при нагревании с источником углерода , такие как антрацит с получением паров цинка, который затем окисляется , как и в косвенном процессе. Из-за более низкой чистоты исходного материала, конечный продукт также более низкого качества в процессе прямого по сравнению с косвенным.

Небольшое количество промышленной продукции включает в себя мокрые химические процессы, которые начинаются с водными растворами солей цинка, из которых карбонат цинка или гидроксид цинка осаждается. Твердый осадок затем прокаливают при температуре около 800 ° С.

синтез Laboratory

Оксид цинка — важное в промышленности и медицине соединение || Как получить оксид цинка

Красный и зеленый цвет этих синтетических кристаллов ZnO в результате различных концентраций вакансий кислорода.

Существуют многочисленные специализированные методы получения ZnO для научных исследований и узкоспециализированных приложений. Эти методы могут быть классифицированы по полученной форме ZnO (объемной, тонкой пленки, нанопроволоки ), температура ( «низкий», что близко к комнатной температуре или «высокий», то есть Т ~ 1000 ° С), тип процесса (осаждение из паровой фазы или рост из раствора) и других параметров.

Большие монокристаллы (много кубических сантиметров) могут быть выращены транспортировки газа ( в паровой фазе осаждения), гидротермального синтеза , или рост расплава. Тем не менее, из – за высокого давления паров из ZnO, рост из расплава является проблематичным. Рост по транспортировке газа трудно контролировать, в результате чего гидротермального метода в качестве предпочтения.

Обычный белый порошкообразный оксид цинка может быть получен в лаборатории путем электролиза раствора бикарбоната натрия с цинковым анодом. гидроксид цинка и газ водород. Гидроксид цинка при нагревании разлагается на оксид цинка.

Zn 2 Н 2 O → Zn (ОН) 2 Н 2
Zn (OH) 2 → ZnO H 2 O

ZnO наноструктуры

Наноструктуры ZnO , могут быть синтезированы в различные морфологией , включая нанопроволоки, наностержни , тетрапод, нанополосок, nanoflowers, наночастицы и т.д. Наноструктуры могут быть получены с большинством вышеуказанных методов, при определенных условиях, а также с пара-жидкость-твердое тело методом , Синтез обычно проводят при температуре от примерно 90 ° С, в эквимолярном водном растворе нитрата цинка и уротропин , причем последний обеспечивает основную среду.

Определенные добавки, такие как полиэтиленгликоль или полиэтиленимин, могут улучшить соотношение сторон ZnO нанопроводов. Легирование ZnO нанопроводов было достигнуто за счет добавления других нитратов металлов в раствор роста. Морфология полученных наноструктур может быть настроена путем изменения параметров , относящихся к композиции предшественника (например , как концентрация цинка и рН) или термической обработки (например, скорости нагрева и температуры).

Унифицированные ZnO нанопроволоки на предварительно посеянных кремния , стекла и нитрида галлия субстратов были выращены с использованием водных солей цинка , таких как нитрат цинка и ацетата цинка в основных средах. Предварительно посевные подложки с ZnO создают сайты для гомогенного зарождения кристалла ZnO в процессе синтеза.

Общие методы предварительного посева , включают в месте термического разложения ацетата цинка кристаллитов, центрифугирования наночастиц ZnO и использование физического осаждения из паровой фазы методами депонировать ZnO тонких пленок. Предварительно затравка может быть выполнена в сочетании с сверху вниз методами формирования паттерна , такие как электронно – лучевой литография и наносферами литография для обозначения центров кристаллизации перед выращиванием.

история

https://www.youtube.com/watch?v=ytpressru

Соединения цинка, вероятно , использовались ранними людьми, в обработанных и необработанных формах, как краска или лекарственной мази, но их состав является неопределенным. Использование pushpanjan , вероятно , оксид цинка, как мазь для глаз и открытых ран, упоминается в индийской медицинской тексте Чарака Самхита , думал на сегодняшний день от 500 г. до н.э. или ранее.

Предлагаем ознакомиться  Как сделать теплые грядки в теплице весной

Оксид цинка мазь также упоминается в греческой врач Диоскорид (1 век н.э.). Гален предложил лечения язвенных раки с оксидом цинка, как и Авиценна в его Канон медицины . Оксид цинка не больше не используется для лечения рака кожи, хотя она по – прежнему используется в качестве ингредиента в продуктах , таких как порошок младенца и кремы против опрелостей , каламиновый крем, анти – перхоти шампуни , и антисептических мазей.

Римляне получают значительные количества меди (сплав цинка и меди ) еще в 200 г. до н.э. процесса цементации , где медь реагирует с оксидом цинка. Оксид цинка , как полагают, были произведены путем нагревания цинка руды в шахтной печи. Этот освобожденный металлический цинк в виде пара, который затем вознесенном дымоход и конденсируется в виде оксида.

С 12 до цинка века и оксида цинка 16 были признаны и произведено в Индии , используя примитивную форму процесса прямого синтеза. Из Индии, производство цинка переехал в Китай в 17 – м веке. В 1743 году первый европейский Цинковый завод был создан в Бристоле , Великобритания.

