ZINK OKSIDA (ZNO): STRUKTUR, SIFAT, KEGUNAAN, RISIKO - KIMIA - 2026

The zink oksida adalah sebatian organik dengan formula kimia ZnO. Ia terdiri daripada ion Zn ²⁺ dan O ^2- dalam nisbah 1: 1; namun, kisi kristalnya dapat menunjukkan kekosongan O ² , yang menimbulkan kecacatan struktur yang mampu mengubah warna kristal sintetiknya.

Ia diperoleh secara komersial sebagai pepejal putih serbuk (gambar bawah), yang dihasilkan secara langsung dari pengoksidaan zink logam oleh Proses Perancis; atau menjadikan bijih zink pada pengurangan karbotermik, sehingga wapnya kemudian mengoksidasi dan akhirnya memantapkan.

Tonton gelas dengan zink oksida. Sumber: Adam Rędzikowski

Kaedah lain untuk menyediakan ZnO terdiri daripada memendapkan hidroksida, Zn (OH) ₂ , dari larutan berair garam zink. Begitu juga, filem nipis atau nanopartikel ZnO yang bervariasi secara morfologi dapat disintesis dengan teknik yang lebih canggih seperti pemendapan wap kimia.

Oksida logam ini terdapat di alam semula jadi sebagai zinkit mineral, yang kristalnya biasanya berwarna kuning atau oren kerana kekotoran logam. Kristal ZnO dicirikan oleh piezoelektrik, termokromatik, luminescent, polar, dan juga mempunyai jalur tenaga yang sangat luas dalam sifat semikonduktornya.

Secara struktural, isomorfik kepada zink sulfida, ZnS, masing-masing menggunakan kristal heksagon dan kubik yang serupa dengan wurzite dan blende. Di dalamnya terdapat watak kovalen tertentu dalam interaksi antara Zn ²⁺ dan O ^2- , yang menyebabkan pengagihan cas yang heterogen pada kristal ZnO.

Kajian mengenai sifat dan kegunaan ZnO meliputi bidang fizik, elektronik dan bioperubatan. Kegunaannya yang paling sederhana dan paling biasa tidak disedari dalam komposisi krim muka dan produk kebersihan diri, serta pelindung matahari.

Struktur

Polimorf

ZnO mengkristal dalam keadaan tekanan dan suhu normal dalam struktur wurzit heksagon. Dalam struktur ini, ion Zn ²⁺ dan O ^2- disusun dalam lapisan bergantian, sedemikian rupa sehingga masing-masing akhirnya dikelilingi oleh tetrahedron, dengan ZnO ₄ atau OZn ₄ , masing-masing.

Juga, menggunakan "templat" atau sokongan padu, ZnO boleh dibuat untuk mengkristal menjadi struktur zink blende kubik; yang, seperti wurzite, sesuai dengan struktur isomorfik (sama di angkasa tetapi dengan ion yang berbeza) zink sulfida, ZnS.

Sebagai tambahan kepada dua struktur ini (wurzite dan blende), ZnO di bawah tekanan tinggi (sekitar 10 GPa) mengkristal dalam struktur garam batu, sama dengan struktur NaCl.

Interaksi

Interaksi antara Zn ²⁺ dan O ^2- menyajikan watak kovalen tertentu, yang mana sebahagiannya terdapat ikatan kovalen Zn-O (kedua-dua atom dengan hibridisasi sp ³ ), dan kerana distorsi tetrahedra, mereka mewujudkan seketika dipole yang menambah tarikan ionik kristal ZnO.

Blende (kiri) dan wurzite (kanan) struktur ZnO. Sumber: Gabriel Bolívar.

Anda mempunyai gambar atas untuk menggambarkan tetrahedra yang disebutkan untuk struktur ZnO.

Perbezaan antara struktur blenda dan wurzit juga terletak pada yang dilihat dari atas, ion tidak gerhana. Sebagai contoh, dalam wurzite, sfera putih (Zn ²⁺ ) dilihat tepat di atas sfera merah (O ^2- ). Sebaliknya, dalam struktur blende kubik ini tidak berlaku kerana terdapat tiga lapisan: A, B dan C dan bukannya hanya dua.

