Сера и цинк реакция

Реакции, взаимодействие цинка. Уравнения реакции цинка с веществами

Сера и цинк реакция

Цинк реагирует, взаимодействует с неметаллами, полуметаллами, оксидами, кислотами, основаниями, солями и пр. веществами.

Реакции, взаимодействие цинка с неметаллами

Реакции, взаимодействие цинка с полуметаллами

Реакции, взаимодействие цинка с оксидами

Реакции, взаимодействие цинка с солями

Реакции, взаимодействие цинка с кислотами

Реакции, взаимодействие цинка с основаниями

Реакции, взаимодействие цинка с водородсодержащими соединениями

Реакции, взаимодействие цинка с неметаллами. Уравнения реакции: 

1. Реакция взаимодействия цинка и серы:

Zn + S → ZnS (t > 130 °C).

Реакция взаимодействия цинка и серы происходит с образованием сульфида цинка.

2. Реакция взаимодействия цинка и фосфора:

Zn + 2P → ZnP2 (t = 700-850 °C).

Реакция взаимодействия цинка и фосфора происходит с образованием дифосфида цинка. Реакция протекает в вакууме.

3. Реакция взаимодействия цинка и селена:

Zn + Se → ZnSe (t = 800-900 °C).

Реакция взаимодействия цинка и селена происходит с образованием селенида цинка.

4. Реакция взаимодействия цинка и кислорода:

2Zn + O2 → 2ZnO (t°).

Реакция взаимодействия цинка и кислорода происходит с образованием оксида цинка. Реакция представляет собой сгорание цинка на воздухе.

5. Реакция взаимодействия цинка и фтора:

Zn + F2 → ZnF2 (t > 60 °C).

Реакция взаимодействия цинка и фтора происходит с образованием фторида цинка.

6. Реакция взаимодействия цинка и хлора:

Zn + Cl2 → ZnCl2 (t = 60 °C).

Реакция взаимодействия цинка и хлора происходит с образованием хлорида цинка. Реакция протекает в воде.

7. Реакция взаимодействия цинка и брома:

Zn + Br2 → ZnBr2 (t = 60 °C).

Реакция взаимодействия цинка и брома происходит с образованием бромида цинка. Реакция протекает в воде.

8. Реакция взаимодействия цинка и йода:

Zn + I2 → ZnI2 (t > 60 °C).

Реакция взаимодействия цинка и йода происходит с образованием йодида цинка. Реакция протекает в воде.

Реакции, взаимодействие цинка с полуметаллами. Уравнения реакции: 

1. Реакция взаимодействия цинка и сурьмы:

Sb + Zn → ZnSb (t°).

Реакция взаимодействия цинка и сурьмы происходит с образованием стибида цинка.

2. Реакция взаимодействия цинка и теллура:

Zn + Te → ZnTe (t = 800-900 °C).

Реакция взаимодействия цинка и теллура происходит с образованием теллурида цинка. Реакция протекает в вакууме.

1. Реакция взаимодействия цинка и воды:

Zn + H2O  ZnO + H2 (t = 600-800 °C).

Реакция взаимодействия цинка и воды происходит с образованием оксида цинка и водорода.

2. Реакция взаимодействия цинка и оксида углерода (IV):

Zn + CO2 → ZnO + CO (t = 800-950 °C).

Реакция взаимодействия цинка и оксида углерода (IV) происходит с образованием оксида цинка и оксида углерода (II).

3. Реакция взаимодействия цинка и оксида азота:

4NO2 + Zn → 2NO + Zn(NO3)2.

Реакция взаимодействия цинка и оксида азота происходит с образованием оксида азота и нитрата цинка.

4. Реакция взаимодействия цинка и оксида серы:

Zn + 2SO2 → ZnS2O4 (t = 60 °C).

Реакция взаимодействия цинка и оксида серы происходит с образованием дитионита цинка. Реакция протекает в водном растворе этанола.

1. Реакция взаимодействия цинка и нитрата серебра:

Zn + 2AgNO3 → 2Ag + Zn(NO3)2.

Реакция взаимодействия нитрата серебра и цинка происходит с образованием серебра и нитрата цинка.

2. Реакция взаимодействия цинка и нитрата свинца:

Zn + Pb(NO3)2 → Zn(NO3)2 + Pb.

Реакция взаимодействия нитрата свинца и цинка происходит с образованием свинца и нитрата цинка.

3. Реакция взаимодействия цинка и сульфата меди:

Zn + CuSO4 → ZnSO4 + Cu.

Реакция взаимодействия сульфата меди и цинка происходит с образованием сульфата цинка и меди.

4. Реакция взаимодействия цинка и хлорида меди:

CuCl2 + Zn → ZnCl2 + Cu.

Реакция взаимодействия хлорида меди и цинка происходит с образованием хлорида цинка и меди.

1. Реакция взаимодействия цинка и азотной кислоты:

Zn + 4HNO3 → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.

Реакция взаимодействия цинка и азотной кислоты происходит с образованием нитрата цинка, оксида азота и воды. В ходе первой реакции  используется горячий концентрированный раствор азотной кислоты.

2. Реакция взаимодействия цинка и ортофосфорной кислоты:

Zn + H3PO4 → ZnHPO4 + H2 (to).

