Qu’est-ce que le sulfure de zinc ?
Le sulfure de zinc est représenté par la formule chimique ZnS.
C’est une poudre ou un cristal blanc ou jaune d’une densité de 4,0 g/cm3, d’un point de fusion de 1 718°C et d’un point de sublimation de 1 180°C. Il existe à l’état naturel sous forme de minerai, généralement du sphalerite ou du zincblende et plus rarement sous forme de wurtzite.
Le plus souvent, il se présente sous une forme cubique stable et est produit sous forme de sphalérite. La forme hexagonale est obtenue par synthèse, mais elle existe aussi à l’état naturel sous forme de wurtzite.
Utilisations du sulfure de zinc
Le sulfure de zinc est utilisé comme matière première pour les phosphores, les peintures, les pigments de caoutchouc, la lithopone, le cuir, le caoutchouc dentaire, les écrans à rayons X et les matériaux cristallins des lasers semi-conducteurs. Le sulfure de zinc avec des impuretés appropriées est utilisé depuis longtemps comme silicophore, car il émet une lumière de silice lorsqu’il est irradié par une lumière ultraviolette.
La couleur d’émission peut varier en fonction du type d’impureté, et elle est également émise par des faisceaux d’électrons, ce qui explique pourquoi elle est appliquée à la surface lumineuse de la silice des tubes cathodiques dans les téléviseurs et autres équipements. Mélangé à de petites quantités de radium ou de thorium, il est également utilisé comme peinture lumineuse pour les montres.
Propriétés du sulfure de zinc
Lorsque le sulfure de zinc contient de l’humidité, il s’oxyde progressivement dans l’air en sulfate de zinc. Le sulfure de zinc est insoluble dans l’eau et les alcalis et soluble dans les acides minéraux. Le sulfure de zinc nouvellement fabriqué est soluble dans les acides.
Les sphalérites et les wurtzites naturelles sont des semi-conducteurs à large bande interdite intrinsèque ; les valeurs de la bande interdite à 300 K sont de 3,91 eV pour les wurtzites et de 3,54 eV pour les sphalérites.
Le sulfure de zinc est un composé covalent de composition ZnS. À environ 1 293 K, la structure cristalline passe du type sphalérite au type wurtzite. Le point de fusion du sulfure de zinc de type sphalérite est de 1 991 K. L’enthalpie standard de formation à 298 K est de -204,6 kJ/mol.
Autres informations sur le sulfure de zinc
1. Méthode de synthèse du sulfure de zinc
Le sulfure de zinc est formé par la combinaison directe du soufre et du zinc. Il peut également être obtenu en soufflant du sulfure d’hydrogène dans une solution aqueuse contenant des ions zinc.
2. Le sulfure de zinc en physique atomique
Au début de la physique atomique, Ernest Rutherford a utilisé le sulfure de zinc comme scintillateur, un matériau phosphorescent. Le scintillateur utilise les propriétés luminescentes du sulfure de zinc lorsqu’il est excité par des rayonnements tels que les rayons alpha, les rayons X et les faisceaux d’électrons. Le sulfure de zinc est donc utile comme sensibilisateur pour les rayons X et comme matériau pour les tubes cathodiques. En présence d’impuretés, il devient phosphorescent et émet de la lumière bleue et ultraviolette.
La mesure automatique étant difficile avec la technologie de l’époque, Rutherford a utilisé de la poudre de sulfure de zinc pour compter la luminescence à l’œil nue dans une chambre noire. Ils ont prouvé l’existence de noyaux en appliquant cette technique à l’expérience de diffusion de Rutherford, dans laquelle des rayons alpha sont irradiés sur un matériau. Le sulfure de zinc est toujours utile comme élément de détection des rayons alpha.
3. Le sulfure de zinc comme agent phosphorescent
Le sulfure de zinc peut être utilisé comme agent phosphorescent. Avec l’ajout de quelques ppm activateurs, il peut être utilisé dans les tubes cathodiques et les écrans à rayons X, ainsi que dans les composants qui brillent dans l’obscurité, par exemple. La lumière émise est par exemple d’un bleu vif lorsque l’argent est utilisé comme activateur et d’un jaune vif lorsque le manganèse est utilisé.
Un agent phosphorescent bien connu est le cuivre, qui émet de la lumière pendant plus longtemps et a une couleur verdâtre. Le sulfure de zinc dopé au cuivre est également utilisé dans les panneaux électroluminescents.
4. Autres applications du sulfure de zinc
Le sulfure de zinc est également utilisé comme élément optique pour la lumière infrarouge. Il transmet la lumière visible à des longueurs d’onde supérieures à 12 µm et peut être utilisé comme fenêtre optique plate ou comme lentille.
En outre, il peut être utilisé comme semi-conducteur de type P et N par dopage – une propriété inhabituelle pour un semi-conducteur du groupe II-VI.