Morfologi nanopartikel

Walaupun kristal ZnO cenderung mempunyai struktur wurzit heksagon, morfologi nanopartikel mereka adalah kisah lain. Bergantung pada parameter dan kaedah sintesis, ini dapat mengambil bentuk yang bervariasi seperti batang, piring, daun, sfera, bunga, tali pinggang, jarum, antara lain.

Hartanah

Penampilan fizikal

Bau serbuk putih tidak berbau dengan rasa pahit. Secara semula jadi, ia boleh didapati berkristal, dengan kekotoran logam, seperti mineral zink. Sekiranya kristal seperti itu berwarna putih, mereka menunjukkan termokromisme, yang bermaksud bahawa apabila dipanaskan, mereka berubah warna: dari putih menjadi kuning.

Begitu juga, kristal sintetiknya dapat menunjukkan warna kemerahan atau kehijauan bergantung pada komposisi oksigen stoikiometriknya; dengan kata lain, jurang atau kekosongan yang disebabkan oleh kekurangan O ^2- anion secara langsung mempengaruhi cara cahaya berinteraksi dengan rangkaian ion.

Jisim molar

81.406 g / mol

Takat lebur

1974 ° C. Pada suhu ini ia mengalami penguraian termal yang melepaskan wap zink dan oksigen molekul atau gas.

Ketumpatan

5.1 g / cm ³

Keterlarutan air

ZnO praktis tidak larut dalam air, hampir tidak menghasilkan larutan dengan kepekatan 0.0004% pada suhu 18ºC.

Amfoterisme

ZnO boleh bertindak balas dengan asid dan basa. Apabila ia bertindak balas dengan asid dalam larutan berair, kelarutannya meningkat dengan membentuk garam larut di mana Zn ²⁺ akhirnya menjadi kompleks dengan molekul air: ²⁺ . Sebagai contoh, ia bertindak balas dengan asid sulfurik untuk menghasilkan zink sulfat:

ZnO + H ₂ SO ₄ → ZnSO ₄ + H ₂ O

Begitu juga, ia bertindak balas dengan asid lemak untuk membentuk garam masing-masing, seperti seng stearat dan palmitat.

Dan apabila ia bertindak balas dengan asas, di hadapan air, garam zink terbentuk:

ZnO + 2NaOH + H ₂ O → Na ₂

Kapasiti haba

40.3 J / K mol

Jurang tenaga langsung

3.3 eV. Nilai ini menjadikannya semikonduktor jalur lebar, mampu beroperasi di bawah medan elektrik yang sengit. Ia juga mempunyai ciri-ciri semikonduktor jenis-n, yang belum dijelaskan mengapa terdapat bekalan elektron tambahan dalam strukturnya.

Oksida ini dibezakan oleh sifat optik, akustik dan elektronik, yang dianggap sebagai calon untuk aplikasi berpotensi yang berkaitan dengan pengembangan peranti optoelektronik (sensor, dioda laser, sel fotovoltaik). Sebab untuk sifat-sifat tersebut adalah di luar bidang fizik.

Permohonan

Ubat

Zink oksida telah digunakan sebagai bahan tambahan dalam banyak krim putih untuk merawat kerengsaan kulit, jerawat, dermatitis, lecet dan retakan. Di kawasan ini, penggunaannya popular untuk menghilangkan kerengsaan yang disebabkan oleh lampin pada kulit bayi.

Begitu juga, ia adalah komponen pelindung matahari, kerana bersama dengan nanopartikel titanium dioksida, TiO ₂ , ia membantu menyekat sinaran ultraviolet matahari. Begitu juga, ia bertindak sebagai agen penebalan, sebab itulah ia dijumpai dalam solekan cahaya tertentu, losyen, enamel, serbuk dan sabun.

Sebaliknya, ZnO adalah sumber zink yang digunakan dalam makanan tambahan dan produk vitamin, serta dalam bijirin.

Antibakteria

Menurut morfologi nanopartikelnya, ZnO dapat diaktifkan di bawah sinaran ultraviolet untuk menghasilkan hidrogen peroksida atau spesies reaktif yang melemahkan membran sel mikroorganisma.

Apabila ini berlaku, nanopartikel ZnO yang tersisa mengalirkan sitoplasma dan mula berinteraksi dengan kompendium biomolekul yang membentuk sel, mengakibatkan apoptosisnya.