Реакция взаимодействия цинка и ортофосфорной кислоты происходит с образованием гидроортофосфата цинка и водорода. В ходе первой реакции  используется горячий концентрированный раствор ортофосфорной кислоты.

Аналогичные реакции протекают и с другими минеральными кислотами.

1. Реакция взаимодействия цинка и гидроксида натрия:

Zn + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2 (t = 550 °C).

Реакция взаимодействия цинка и гидроксида натрия происходит с образованием цинката натрия и водорода.

2. Реакция взаимодействия цинка, гидроксида натрия и воды:

Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2.

Реакция взаимодействия цинка, гидроксида натрия и воды происходит с образованием тетрагидроксоцинката натрия и водорода. Реакция протекает в концентрированном растворе гидроксида натрия.

3. Реакция взаимодействия цинка, гидроксида калия и воды:

Zn + 2KOH + 2H2O → K2[Zn(OH)4] + H2.

Реакция взаимодействия цинка, гидроксида калия и воды происходит с образованием тетрагидроксоцинката калия и водорода.

4. Реакция взаимодействия цинка, гидроксида лития и воды:

Zn + 2LiOH + 2H2O → Li2[Zn(OH)4] + H2.

Реакция взаимодействия цинка, гидроксида лития и воды происходит с образованием тетрагидроксоцинката лития и водорода. Реакция протекает в горячем концентрированном растворе гидроксида лития.

1. Реакция взаимодействия цинка и фтороводорода:

Zn + 2HF → ZnF2 + H2.

Реакция взаимодействия цинка и фтороводорода происходит с образованием фторида цинка и водорода. В ходе реакции  используется разбавленный раствор фтороводорода.

2. Реакция взаимодействия цинка и сероводорода:

H2S + Zn → ZnS + H2 (t = 700-800 °C).

Реакция взаимодействия цинка и сероводорода происходит с образованием сульфида цинка и водорода.

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

карта сайта

Ссылка на источник

Источник: https://allbreakingnews.ru/reakczii-vzaimodejstvie-czinka-uravneniya-reakczii-czinka-s-veshhestvami/

Отношение цинка, кадмия и ртути к разбавленным и концентрированным кислотам

Сера и цинк реакция

Задача 1021. 
Сравнить отношение цинка, кадмия и ртути к разбавленным и концентрированным кислотам: а) соляной; б) серной; в) азотной. Написать уравнения соответствующих реакций.

Решение:
Цинк, кадмий и ртуть – металлы, образующие подгруппу цинка. Активность их понижается от Zn к Hg. Цинк – амфотерен: легко растворяется в кислотах, а при нагревании – в щелочах. Кадмий в щелочах не растворяется, а в кислотах -менее энергично, чем цинк.

Ртуть взаимодействует только с кислотами, которые являются сильными окислителями.

Отношение цинка, кадмия и ртути к разбавленным и концентрированным кислотам: 

а) Отношение цинка, кадмия и ртути  к соляной кислоте.

Соляная кислота взаимодействует с металлами, стоящими в электрохимическом ряду металлов до водорода с образованием соли и выделением газообразного водорода:

1) Цинк легко растворяется в соляной кислоте:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑

2) Кадмий значительно хуже, чем цинк растворяется в соляной кислоте:

 Cd + 2HCl =  ZnCl2 + H2↑

3) Ртуть не растворяется в соляной кислоте, она растворяется в царской водке:

3Hg + 2HNO3 + 6HCl = 3HgCl2 + 2NO↑ + 4H2O

б) Отношение цинка, кадмия и ртути  к серной кислоте.

1) Взаимодействие серной кислоты с металлами проходит различно в зависимости от её концентрации. Разбавленная серная кислота окисляет своим ионом водорода. Из-за этого она взаимодействует только с теми металлами, которые стоят в ряду напряжений до водорода, например Zn и Cd:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑

Cd + H2SO4 = ZnSO4 + H2↑

Ртуть не взаимодействует с разбавленной серной кислотой (в ряду напряжений металлов ртуть находится после водорода;  нормальный  потенциал   Hg / Hg2+  = +0,85 B). 

2) Концентрированная серная кислота является окислителем за счёт серы. Она окисляет металлы, стоящие в ряду напряжений до серебра включительно. Продукты её восстановления могут быть различными в зависимости от активности металла и от условий (концентрация кислоты, температура).

При взаимодействии с более активными металлами продуктами восстановления могут быть как SO2, так и свободная сера и сероводород. Так, при взаимодействии с цинком могут протекать реакции:

Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2↑ + 2H2O

3Zn + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S↓ + 4H2O

4Zn + 5H2SO4 = 4ZnSO4 + H2S↑ + 4H2O.

Взаимодействие серной кислоты с кадмием протекает труднее, чем с цинком:

Cd + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2↑ + 2H2O

3Cd + 4H2SO4 = 3ZnSO4 + S + 4H2O

4Cd + 5H2SO4 = 4ZnSO4 + H2S↑ + 4H2O.

При растворении ртути в горячей концентрированной серной кислоте в зависимости от избытка ртути или кислоты образуются соли одновалентной или двухвалентной ртути:

Hg + 2H2SO4 = HgSO4 + SO2↑ + 2H2O2

Hg + 2H2SO4 = Hg2SO4 + SO2↑ + 2H2O.

