Оксид цинка

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Оксид цинка
Изображение молекулярной модели
Such different zinc oxide - nanonails.jpg
Общие
Систематическое
наименование
Цинка оксид
Хим. формула ZnO
Физические свойства
Состояние твёрдое
Молярная масса 81,408 г/моль
Плотность 5,61 г/см³
Термические свойства
Температура
 • плавления 1975 °C
 • сублимации 1800 °C
Мол. теплоёмк. 40,28 Дж/(моль·К)
Энтальпия
 • образования -350,8 кДж/моль
Давление пара 0 ± 1 мм рт.ст.[1]
Оптические свойства
Показатель преломления
2,015 и 2,068CRC Handbook of Chemistry and Physics. — 92nd. — CRC Press, 2011. — ISBN 978-1439855119.
Структура
Кристаллическая структура гексагональная сингония, a = 0,32495 нм, c = 0,52069 нм, z = 2
Классификация
Рег. номер CAS 1314-13-2
PubChem
Рег. номер EINECS 215-222-5
SMILES
InChI
RTECS ZH4810000
ChEBI ZH4810000
ChemSpider
Безопасность
Предельная концентрация аэрозоль в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м3
в атмосферном воздухе 0,05 мг/м3
Токсичность Токсичен, при вдыхании пыли вызывает литейную лихорадку
Фразы риска (R) R50/53
Фразы безопасности (S) S60, S61
Краткие характер. опасности (H)
H410
Меры предостор. (P)
P273
Сигнальное слово осторожно
Пиктограммы СГС Пиктограмма «Окружающая среда» системы СГС
NFPA 704
Огнеопасность 1: Следует нагреть перед воспламенением (например, соевое масло). Температура вспышки выше 93 °C (200 °F)Опасность для здоровья 2: Интенсивное или продолжительное, но не хроническое воздействие может привести к временной потере трудоспособности или возможным остаточным повреждениям (например, диэтиловый эфир)Реакционноспособность 0: Стабильно даже при действии открытого пламени и не реагирует с водой (например, гелий)Специальный код W: Реагирует с водой необычным или опасным образом (например, цезий, натрий, рубидий)NFPA 704 four-colored diamond
1
2
0
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Логотип Викисклада Медиафайлы на Викискладе

Окси́д ци́нка (о́кись цинка) ZnO — бесцветный кристаллический порошок (кристаллы гексагональной сингонии), нерастворимый в воде, желтеющий при нагревании. В природе встречается в виде минерала цинкита.

Свойства[править | править код]

Физические свойства[править | править код]

Оксид цинка является прямозонным полупроводником с шириной запрещённой зоны 3,36 эВ. Естественное смещение стехиометрического отношения в сторону обогащения кислородом придаёт ему электронный тип проводимости. Эффективная масса носителей заряда mp 0,59me; mn 0,24me.

При нагревании вещество меняет цвет: белый при комнатной температуре, оксид цинка становится жёлтым. Объясняется это уменьшением ширины запрещённой зоны и сдвигом края в спектре поглощения из УФ-области в синюю область видимого спектра.

Химические свойства[править | править код]

При температурах 1350—1800 °C оксид цинка сублимируется, сублимация идет через механизм разложения оксида цинка на цинк и кислород в высокотемпературной зоне и образование оксида в низкотемпературной зоне, скорости сублимации зависят от состава газовой среды, в которой она проводится[3].

Химически оксид цинка амфотерен — реагирует с кислотами с образованием соответствующих солей цинка, при взаимодействии с растворами щелочей образует комплексные три- тетра- и гексагидроксоцинкаты (например, Na2[Zn(OH)4], Ba2[Zn(OH)6] и др.):

Оксид цинка растворяется в водном растворе аммиака, образуя комплексный аммиакат:

При сплавлении со щелочами и оксидами некоторых металлов оксид цинка образует цинкаты:

При сплавлении с оксидом бора и диоксидом кремния оксид цинка образует стеклообразные бораты и силикаты:

При смешивании порошка оксида цинка с концентрированным раствором хлорида цинка образуется быстро (за 2—3 минуты) твердеющая масса — цинковый цемент[4].

Нахождение в природе[править | править код]

Известен природный минерал цинкит, состоящий в основном из оксида цинка.

Получение[править | править код]

  • Сжиганием паров цинка в кислороде («французский процесс»).
  • Термическим разложением некоторых солей цинка:
  • Окислительным обжигом сульфида ZnS.
  • С помощью гидротермального синтеза[5]
  • Извлечением из пылей и шламов заводов чёрной металлургии, особенно перерабатывающих металлолом (он содержит значительную долю оцинкованного железа).

Применение[править | править код]

Оксид цинка широко применяют в химической и фармацевтической промышленности. Применяется в составе зубных паст и цементов в терапевтической стоматологии, в косметических кремах для загара и косметических процедурах, в производстве в качестве наполнителя резины, искусственной кожи и резинотехнических изделий. Применяется в шинной, лакокрасочной, нефтеперерабатывающей промышленностях. Оксид цинка применяют при производстве стекла и керамики.