Itulah sebabnya tidak semua nanopartikel dapat digunakan dalam komposisi pelindung matahari, tetapi hanya yang tidak mempunyai aktiviti antibakteria.

Produk dengan jenis ZnO ini direka, dilapisi dengan bahan polimer larut, untuk merawat jangkitan, luka, bisul, bakteria dan juga diabetes.

Pigmen dan pelapis

Pigmen yang dikenali sebagai zink putih adalah ZnO, yang ditambahkan pada pelbagai cat dan pelapis untuk melindungi permukaan logam di mana ia digunakan dari kakisan. Contohnya, lapisan dengan ZnO tambahan digunakan untuk melindungi besi tergalvani.

Sebaliknya, pelapis ini juga telah digunakan pada kaca tingkap untuk mencegah panas menembus (jika berada di luar) atau masuk (jika berada di dalam). Begitu juga, ia melindungi beberapa bahan polimer dan tekstil dari kemerosotan akibat tindakan sinaran matahari dan haba.

Bioimage

Pencahayaan nanopartikel ZnO telah dikaji untuk digunakan dalam bioimaging, sehingga mempelajari struktur dalaman sel dengan menggunakan cahaya biru, hijau atau oren yang memancar.

Bahan tambah

ZnO juga digunakan sebagai bahan tambahan pada getah, simen, bahan gigi palsu, gelas dan seramik, kerana titik leburnya yang lebih rendah dan, oleh itu, bertindak sebagai agen pengalir.

Penghilang hidrogen sulfida

ZnO menghilangkan gas H ₂ S yang tidak menyenangkan , membantu menghilangkan bau asap gas:

ZnO + H ₂ S → ZnS + H ₂ O

Risiko

Zink oksida seperti itu adalah sebatian yang tidak beracun dan tidak berbahaya, jadi pengendalian pepejalnya secara berhati-hati tidak menimbulkan risiko.

Masalahnya, bagaimanapun, terletak pada asapnya, kerana walaupun terurai pada suhu tinggi, wap zink akhirnya mencemarkan paru-paru dan menyebabkan semacam "demam logam". Penyakit ini dicirikan oleh gejala batuk, demam, rasa sesak di dada, dan rasa logam yang berterusan di mulut.

Ia juga tidak bersifat karsinogenik, dan krim yang mengandunginya tidak terbukti dapat meningkatkan penyerapan zink ke dalam kulit, jadi pelindung matahari berasaskan ZnO dianggap selamat; melainkan jika terdapat reaksi alahan, maka penggunaannya harus dihentikan.

Mengenai partikel nano tertentu yang dirancang untuk memerangi bakteria, ini mungkin memberi kesan negatif jika tidak diangkut dengan betul ke lokasi tindakan mereka.

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi keempat). Bukit Mc Graw.
2. Wikipedia. (2019). Zink oksida. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Hadis Morkoç dan Ümit Özgur. (2009). Zink Oksida: Asas, Bahan dan Teknologi Peranti. . Dipulihkan dari: application.wiley-vch.de
4. Parihar, M. Raja dan R. Paulose. (2018). Kajian ringkas sifat struktur, elektrik dan elektrokimia nanopartikel zink oksida. . Dipulihkan dari: ipme.ru
5. A. Rodnyi dan IV Khodyuk. (2011). Sifat Optik dan Pencahayaan Zink Oksida. Dipulihkan dari: arxiv.org
6. Siddiqi, KS, Ur Rahman, A., Tajuddin, & Husen, A. (2018). Sifat Nanopartikel Zink Oksida dan Kegiatannya Terhadap Mikroba. Surat penyelidikan skala nano, 13 (1), 141. doi: 10.1186 / s11671-018-2532-3
7. Bahan Kimia Keselamatan. (2019). Zink oksida. Dipulihkan dari: chemicalsafetyfacts.org
8. Jinhuan Jiang, Jiang Pi, dan Jiye Cai. (2018). Kemajuan Nanopartikel Zink Oksida untuk Aplikasi Bioperubatan. Kimia dan Aplikasi Bioinorganik, vol. 2018, ID Artikel 1062562, 18 halaman. doi.org/10.1155/2018/1062562