б) Отношение цинка, кадмия и ртути  к азотной кислоте.

C металлами, стоящими в ряду напряжений левее водорода азотная кислота реагирует по разному в зависимости от концентрации, например с цинком и кадмием:

Zn + 4HNO3(60%) = Zn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O

3Zn + 8HNO3(30%) = 3Zn(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O

4Zn + 10HNO3(20%) = 4Zn(NO3)2 + N2O + 5H2O

5Zn + 12HNO3(10%) = 5Zn(NO3)2 + N2↑ +6H2O

4Zn + 10HNO3(20%) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Реакции азотной кислоты с кадмием протекают аналогично, как и с цинком только труднее.

Все приведенные выше уравнения отражают только доминирующий ход реакции.

Это означает, что в данных условиях продуктов данной реакции больше, чем продуктов других реакций, например, при взаимодействии цинка с азотной кислотой (массовая доля азотной кислоты в растворе 0,3) в продуктах будет содержаться больше всего NO, но также будут содержаться (только в меньших количествах) и NO2, N2O, N2 и NH4NO3.

Единственная общая закономерность при взаимодействии азотной кислоты с металлами: чем более разбавленная кислота и чем активнее металл, тем глубже восстанавливается азот:

увеличение концентрации кислоты  ←   NO2, NO, N2O, N2, NH4NO3  →    увеличение активности металла.

При растворении ртути в разбавленной  азотной кислоте образуется нитрат ртути (II):

3Hg + 8HNO3 = 3Hg(NO3)2 + 2NO↑+ 4H2O

При избытке ртути образуется нитрат ртути (I):

6Hg + 8HNO3 = 3Hg2(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O.

Ртуть легко растворяется в концентрированной азотной кислоте – образуется нитрат ртути(II):

Hg + 4HNO3 = Hg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Источник: http://buzani.ru/zadachi/khimiya-glinka/1339-reaktsii-kislot-s-kadmiem-tsinkom-i-rtutyu-zadacha-1021

Особенности получения наноструктурного сульфида цинка методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза

Сера и цинк реакция
1 Ан В.В. 1 Погребенков В.М. 1 1 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет» Наноструктурный порошок сульфида цинка был получен методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) с участием элементарной серы и нанопорошка цинка в атмосфере аргона.

В работе в качестве исходного материала использовался нанопорошок цинка, приготовленный путем электроискровой эрозии цинковых гранул в гексане. Фазовый состав и морфология продуктов самораспространяющегося высокотемпературного синтеза были исследованы с помощью рентгенофазового анализа и просвечивающей электронной микроскопии.

Представлены температурный профиль и фотографии процесса горения стехиометрической смеси металла с серой, снятые с помощью скоростной фотовидеокамеры. Показано, что при горении стехиометрической смеси основной фазой в продукте является гексагональный сульфид цинка ZnS. Найдена взаимосвязь между содержанием серы в исходной шихте и эффективностью процесса синтеза.

самораспространяющийся высокотемпературный синтез 1. Галанов А.И., Лобанова Г.Л., Журавков С.П., Сапрыкин Ф.Е., Корнев Я.И., Яворовский Н.А. Получение оксида и пероксида цинка электроискровым диспергированием цинковых гранул // Перспективные материалы. – 2013. – № 4. – С. 64–71.
2. Козицкий С.В., Писарский В.П., Уланова О.О.

Структура и фазовый состав сульфида цинка, полученного методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Физика горения и взрыва. – 1998. – Т. 34. – № 1. – С. 39–44.
3. Логинов Ю.Ю., Мозжерин А.В., Брильков А.В. Оценка степени дефектообразования в полупроводниках по критическому радиусу дислокационных петель // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 8. – С. 1171–1174.

4. Хомченко В.С., Рощина Н.Н., Завьялова Л.В., Стрельчук В.В., Свечников Г.С., Татьяненко Н.П., Снопок Б.А // Журнал технической физики. – 2014. – Т. 84. – № 1. – С. 94–103.
5. An V., Bozheyev F., Richecoeur F., Irtegov Y. Synthesis and characterization of nanolamellar tungsten and molybdenum disulfides // Materials letters. – 2011. – Vol. 65, № 15 – P. 2381–2383.
6. Bu I.Y. Y.

Sol–gel synthesis of ZnS (O, OH) thin films: Influence of precursor and process temperature on its optoelectronic properties // Journal of Luminescence. – 2013. – Vol. 134. – P. 423–428.
7. Li Z., Wang J., Xu X., Ye X. The evolution of optical properties during hydrothermal coarsening of ZnS nanoparticles // Materials Letters. – 2008. – Vol. 62, № 23. – P. 3862–3864.
8. Pawar R.P.

Structural and Optical Properties of Chemically Synthesized ZnS Nanoparticals // Oriental Journal of Chemistry. – 2013. – Vol. 29, № 3. – P. 1139–1142.
9. Subbaiah Y.P.V., Prathap P., Reddy K.T.R. Structural, electrical and optical properties of ZnS films deposited by close-spaced evaporation // Applied Surface Science. – 2006. – Vol. 253, № 5. – P. 2409–2415.
10. Veretel’nik M.B.