Основное использование оксида цинка (цинк белого) было в красках и в качестве добавки к мазям. Цинковые белила были приняты в качестве пигмента в масляной живописи на 1834, но она также не смешивается с маслом. Эта проблема была решена за счет оптимизации синтеза ZnO. В 1845 году, Леклер в Париже производил масляную краску на больших масштабах, и к 1850 году, цинковые белила в настоящее время производятся по всей Европе.

Успех цинка белой краской был связан с его преимуществами по сравнению с традиционным белым свинцом: цинковые белила, по существу, постоянные в солнечном свете, она не почернели от серы воздуха, он не токсичен и более экономичный. Поскольку цинк белого настолько «чистый» он ценен для создания оттенков с другими цветами, но это делает довольно хрупкую сухую пленку при замешанной с другими цветами.

В последнее время, наиболее оксид цинка был использован в резиновой промышленности , чтобы противостоять коррозии . В 1970 – х годах, второй по величине применения ZnO было ксерокопирование . Высококачественный ZnO производства «французским процессом» был добавлен в копировальной бумаги в качестве наполнителя. Это приложение вскоре было вытеснено титаном .

Приложения

Применения порошка оксида цинка являются многочисленными, и основными из которых приведены ниже. Большинство приложений используют реакционную способность оксида в качестве предшественника других соединений цинка. Для материалов приложений науки, оксид цинка имеет высокий показатель преломления , высокую теплопроводность, переплет, антибактериальные и УФ-защитные свойства.

Rubber производство

От 50% до 60% использования ZnO в резиновой промышленности. Оксид цинка наряду с стеариновой кислотой используется в вулканизации каучука ZnO добавки также защищает резину от грибков (см медицинских приложений) и УФ – света.

Керамическая промышленность потребляет значительное количество оксида цинка, в частности в керамической глазури и фритты композиций. Относительно высокая теплоемкость, теплопроводность и высокая стабильность температуры ZnO в сочетании со сравнительно низким коэффициентом расширения являются желательными свойствами в производстве керамики.

ZnO, влияет на температуру плавления и оптические свойства глазури, эмали, а также керамических составов. Оксид цинка в качестве низкого расширения, вторичный поток улучшает эластичность глазури за счет уменьшения изменения вязкости в зависимости от температуры и помогает предотвратить микротрещин и дрожи.

Подставив ZnO для BaO и PbO, теплоемкость уменьшается, а коэффициент теплопроводности увеличивается. Цинк в небольших количествах улучшает развитие глянцевых и блестящих поверхностей. Тем не менее, в умеренных до высоких количествах, она производит матовые и кристаллические поверхности. Что касается цвета, цинк имеет сложное влияние.

Оксид цинка в виде смеси с примерно 0,5% железа (III) , оксида (Fe 2 O 3 ), называется каламином и используется в солнечных ожогов. Два полезных ископаемых, цинкит и гемиморфит , исторически называется каламином . При смешивании с эвгенолом , с лигандом , оксид цинка эвгенолом сформирован, который имеет применение в качестве восстановительного и протезирования в стоматологии .

Отражая основные свойства ZnO, мелкие частицы оксида имеют дезодорирующие и антибактериальные свойства , и по этой причине добавляются в материалы , в том числе хлопчатобумажные ткани, каучук, продукты для ухода за полостью рта и упаковки пищевых продуктов. Улучшенное антибактериальное действие мелких частиц по сравнению с сыпучим материалом является не только для ZnO и наблюдается для других материалов, таких как серебро . Это свойство является результатом увеличенной площади поверхности мелких частиц.

Оксид цинка широко используется для лечения различных кожных заболеваний, в том числе дерматит, зуд в связи с экзема, опрелости и акне.

Оксид цинка — важное в промышленности и медицине соединение || Как получить оксид цинка

Он используется в таких продуктах, как детская присыпка и защитных кремы для лечения опрелостей , каламинового крем, анти – перхоть шампуни , и антисептические мази. Он также является компонент ленты ( так называемой «оксид цинка лентой») , используемым спортсменами в качестве повязки , чтобы предотвратить повреждение мягких тканей во время тренировок.

Предлагаем ознакомиться  Как правильно выращивать горох, чтобы получить богатый урожай

Оксид цинка может быть использован в форме мазей, кремах и лосьонах для защиты от солнечных ожогов и других повреждений кожи , вызванной ультрафиолетовым светом (см солнцезащитного крема ). Это самый широкий спектр UVA и UVB поглотитель , который одобрен для использования в качестве солнцезащитного в США пищевых продуктов и медикаментов (FDA), и полностью фотостабилен.

При использовании в качестве ингредиента в солнцезащитный крем , блоки оксида цинка как UVA (320-400 нм) и UVB (280-320 нм) лучей ультрафиолетового света . Оксид цинка и других наиболее общий физический солнцезащитный крем , диоксид титана , считаются раздражающим, nonallergenic и не- комедонов . Цинк из оксида цинка, однако, слегка впитывается в кожу.