В химической промышленности[править | править код]

Известно также, что оксид цинка обладает фотокаталитической активностью[источник не указан 1070 дней], что на практике используется для создания самоочищающихся поверхностей, бактерицидных покрытий для стен и потолков в больницах и пр. Для фотокаталитической очистки воды в промышленных масштабах оксид цинка в настоящее время не используется[источник не указан 1070 дней].

В электронике[править | править код]

Оксид цинка применяется для производства варисторов, которые используются в современных ограничителях перенапряжений (ОПН) взамен морально устаревших газонаполненных разрядников.

Кроме того, порошок оксида цинка — перспективный материал в качестве рабочей среды для порошковых лазеров[источник не указан 1070 дней]. На основе оксида цинка в комбинации с нитридом галлия создан светодиод голубого цвета[6][7].

Тонкие плёнки и иные наноструктуры на основе оксида цинка могут применяться как чувствительные газовые и биологические сенсоры[источник не указан 1070 дней].

Также оксид цинка входит в состав теплопроводных паст, например, пасты КПТ-8.

В медицине[править | править код]

Туба с цинковой мазью

В медицине используется в качестве компонента лекарственных средств наружного применения, используемых в дерматологии. Обладает противовоспалительным, подсушивающим, адсорбирующим, вяжущим и антисептическим действием.

Применяют в виде присыпки, мази, пасты, линимента. Является одним из компонентов ряда комплексных дерматологических и косметических препаратов, таких как «Цинковая мазь», «Паста Лассара» и пр.

Фармакологическое действие обусловлено тем, что оксид цинка образует альбуминаты и денатурирует белки. При нанесении на поражённую поверхность уменьшает явления экссудации, воспаления и раздражения тканей, образует защитный барьер от действия раздражающих факторов.

Может применяться при дерматите, в том числе пелёночном, опрелостях, потнице, поверхностных ранах и ожогах (солнечные ожоги, порезы, царапины), язвенных поражениях кожи (трофических язвах), пролежнях, экземе в стадии обострения, простом герпесе, стрептодермии.

Безопасность и токсичность[править | править код]

Соединение малотоксично, но его пыль вредна для органов дыхания, ПДК в воздухе рабочих помещений — 0,5 мг/м³ (по ГОСТ 10262-73). Пыль соединения может образовываться при термической обработке изделий из латуни.

Примечания[править | править код]

  1. http://www.cdc.gov/niosh/npg/npgd0675.html
  2. Термопрохладки
  3. Anthrop, Donald F.; Searcy, Alan W. (1964-08). “Sublimation and Thermodynamic Properties of Zinc Oxide”. The Journal of Physical Chemistry. 68 (8): 2335—2342. DOI:10.1021/j100790a052. eISSN 1541-5740. ISSN 0022-3654. Дата обращения 2020-09-22. Проверьте дату в |date= (справка на английском)
  4. Справочник химика. Цинковый цемент.
  5. S. Baruah and J. Dutta «Review: Hydrothermal growth of ZnO nanostructures» Sci. Technol. Adv. Mater. 10 (2009) 013001 скачать бесплатно (недоступная ссылка)
  6. Liu XY, Shan CX, Zhu H, Li BH, Jiang MM, Yu SF, Shen DZ (September 2015). “Ultraviolet Lasers Realized via Electrostatic Doping Method”. Scientific Reports. 5: 13641. Bibcode:2015NatSR...513641L. DOI:10.1038/srep13641. PMC 4555170. PMID 26324054.
  7. Bakin A, El-Shaer A, Mofor AC, Al-Suleiman M, Schlenker E, Waag A (2007). “ZnMgO-ZnO quantum wells embedded in ZnO nanopillars: Towards realisation of nano-LEDs”. Physica Status Solidi C. 4 (1): 158—161. Bibcode:2007PSSCR...4..158B. DOI:10.1002/pssc.200673557.

Литература[править | править код]

  • Перельман В. И. Краткий справочник химика. — М.Л.: Химия, 1964.
  • Бовина Л. А. и др. Физика соединений AIIBVI / под ред. А. Н. Георгобиани, М. К. Шейнкмана. — М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. — 319, [1] с.: рис., табл. — 2600 экз.
  • Статья «Цинка окись» в Большой советской энциклопедии.

Дополнительная литература[править | править код]

  • Özgür Ü., Alivov Ya. I., Liu C., Teke A., Reshchikov M. A., Doğan S., Avrutin V., Cho S.-J., Morkoç H. A comprehensive review of ZnO materials and devices // Journal of Applied Physics. — 2005. — Vol. 98. — P. 041301. — ISSN 00218979. — doi:10.1063/1.1992666.