, Korotchenkov O.A., Kuryliuk V.V., Nadtochii A.B. // Technical Physics Letters. – 2013. – Vol. 39, № 8. – P. 744–747.
11. Wang L., Xu X., Yuan X. Preparation and photoluminescent properties of doped nanoparticles of ZnS by solid-state reaction // Journal of Luminescence. – 2010. – Vol. 130, № 1. – P. 137–140.
12. Wang X., Huang H., Liang B., Liu Z., Chen D., Shen G.

// Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences. – 2013. – Vol. 38, № 1. – P. 57–90.

Сульфид цинка относится к полупроводниковым соединениям элементов II–VI групп. Он кристаллизуется в гексагональной и кубической системах. Для него характерны хорошие фоторезистивные, фотолюминесцентные и пьезоэлектрические свойства [12, 8, 9].

Это соединение широко используется как составная часть люминофоров [10]. ZnS в монокристаллическом состоянии имеет высокую оптическую прозрачность в инфракрасном диапазоне и применяется при производстве линз в оптоэлектронных приборах [3]. Пьезоэлектрические пленки ZnS применяются в акустических устройствах [4].

Наиболее распространенными методами получения наноструктурных частиц сульфида цинка являются: гидротермальный метод [7], твердофазные реакции [11], золь-гель процесс [6]. Как один из вариантов метода твердофазных реакций самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС) также используется при получении порошков сульфида цинка [5].

Цель данной работы заключалась в выявлении качественных и количественных закономерностей процессов взаимодействия элементарной серы с наночастицами цинка в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с образованием наноструктурного сульфида цинка.

Материалы и методы исследования

Наноструктурный порошок сульфида цинка был синтезирован согласно методике, описанной в [5]. Для СВС использовался нанопорошок цинка, полученный методом электроискровой эрозии [1]. Электроэрозионный нанопорошок цинка в различных пропорциях смешивался с элементарной серой марки ОСЧ. Средний размер частиц цинка составлял 50 нм.

Затем шихту прессовали в цилиндрические образцы диаметром 30 мм и массой 50 г. Самораспространяющийся высокотемпературный синтез осуществлялся в лабораторной установке, представляющей собой герметичную камеру объемом 10 дм3, конструкция которой позволяет поддерживать давление рабочего газа до 5 МПа.

Компактированные образцы закреплялись в реакторе на специальном держателе. Инициирование экзотермической СВС-реакции обеспечивалось путем пропускания постоянного тока через нихромовую спираль, установленную наверху образца.

Контроль температуры осуществлялся с помощью термопары, изготовленной из проводников вольфрам-рениевых сплавов ВР-5 и ВР-20, встроенной коаксиально в нижнюю часть цилиндрического образца и соединенной с контрольным осциллографом. Визуальный контроль и видеорегистрация процесса горения в реакторе осуществлялась через смотровое окно.

Изменяя соотношение компонентов Zn:S, исследовали скорость и максимальную температуру горения. Рентгенофазовый анализ продуктов синтеза проводился с использованием дифрактометра Shimadzu XRD-7000S и базы данных рентгеновской дифракции JCPDS.

Рентгеновские измерения проводились при следующих параметрах съемки: скорость сканирования – 1 град/мин с шагом 0,02°. Морфология и размеры синтезированных наночастиц исследовались с помощью просвечивающего электронного микроскопа JEM-2100F (JEOL, Япония).

Результаты исследования и их обсуждение

Процесс самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с участием элементарной серы и нанопорошка цинка характеризуется сильной экзотермичностью. Об этом свидетельствует вид термограммы процесса взаимодействия стехиометрической смеси нанопорошка цинка с серой, представленной на рис. 1.

По термограмме видно, что процесс горения стехиометрической смеси нанопорошка цинка с серой в аргоне сопровождается стремительным ростом температуры до Tмакс = 1800 °С при индукционном периоде не более 10 секунд. Данные температурного контроля хорошо коррелируются с результатами обработки данных наблюдения за процессом горения с помощью видеокамеры.

Фотоснимки процесса горения образца стехиометрической смеси электроэрозионного нанопорошка цинка с элементарной серой, сформированные при цифровой обработке файла ускоренной видеосъемки с помощью программы VirtualDub, представлены на рис. 2.

Можно выделить 8 основных моментов процесса горения образца: стадия нагрева образца с помощью нихромовой спирали и зажигание, индукционный период, момент зажигания верхних слоев цилиндрических образцов, формирование устойчивого фронта горения, сопровождающегося интенсивным свечением, расплавлением элементарной серы в поверхностном слое и ее испарением, стадия собственно экзотермической реакции нанопорошка цинка с серой, затухание реакции и охлаждение продуктов горения.

На основе полученных фотографий и известного диаметра смотрового окна была рассчитана скорость горения смеси нанодисперсного порошка цинка и серы, составившая порядка 0,3–04 см/с.

Данные РФА продуктов горения стехиометрической смеси нанопорошка цинка с серой показали, что в результате взаимодействия основной и единственной фазой является ZnS с гексагональной кристаллической решеткой типа вюрцита (рис. 3). Размер области когерентного рассеяния (ОКР) для данного образца составляет 52 нм, что находится в хорошей корреляции с размером частиц исходного нанопорошка цинка.

Исследование морфологии полученного сульфида цинка методом просвечивающей электронной микроскопии показало, что порошок представляет собой агломераты наночастиц гексагональной формы размером до нескольких десятков нанометров (рис. 4).