Многие солнцезащитные средства используют наночастицы оксида цинка (наряду с наночастицами диоксида титана), так как такие мелкие частицы не рассеивают свет и, следовательно, не кажутся белыми. Там было опасение, что они могут быть впитываются в кожу. В исследовании, опубликованном в 2010 году нашли 0,23% до 1,31% (в среднем на 0,42%) уровней цинка в крови в венозной образцах крови может быть прослежено к цинка из наночастиц ZnO, применяемых к человеческой коже в течение 5 дней, и следы были также обнаружены в образцах мочи.

Оксида цинка наночастицы могут улучшить антибактериальную активность ципрофлоксацина . Было показано , что нано ZnO , который имеет средний размер в диапазоне от 20 нм до 45 нм может усиливать антибактериальную активность ципрофлоксацина против золотистого стафилококка и кишечной палочки в пробирке .

Усиливающее действие этого наноматериала зависит от всех тестируемых штаммов концентрация. Этот эффект может быть обусловлен двумя причинами. Во- первых, наночастицы оксида цинка могут помешать Nora белка, который разработан для придания стойкости у бактерий и насосное активностью , которые опосредуют effluxing гидрофильных фторхинолонов из клетки. Во- вторых, наночастицы оксида цинка могут помешать Omf белка, который отвечает за проникновением хинолона антибиотиков в клетку.

Сигаретные фильтры

Оксид цинка является составной частью сигаретных фильтров . Фильтр , состоящий из древесного угля , пропитанного оксида цинка и оксида железа удаляет значительные количества цианида водорода ( HCN ) и сероводород ( H 2 S ) от табачного дыма , не влияя на его вкус.

Пищевая добавка

oxide.jpg Цинк

Окись цинка добавляют во многие пищевые продукты, в том числе зерновые завтраки , как источник цинка, необходимого питательного вещества . ( Сульфат цинка также используется для той же цели) . Некоторые расфасованных пищевых продуктов включают также следовые количества ZnO , даже если она не предназначена в качестве питательного вещества.

Оксид цинка был связан с загрязнением диоксинами экспорта свинины в чилийской свинины кризиса 2008 года . Загрязнение было обнаружено, что из – за диоксина загрязненного оксида цинка , используемого в качестве корма свиней.

Пигмент

Цинковые белила используют в качестве пигмента в красках и более непрозрачный , чем литопон , но менее непрозрачный , чем двуокись титана . Он также используется в покрытиях для бумаги. Китайские белый специальный сорт цинковых белил используются в художниках пигментов . Использование цинка белого цвета (оксид цинка) в качестве пигмента в масляной живописи началось в середине 18 – го века.

УФ-абсорбер

Измельченный и нано-оксид цинка и диоксид титана обеспечивают надежную защиту от UVA и UVB ультрафиолетового излучения , и используются в лосьоне для загара , а также в УФ-блокирующие солнцезащитных очках для использования в пространстве и для защиты при сварке , после исследования ученых Jet Propulsion Laboratory ( JPL ).

Покрытия

Краски, содержащие порошок оксида цинка уже давно используют в качестве антикоррозионных покрытий на металлы. Они особенно эффективны для оцинкованного железа. Железо трудно защитить, потому что его реакционная способность органических покрытий приводит к хрупкости и недостаточной адгезии. оксид цинка краска сохраняет свою гибкость и сцепление на такие поверхности в течение многих лет.

ZnO , высоко п-типа , легированный алюминием , галлием или индием является прозрачным и проводящим ( прозрачность ~ 90%, самое низкое удельное сопротивление ~ 10 -4 Ω · см). ZnO: Al покрытия используются для экономии энергии или тепла, защиты окон. Покрытие позволяет видимой части спектра в но либо отражает инфракрасное (ИК) излучение обратно в помещение (экономия энергии) или не пропускает ИК – излучение в помещение (тепловой защиты), в зависимости от того, какая сторона окна имеет покрытие.

Пластмассы, такие как полиэтиленнафталат (PEN), могут быть защищены путем нанесения покрытия оксида цинка. Покрытие уменьшает диффузию кислорода с PEN. Слои оксида цинка также может быть использован на поликарбонат в наружных применений. Покрытие защищает поликарбонат от солнечной радиации, а также уменьшает ее скорость окисления и фото-пожелтение.

Оксид цинка обеднен 64 Zn (в изотопе цинка с атомной массой 64) используется в предотвращении коррозии в ядерных реакторах под давлением воды . Истощение необходимо, потому что 64 Zn будет преобразована в радиоактивный 65 Zn при облучении нейтронами реактора.

H 2 S ZnO → Н 2 О ZnS

https://www.youtube.com/watch?v=ytpolicyandsafetyru

Сульфида цинка (ZnS) , заменяется свежим оксидом цинка , когда оксид цинка был израсходован.

Оцените статью
Дачник
Adblock detector