Was ist Zinksulfid?
Zinksulfid hat die chemische Formel ZnS.
Zinksulfid ist ein weißes oder gelbes Pulver oder Kristall mit einer Dichte von 4,0 g/cm3, einem Schmelzpunkt von 1718 °C und einem Sublimationspunkt von 1180 °C. Es kommt in der Natur als Sphalerit und selten als Wurtzit vor.
Es kommt im Allgemeinen in der stabilen kubischen Form vor und wird als Sphalerit gewonnen. Die sechseckige Form wird synthetisch gewonnen, kommt aber auch natürlich als Wurtzit vor.
Anwendungen von Zinksulfid
Zinksulfid wird als Rohstoff für Leuchtstoffe, Farben, Gummipigmente, Lithopone, Leder, Zahngummi, Röntgenschirme und Halbleiterkristalle verwendet. Zinksulfid mit geeigneten Verunreinigungen wird seit langem als Silicophor verwendet, da es bei Bestrahlung mit ultraviolettem Licht Siliciumdioxidlicht emittiert.
Die Emissionsfarbe kann je nach Art der Verunreinigung variiert werden und es wird auch von Elektronenstrahlen emittiert, weshalb es auf der Siliziumdioxid-Lichtoberfläche von Kathodenstrahlröhren in Fernsehern und anderen Geräten eingesetzt wird. In Mischung mit geringen Mengen Radium oder Thorium wird es auch als Leuchtfarbe für Uhren verwendet.
Eigenschaften von Zinksulfid
Wenn Zinksulfid Feuchtigkeit enthält, wird es an der Luft allmählich zu Zinksulfat oxidiert. Zinksulfid ist unlöslich in Wasser und Laugen und löslich in Mineralsäuren. Neu hergestelltes Zinksulfid ist in Säuren löslich.
Natürlich vorkommende Sphalerite und Wurtzite sind Halbleiter mit großen intrinsischen Bandlücken; die Bandlückenwerte bei 300 K betragen 3,91 eV für Wurtzite und 3,54 eV für Sphalerite.
Zinksulfid ist eine kovalente Verbindung mit der Zusammensetzung ZnS. Bei etwa 1293 K kommt es zu einem Übergang in der Kristallstruktur vom Sphalerit-Typ zum Wurtzit-Typ. Der Schmelzpunkt von Zinksulfid des Sphalerit-Typs liegt bei 1991 K. Die Standardbildungsenthalpie bei 298 K beträgt -204,6 kJ/mol.
Weitere Informationen zu Zinksulfid
1. Verfahren zur Synthese von Zinksulfid
Zinksulfid wird durch die direkte Verbindung von Schwefel und Zink gebildet. Es kann auch durch Einblasen von Schwefelwasserstoff in eine wässrige Lösung, die Zinkionen enthält, gewonnen werden.
2. Zinksulfid in der Atomphysik
In der frühen Atomphysik verwendeten Ernest Rutherford und andere Zinksulfid als Szintillator, ein Phosphormaterial. Der Szintillator nutzt die lumineszierenden Eigenschaften von Zinksulfid, wenn es durch Strahlung wie Alphastrahlen, Röntgenstrahlen und Elektronenstrahlen angeregt wird. Zinksulfid ist daher als Sensibilisator für Röntgenstrahlen und als Material für Kathodenstrahlröhren nützlich. In Gegenwart von Verunreinigungen wird es phosphoreszierend und strahlt blaues und ultraviolettes Licht aus.
Da eine automatische Messung mit der damaligen Technik schwierig war, verwendeten Rutherford et al. Zinksulfidpulver, um die Lumineszenz in einem dunklen Raum mit dem Auge zu zählen. Sie wiesen die Existenz von Atomkernen nach, indem sie die Technik auf das Experiment der Rutherford-Streuung anwandten, bei dem Alphastrahlen auf ein Material gestrahlt werden. Zinksulfid ist nach wie vor ein nützliches Nachweiselement für Alphastrahlen.
3. Zinksulfid als phosphoreszierender Stoff
Zinksulfid kann als Phosphoreszenzmittel verwendet werden. Mit dem Zusatz von einigen ppm Aktivator kann es z. B. in Kathodenstrahlröhren und Röntgenschirmen sowie in Bauteilen, die im Dunkeln leuchten, verwendet werden. Das emittierte Licht ist zum Beispiel hellblau, wenn Silber als Aktivator verwendet wird, und gelb, wenn Mangan verwendet wird.
Ein bekannter phosphoreszierender Stoff ist Kupfer, der länger leuchtet und eine grünliche Farbe hat. Kupferdotiertes Zinksulfid wird auch in Elektrolumineszenzplatten verwendet.
4. Andere Anwendungen von Zinksulfid
Zinksulfid wird auch als optisches Element für infrarotes Licht verwendet. Es überträgt sichtbares Licht bis zu Wellenlängen über 12 µm und kann als flache optische Fenster oder Linsen verwendet werden.
Außerdem kann es durch Dotierung sowohl als P- als auch als N-Typ-Halbleiter verwendet werden – eine ungewöhnliche Eigenschaft für einen Halbleiter der Gruppe II-VI.