Рис. 1. Температурный профиль горения стехиометрической смеси нанопорошка цинка и элементарной серы

Рис. 2. Фотоснимки СВС-процесса смеси нанопорошка Zn и S стехиометрического состава

Рис. 3. Рентгенограмма продуктов горения стехиометрической смеси серы с нанопорошком цинка

Рис. 4. Микрофотография наноструктурного ZnS, полученная с помощью просвечивающего электронного микроскопа

Рис. 5. Рентгенограммы продуктов горения образцов в зависимости от количества серы в смеси с нанопорошком цинка: 1 – стехиометрический состав; 2 – с 10 % недостатком серы; 3 – с 2,5 % избытком серы; 4 – с 5 % избытком серы; 5 – с 10 % избытком серы

В состав исходной шихты вводили различные количества серы с целью изучения влияния ее содержания на состав продуктов горения. На рис. 5 представлены рентгенограммы продуктов горения в режиме СВС образцов с различными соотношениями серы и нанопорошка цинка.

Наиболее четкими и интенсивными рефлексами характеризуется рентгенограмма продуктов горения стехиометрической смеси нанопорошка цинка и серы, при увеличении избытка серы наблюдается снижение интенсивности рефлексов, а при ее недостатке в продуктах синтеза появляется остаточный металлический цинк.

Такие эффекты, по-видимому, связаны со спецификой процесса кристаллизации образующегося сульфида цинка в условиях недостатка или избытка серы, приводящей к появлению дефектов кристаллической решетки вакансионного типа.

Выводы

Установлено, что основным и единственным продуктом взаимодействия стехиометрических количеств элементарной серы и нанопорошка цинка в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза является гексагональный сульфид цинка ZnS с кристаллической решеткой типа вюрцита.

Согласно данным рентгенофазового анализа продуктов СВС, для получения наноструктурного сульфида цинка наиболее оптимальным является стехиометрический состав.

Недостаток серы в исходной шихте приводит к появлению остаточного цинка в продуктах синтеза, а избыток серы – к возникновению дефектов в кристаллической решетке.

Библиографическая ссылка

Ан В.В., Погребенков В.М. Особенности получения наноструктурного сульфида цинка методом самораспространяющегося высокотемпературного синтеза // Фундаментальные исследования. – 2016. – № 4-1. – С. 9-13;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=40117 (дата обращения: 09.02.2020).

Источник: https://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=40117

Твердофазный синтез сульфида цинка

Сера и цинк реакция

Огурцова А.В.

Студент,

Международный университет природы, общества и человека «Дубна»

Твердофазный синтез сульфида цинка

Аннотация

В статье рассмотрено – исследование процесса и методов твердофазного синтеза, методы синтеза поликристаллических материалов и методы синтеза твердых тел, получение сульфида цинка твердофазным методом синтеза для его последующего использования в приборостроении, производстве цинка, а так же для приготовления различных свето-составов.

Ключевые слова: твердофазный синтез, сухой синтез, сульфид цинка.

Ogurtsova A.V.

Student,

International University of Nature, Society and Man «Dubna»

SOLID-PHASE SYNTHESIS OF ZINC SULFIDE

Abstract

The article considers research process and methods solid-phase synthesis, methods for the synthesis of polycrystalline materials and methods synthesis of solids, obtaining zinc sulfide by solid-phase synthesis method for use in instrument making, production of zinc, as well as for cooking different light compositions.

Keywords: solid-phase synthesis, dry synthesis, zinc sulfide.

Введение

В настоящее время большой интерес представляет метод твердофазного синтеза из-за его простоты и возможности строго задавать состав.

Воспроизводимость результатов твердофазного взаимодействия зависит от многих факторов, в частности, от размера и пространственного расположения частиц реагентов, содержания в них примесей, влаги, распределения температуры в объеме реагирующей смеси и т.д.

Объективные данные о продуктах реакции, о механизме и кинетике процесса может дать только совокупность методов исследования.

Цель: исследование процесса и методов твердофазного синтеза; получение сульфида цинка твердофазным методом синтеза.

Задачи:

  • собрать, изучить и проанализировать литературу по данной теме;
  • выяснить степень изученности темы;
  • ознакомиться с существующими методами твердофазного синтеза, методами синтеза твердых тел;
  • определиться с наиболее подходящей методикой синтеза для наших условий;
  • ознакомиться с существующими методами твердофазного синтеза ZnS;
  • провести синтез вещества;
  • подготовить отчет о проделанной работе.

Метод исследования: изучение литературы по данной теме.

Твердофазный синтез

Процессы в твердофазных материалах имеют ряд важных отличий от процессов в жидкостях или газах. Эти отличия связаны, прежде всего, с существенно более низкой скоростью диффузии в твердых телах, что препятствует усреднению концентрации компонентов в системе и, таким образом, приводит к пространственной локализации протекающих процессов.

Твердофазный синтез часто применяется для получения сложных оксидов. Например, сверхпроводник YBa2Cu3O7-x, он часто делается спеканием оксидов.

