Сульфид ртути(II)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сульфид ртути​(II)​
Cinnabar on Dolomite.jpg
Общие
Систематическое
наименование
Сульфид ртути ​(II)​
Традиционные названия Киноварь (α),
метациннабарит (β),
гиперциннабарит (γ)
Хим. формула HgS
Рац. формула HgS
Физические свойства
Состояние твёрдое
Молярная масса 232,66 г/моль
Плотность (α) 8,09;
(β) 7,73 г/см³
Термические свойства
Температура
 • плавления 820 °C
Мол. теплоёмк. (α) 48,41;
(β) 48,50 Дж/(моль·К)
Энтальпия
 • образования (α) − 57,6;
(β) − 49,4 кДж/моль
Классификация
Рег. номер CAS 1344-48-5
PubChem
Рег. номер EINECS 215-696-3
SMILES
InChI
ChemSpider
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.
Commons-logo.svg Медиафайлы на Викискладе

Сульфид ртути (II) (моносульфид ртути) — неорганическое бинарное соединение ртути с серой, имеющее химическую формулу .

При атмосферном давлении существует в трех полиморфных модификациях: тригональной α-HgS (киноварь), стабильной до 345 °C, кубической β-HgS (метациннабарит), стабильной в интервале от 315 до 481 °C, и гексагональной γ-HgS (гиперциннабарит), стабильной от 470 °C до температуры конгруэнтного плавления 820 °C. Первая из них ярко-красного цвета, вторая имеет чёрный цвет. При давлении 21 ГПа возникает четвертая модификация, имеющая кубическую структуру [1].

Физические свойства и фазовые равновесия[править | править код]

Все модификации являются фазами переменного состава, область гомогенности α-HgS при 315 °C доходит до ~ 4 мол. %. Области гомогенности всех фаз смещены в сторону серы, поэтому модификации сульфида ртути могут быть описаны как фазы с недостатком катионообразователя: .

Полиморфные модификации сульфида ртути (II) [1]
Фаза Минералогическое название Простр. группа Структурный тип Стабильна в интервале, °C
киноварь собственный до 345
метациннабарит (сфалерит) 315 — 481
гиперциннабарит гекс. 470 — 820
(нет) высокого давления

Модификации α и β являются полупроводниками. Красная окраска киновари обусловлена большой величиной запрещенной зоны (соответствующей краю поглощения ок. 590 нм). β-Модификация является узкозонным полупроводником; как и все сфалеритоподобные соединения, она имеет прямозонную структуру.

Кристаллографические данные и полупроводниковые свойства при 298 К [1][2][3]
Фза Параметры решетки , г/см3 , эВ , см2/(В·с)
, нм , нм
0,4145 — 0,4162 0,9460 — 0,9530 3 8,09 2,1 45 (), 13 ()
0,586 4 7,73 0,15 250
0,701 1,413
Примечание: — число стехиометрических единиц в ячейке; — плотность; — ширина запрещенной зоны;
подвижность электронов проводимости

Переход α-фазы в β-фазу при атмосферном давлении происходит в интервале температур 315 — 345 °C; область сосуществования фаз ограничена трехфазными равновесиями: эвтектоидным

и перитектическим

.

Здесь — жидкость на основе серы; — жидкость на основе ртути. Переход β-фазы в γ-фазу происходит в интервале температур 470 — 481 °C; область сосуществования фаз ограничена трехфазными равновесиями: эвтектоидным

и перитектическим

.

γ-Фаза плавится конгруэнтно при 820 °C.

Получение[править | править код]

Все модификации моносульфида ртути можно получить прямым синтезом из простых веществ при соответствующих температурах и контролируемом давлении пара. Монокристаллы получают выращиванием из расплавов или осаждением из паровой фазы. Киноварь можно также получить растиранием ртути с кристаллической серой при комнатной температуре.

При осаждении сероводородом из растворов солей ртути (II) осаждается черная β-модификация HgS, метастабильная при комнатной температуре. При постепенном пропускании сероводорода через раствор хлорида ртути вначале образуется белый осадок сульфохлорида:

который постепенно переходит в желтый, бурый и, наконец, черный сульфид ртути [4]:

.