Методы синтеза поликристаллических материалов

Существует несколько основных разновидностей методов твердофазного синтеза:

1) керамический метод синтеза − механическое смешение при одновременном измельчении реагентов с последующей термической обработкой;

2) соосаждение солевых смесей − частичный переход компонента раствора (расплава, пара), присутствующего в малых концентрациях, в твердую фазу, образуемую в данной системе другим компонентом, который находится в значительно больших концентрациях;

3) пиролиз аэрозолей − метод получения высокодисперсных порошков, основанный на термическом разложении аэрозоля раствора, содержащего катионы синтезируемого материала в стехиометрическом соотношении;

4) сублимационная сушка или криохимическая технология − процесс удаления растворителя из замороженных растворов, гелей, суспензий и биологических объектов, основанный на сублимации затвердевшего растворителя  без образования макроколичеств жидкой фазы;

5) золь-гель метод − технология материалов, в том числе наноматериалов, включающая получение золь с последующим переводом его в гель, то есть в коллоидную систему, состоящую из жидкой дисперсионной среды, заключенной в пространственную сетку, образованную соединившимися частицами дисперсной фазы;

6) кристаллизация солевых твердых растворов − это образование новой твердой фазы, выделяющейся из раствора, расплава или пара.

Самый простой способ – синтез из элементов или сухой синтез.

Методы исследования твердых тел

Микроскопические методы исследования

Метод сканирующей туннельной и атомно-силовой микроскопии основан на механическом сканировании поверхности образца тонкой иглой  с определением ее взаимодействия с этой поверхностью;

Метод растровой электронной микроскопии заключается в сканировании поверхности образца максимально сфокусированным электронным пучком с одновременной регистрацией возбужденного этим пучком излучения;

Метод просвечивающей электронной микроскопии получение изображения ультратонкого образца путём пропускания через него пучка электронов;

Метод оптической микроскопии получение увеличенных изображений объектов, невидимых невооружённым глазом.

Дифракционные методы исследования

Дифракционные методы, традиционно широко используемые в химии твердого тела основаны на дифракции различных типов волн на периодической решетке кристалла.

Наиболее распространенным методом является дифракция рентгеновского излучения.

Таким образом, методы исследования твердофазного синтеза весьма обширны и разнообразны.

Сульфид цинка

А теперь более подробно рассмотрим такое соединение как сульфид цинка или ZnS.

Сульфид цинка – бинарное неорганическое соединение цинка и серы, цинковая соль сероводородной кислоты.

В природе ZnS встречается в виде минералов сфалерита α-ZnS (цинковая обманка) – основного сырья для получения цинка и вюрцита β-ZnS, – редкого минерала с таким же химическим составом, но отличающегося от сфалерита типом кристаллической решётки.

Важность изучения сульфида цинка

Сфалерит является главным источником металлического цинка, особенно в полиметаллических сульфидных рудах. Он встречается в таких объектах, как черные курильщики, железные метеориты.

Природный сфалерит почти всегда находится в виде твердого раствора замещения. Сфалерит – главный минерал для получения цинка.  Его используют для изготовления различных свето-составов и светящихся красок в приборостроении, в различных сигнальных аппаратах. Применяется он для создания люминофоров.

Цинк применяется для получения сплавов (латунь, алюминиевая бронза, мельхиор), для оцинкования железа с целью предохранения его от коррозии, для приготовления цинковых белил, флюоресцирующих экранов.

Способы синтеза ZnS

  • Пропускание газообразного сероводорода через водные растворы солей цинка;
  • ZnS получают тиосульфатным методом синтеза;
  • Получение слоев ZnS, легированных марганцем (II);
  • Получение сульфида цинка химическим осаждением из газовой фазы по реакции цинка с сероводородом;
  • «Сухой» метод в ампулах из кварцевого стекла – Спекание опилок цинка с чуть большим мольным количеством серы.

Практическая часть

Подготовительный этап синтеза ZnS начинался с изготовления ампулы из кварцевой трубки, которая   распиливалась на несколько частей длиной  по 200 мм диском с алмазным напылением.  Диметр внешний трубки  – 10 мм, а внутренний диаметр – 8мм, длина  – 200 мм.

Очередным подготовительным этапом трубки  является обработка каждой трубки спиртом изнутри и снаружи. Эта операция производится с целью удаления посторонних веществ. В том числе и спирта. Он  удаляется в сушильном  шкафу путём испарения при нагревании.

Из  подготовленных таким образом заготовок трубок в дальнейшем  изготавливаются ампулы.  Для этой цели трубка посередине расплавляется на кислородной горелке и растягивается  при постоянном прокручивании  до разрыва на две части. После каждой части трубки  дну придаётся закругленная форма.

  После охлаждения изготовленных  пробирок их  наполняют веществами-реагентами.

Эксперимент заключался в получении двух сульфидов.  Первый образец синтезировался из 1 г Zn и 0,5 г S. Другой из 1 г Zn, 0,5 г S, 0,03 г MnS и небольшого количества NH4Cl.

В реакции сера бралась с избытком с той целью, чтобы не было избытка металла.

Подготовленные навески запаивались в кварцевые трубки после  предварительного  удаления из них газов при помощи вакуумного  насоса.

 Эти трубки оформляются в ампулы длинной 100 мм. Далее они помещаются в горизонтальную печь в керамическом цилиндре. Эта печь с двух сторон заполняется каолиновой ватой. В этой печи подготовленные образцы выше описанным способом  запекали в течение месяца при  постоянно увеличении понемногу температуры, начиная с 300 градусов.