Обработкой растворами полисульфидов щелочных металлов черный сульфид ртути переводят в красную модификацию.

Химические свойства[править | править код]

Киноварь и метациннабарит малорастворимы в воде: произведения растворимости их при 25 °C составляют соответственно: 4,0⋅10−53 и 1,6⋅10−5[5]. Киноварь необычайно инертна к кислотам и щелочам и растворяется лишь в царской водке.

При нагревании в инертной атмосфере киноварь возгоняется, при окислении на воздухе чернеет вследствие образования металлической ртути:

Нахождение в природе[править | править код]

В природе α-модификация распространена в виде минерала киновари, β-модификация встречается в виде минерала метациннабарита. Многие минералы являются твердыми растворами или соединениями моносульфида ртути с другими халькогенидами, например:

Киноварь является основной рудой ртути и добывается в промышленных объёмах.

Этимология[править | править код]

В русском языке название киноварь восходит к др.-греч. κιννάβαρι, лат. cinnabari [6]. При этом в латинском языке слово cinnabari означает красную краску не столько минерального, сколько растительного происхождения — «драконову кровь», извлекаемую из сока некоторых растений, например, Calamus Draco [7]. Корень κιννα- вообще означает красный или красно-коричневый цвета [8], с чем связаны названия κιννάμωμον (κίνναμον), cinnamomaкорица.

Применение[править | править код]

С древних времён киноварь широко использовалась как красный пигмент для производства красок, однако в связи с токсичностью ртути, его применение в этом качестве в настоящий момент ограничено.

Сульфид ртути вследствие его крайне низкой летучести и нерастворимости в воде применяется как соединение, образование которого служит одним из методов демеркуризации.

Соединение является мощным фунгицидом и может использоваться для обработки бетонных строительных конструкций в целях профилактики грибковых поражений.

Как широкозонный полупроводник α-модификация используется для создания полупроводниковых детекторов ионизирующего излучения, в особенности гамма-квантов, так как благодаря высокой плотности и высокому среднему заряду ядра эффективно поглощает гамма-излучение [9]. На основе сульфида ртути (II) получают полупроводниковые твердые растворы путем замещения как в катионной (например, ), так и в анионной (например, ) подрешетках.

Примечания[править | править код]

  1. 1 2 3 Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник / Под ред. Н. П. Лякишева. — М.: Машиностроение, 1997. — Т. 2. — 1024 с. — ISBN 5-217-01569-1.
  2. Физические величины: Справочник / Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с. — ISBN 5-283-04013-5.
  3. Химическая энциклопедия.
  4. Неорганическая химия / Под ред. Ю. Д. Третьякова. — М.: Академия, 2004. — Т. 3: Химия переходных элементов. — 368 с. — ISBN 5-7695-1436-1.
  5. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1989. — 448 с. — ISBN 5-7245-0000-0.
  6. Фасмер М. Этимологический словарь русского языка / Пер. с нем. и доп. О. Н. Трубачева. — 2-е изд., стер. — М.: Прогресс, 1986. — Т. 2. — 672 с.
  7. Дворецкий И. Х. Латинско-русский словарь. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Русский язык, 1976. — 1096 с.
  8. Дворецкий И. Х. Древнегреческо-русский словарь / Под ред. С. И. Соболевского. — М.: Гос. изд-во иностр. и нац. словарей, 1958. — Т. 1. — 1043 с.
  9. A. Delin. First-principles calculations of the II-VI semiconductor β-HgS: Metal or semiconductor (англ.). — 2002. — Vol. 65. — Iss. 15. — P. 153205. — doi:10.1103/PhysRevB.65.153205.

Литература[править | править код]

  • Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4 (Пол-Три). — 639 с. — ISBN 5-82270-092-4.
  • Бовина Л. А. и др. Физика соединений AIIBVI / Под ред. А. Н. Георгобиани, М. К. Шейнкмана. — М.: Наука, 1986. — 319 с.