Благодаря добавлению NH4Cl возможно не только ускорять реакцию, но и растить кристаллы.

Так же проводилась оценку качества синтеза реагентов.

Точность результата складывалась из точности экспериментальной работы по подготовке объекта исследований и аналитической точности. В первую очередь ошибки накапливались при синтезе исходных веществ.

Оценку качества синтезированного вещества проводилась по следующим параметрам:

1)ампулы после охлаждения чистые, прозрачные, вещество сконцентрировано в одном конце ампулы, нет реакции вещества со стеклом;

3)визуально вещество однородно;

4)при вскрытии ампулы спек вещества свободно выходит при легком постукивании по ампуле;

5)вещество легко рассыпается под пестиком ступки.

Литература

  1. Toulmin P., Barton P.B. A thermodynamic study of pyrite and pyrrhotite * // Geochim. Cosmochim. Acta. 1964. Т. 28. С. 818.
  2. М. Браудлер, Г. Брауэр, Ф. Губер, В. Квасник, П.В. Шенк, М. Шмайсер,Р. Штойдель. Руководство по неорганическому синтезу: В 6-ти томах. Т. 1. Пер. с нем. /Под ред. Г. Брауэра. –М.: Мир, 1985.- 320 с., ил.
  3. Д. Воган, Дж. Крейг. Химия сульфидных минералов, Москва, издательство «Мир», 1981.
  4. Гаврилова Л.Я., «Методы синтеза и исследование перспективных материалов», учебное пособие, Екатеринбург, 2008.
  5. Ковтутенко П.В. Физическая химия твердого тела. Кристаллы с дефектами: Учеб.для хим.-технол.спец.вузов. – М.: Высш.шк., 1993 – 352 с.; ил.
  6. Кузнецов В.Д. Кристаллы и кристаллизация: Государственное издательство технико-теоретической литературы. М.,1953.
  7. Осадчий Е.Г., Сорокин В.И. Станнинсодержащие сульфидные системы, Москва, «Наука»,1989 (135с.).
  8. Софронов Д.С., Беликов К.Н., Камнева Н.Н., Брылева Е.Ю., Булгакова А.В., Чебанов В.А. Получение субмикронных частиц ZnS и их сорбционные свойства. ГНУ НТК «Институт монокристаллов» НАН Украины, Харьков, Украина, 2013 г.
  9. Спицын В.И., Мартыненко Л.И., «Неорганическая химия», М.: Изд. МГУ, 1991.
  10. Сульфид цинка [Электронный ресурс] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Сульфид_цинка (дата обращения: 09. 03. 2015)
  11. Твердофазный синтез [Электронный ресурс] URL: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4327.html (дата обращения: 12. 11.2014)
  12. Химия твердого тела: учеб.пособие для студ.высш.учеб.заведений / А.В. Кнотько, И.А. Пресняков, Ю.Д. Третьяков. – М.: Издательство центр «Академия», 2006.- 304 с.
  13. Шеваренков Д.Н., Щуров А.Ф. Физика и техника полупроводников. Диэлектрические свойства полупроводникового ZnS. М., Наука, 2004.

References

  1. Toulmin, P., Barton, P. B. A thermodynamic study of pyrite and pyrrhotite * // Geochim. Cosmochim. Acta. 1964. T. 28. S. 818.
  2. M. Browder, G. Brauer, F., Huber, V. Kvass Maker (Kvassnik, P. V. Schenck, M. Schmeiser,R. Steudel. Guidelines for inorganic synthesis: In 6 volumes. Vol. 1. TRANS. with it. /Edited by G. Brauer. –M.: Mir, 1985.- 320 p., ill.
  3. D. Vaughan, J. Craig. Chemistry of sulphide minerals, Moscow, Mir publishing house, 1981.
  4. Gavrilova L. Y., “Methods of synthesis and investigation of advanced materials” tutorial, Yekaterinburg, 2008.
  5. Kovalenko P. W. Physical chemistry of solids. Crystals with defects: Proc.for chem.-Indus.spec.universities. – M.: Higher.Sch., 1993 – 352 p.; ill.
  6. V. D. Kuznetsov Crystals and crystallization: State publishing house of technical-theoretical literature. M.,1953.
  7. Osadchii E. G., Sorokin V. I. Tannenstrasse sulfide systems, Moscow, “Nauka”,1989 (s.).
  8. Sofronov D. S., Belikov, K. N., Kamneva N. N., Bryleva E. J., A.V. Bulgakov, Chebanov V. A. preparation of submicron particles of ZnS and their sorption properties. Wildebeest STC “Institute for single crystals” NAS of Ukraine, Kharkov, Ukraine, 2013
  9. Spitsyn, V. I., Martynenko, L. I., “Inorganic chemistry”, Moscow: Izd. Moscow state University, 1991.
  10. Zinc sulfide [Electronic resource] URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Сульфид_цинка (date accessed: 09. 03. 2015)
  11. Tverdovsky synthesis[Electronic resource] URL: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/4327.html (accessed: 12. 11.2014)
  12. Solid state chemistry: textbook.the Handbook for students.the high.proc.institutions / V. A. Knotice, I. A. Presnyakov, Yu. d. Tretyakov. – M.: Publishing center “Academy”, 2006.- 304 p.
  13. Shafarenko D. N., Shchurov A. F. semiconductor Physics and technology. Dielectric properties of semiconducting ZnS. M., Nauka, 2004.

Источник: https://research-journal.org/chemistry/tverdofaznyj-sintez-sulfida-cinka/

Общие характеристики цинка, его реакции с разбавленной и концентрированной серной кислотой

Сера и цинк реакция
[Deposit Photos]

Цинк располагается во второй группе, побочной подгруппе периодической системы Менделеева и является переходным металлом. Порядковый номер элемента — 30, масса — 65,37. Электронная конфигурация внешнего слоя атома — 4s2. Единственная и постоянная степень окисления равна «+2».

Для переходных металлов характерно образование комплексных соединений, в которых они выступают в качестве комплексообразователя с разными координационными числами. Это относится и к цинку. Существует 5 устойчивых в природе изотопов с массовыми числами от 64 до 70.

При этом изотоп 65Zn является радиоактивным, период его полураспада составляет 244 дня.

[Wikimedia]

Цинк — это серебристо-голубой металл, который на воздухе быстро покрывается защитной оксидной пленкой, скрывающей его блеск.

При удалении оксидной пленки цинк проявляет свойства металлов — сияние и характерный яркий блеск. В природе цинк содержится в составе многих минералов и руд.

Самые распространенные: клейофан, цинковая обманка (сфалерит), вюрцит, марматит, каламин, смитсонит, виллемит, цинкит, франклинит.

Смитсонит [Wikimedia]

В составе смешанных руд цинк встречается со своими постоянными спутниками: таллием, германием, индием, галлием, кадмием. В земной коре содержится 0,0076% цинка, а 0,07 мг/л этого металла содержится в морской воде в виде солей. Формула цинка как простого вещества — Zn, химическая связь — металлическая. У цинка гексагональная плотная кристаллическая решетка.

Физические и химические свойства цинка

Температура плавления цинка — 420 °С. При нормальных условиях это хрупкий металл. При нагревании до 100-150 °С ковкость и пластичность цинка повышается, возможно изготовление из металла проволоки и прокатка фольги. Температура кипения цинка — 906 °С.

Этот металл — отличный проводник. Начиная от 200 °С, цинк легко растирается в серый порошок и теряет пластичность. У металла хорошая теплопроводность и теплоемкость. Описанные физические параметры позволяют использовать цинк в соединениях с другими элементами.

Латунь — наиболее известный сплав цинка.

Духовые инструменты из латуни [Deposit Photos]

При обычных условиях поверхность цинка мгновенно покрывается оксидом в виде серо-белого тусклого налета. Он образуется из-за того, что кислород воздуха окисляет чистое вещество. Цинк как простое вещество реагирует с халькогенами, галогенами, кислородом, фосфором, щелочами, кислотами, аммонием (его солями), аммиаком.

Цинк не взаимодействует с азотом, водородом, бором, углеродом и кремнием. Химически чистый цинк не реагирует с растворами кислот и щелочей. Цинк — металл амфотерный, и при реакциях со щелочами образует комплексные соединения — гидроксоцинкаты.

Нажмите здесь, чтобы узнать, какие опыты на изучение свойств цинка можно провести дома.

Реакция серной кислоты с цинком и получение водорода

Взаимодействие разбавленной серной кислоты с цинком — основной лабораторный способ получения водорода. Для этого используется чистый зерненый (гранулированный) цинк либо технический цинк в виде обрезков и стружек.

Если взяты очень чистые цинк и серная кислота, то водород выделяется медленно, особенно в начале реакции. Поэтому к остывшему после разбавления раствору иногда добавляют немного раствора медного купороса.

Осевшая на поверхности цинка металлическая медь ускоряет реакцию. Оптимальный способ разбавить кислоту для получения водорода — разбавить водой концентрированную серную кислоту плотностью 1,19 в соотношении 1:1.

Реакция концентрированной серной кислоты с цинком

[Deposit Photos]

В концентрированной серной кислоте окислителем является не катион водорода, а более сильный окислитель — сульфат-ион. Он не проявляет себя как окислитель в разбавленной серной кислоте из-за сильной гидратации, и, как следствие, малоподвижности.

То, как концентрированная серная кислота будет реагировать с цинком, зависит от температуры и концентрации. Уравнения реакций:

Zn + 2H₂­SO₄ = Zn­SO₄ + SO₂ + 2H₂O

3Zn + 4H₂­SO₄ = 3Zn­SO₄ + S + 4H₂O

4Zn + 5H₂­SO₄ = 4Zn­SO₄ + H₂S + 4H₂O

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем благодаря степени окисления серы (S⁺⁶).

Она взаимодействует даже с малоактивными металлами, то есть с металлами до и после водорода, и, в отличие от разбавленной кислоты, никогда не выделяет водород при этих реакциях.

В реакциях концентрированной серной кислоты с металлами всегда образуются три продукта: соль, вода и продукт восстановления серы. Концентрированная серная кислота — это такой сильный окислитель, что окисляет даже некоторые неметаллы (уголь, серу, фосфор).

Источник: https://melscience.com/RU-ru/articles/obshie-harakteristiki-cinka-ego-reakcii-s-razbavle/

Врач Фролов
Добавить комментарий