Cadmiumsulfid - Cadmium sulfide

Cadmiumsulfid
3D-Modell der Struktur von Hawleyit
3D-Modell der Struktur von Greenockit
Cadmiumsulfid.jpg
Namen
Andere Namen
Cadmium(II)-sulfid
Greenockit
Hawleyit
Cadmiumgelb
Bezeichner
3D-Modell ( JSmol )
ChEBI
ChemSpider
ECHA-Infokarte 100.013.771 Bearbeite dies bei Wikidata
EG-Nummer
13655
RTECS-Nummer
UNII
UN-Nummer 2570
  • InChI=1S/Cd.S/q+2;-2 prüfenJa
    Schlüssel: FRLJSGOEGLARCA-UHFFFAOYSA-N prüfenJa
  • InChI=1/Cd.S/q+2;-2
    Schlüssel: FRLJSGOEGLARCA-UHFFFAOYAL
  • Monomer: [S-2].[Cd+2]
  • Hawleyit: [SH+2]12[CdH2-2][SH+2]3[CdH2-2][SH+2]([CdH-2]14)[CdH-2]1[S+2]5( [CdH-2]38)[Cd-2]26[SH+2]2[CdH-2]([S+2]4)[SH+2]1[CdH2-2][SH+2]3[ CdH-2]2[S+2][CdH-2]([SH+2]6[CdH-2]([SH+2])[SH+2]68)[SH+2]([CdH2- 2]6)[CdH-2]35
  • Grünockit: [CdH2-2]1[S+2]47[CdH-2]2[S+2][CdH-2]3[S+2]8([CdH2-2][SH+2]([ CdH2-2]4)[CdH2-2]6)[CdH-2]4[S+2][CdH-2]5[S+2]6([CdH2-2]6)[Cd-2]78 [S+2]78[CdH-2]([SH+2]69)[SH+2]5[CdH2-2][SH+2]4[CdH-2]7[SH+2]3[CdH2 -2][SH+2]2[CdH-2]8[SH+2]1[CdH2-2]9
  • Grünockit: [CdH2-2]1[SH+2]([CdH2-2]6)[CdH2-2][SH+2]7[CdH-2]2[S+2][Cd-2]3( [S+2][CdH-2]9[S+2]5)[S+2]18[Cd-2]45[S+2][CdH-2]5[SH+2]6[Cd- 2]78[S+2]78[CdH2-2][SH+2]5[CdH2-2][S+2]4([CdH2-2][SH+2]9[CdH2-2]4) [CdH-2]7[S+2]34[CdH2-2][SH+2]2[CdH2-2]8
Eigenschaften
CD S
Molmasse 144,47  g·mol -1
Aussehen Gelb-orange bis brauner Feststoff.
Dichte 4,826 g/cm 3 , fest.
Schmelzpunkt 1.750 °C (3.180 °F; 2.020 K) 10 MPa
Siedepunkt 980 °C (1.800 °F; 1.250 K) ( Sublimation )
unlöslich
Löslichkeit löslich in Säure
sehr schwach löslich in Ammoniumhydroxid
Bandlücke 2,42 eV
-50,0·10 -6 cm 3 /mol
2.529
Struktur
Sechseckig , Kubisch
Thermochemie
65 J·mol −1 ·K −1
Std
Bildungsenthalpie
f H 298 )
-162 kJ·mol -1
Gefahren
Sicherheitsdatenblatt ICSC 0404
GHS-Piktogramme GHS07: GesundheitsschädlichGHS08: Gesundheitsgefahr
GHS-Signalwort Achtung
H302 , H341 , H350 , H361 , H372 , H413
P201 , P202 , P260 , P264 , P270 , P273 , P281 , P301+312 , P308+313 , P314 , P330 , P405 , P501
NFPA 704 (Feuerdiamant)
3
0
0
Flammpunkt Nicht brennbar
Letale Dosis oder Konzentration (LD, LC):
LD 50 ( mediane Dosis )
7080 mg/kg (Ratte, oral)
NIOSH (US-Grenzwerte für die Gesundheitsbelastung):
PEL (zulässig)
[1910.1027] TWA 0,005 mg/m 3 (als Cd)
REL (empfohlen)
Ca
IDLH (unmittelbare Gefahr)
Ca [9 mg/m 3 (als Cd)]
Verwandte Verbindungen
Andere Anionen
Cadmiumoxid
Cadmiumselenid
Andere Kationen
Zinksulfid
Quecksilbersulfid
Sofern nicht anders angegeben, beziehen sich die Daten auf Materialien im Standardzustand (bei 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Infobox-Referenzen

Cadmiumsulfid ist die anorganische Verbindung mit der Formel CdS. Cadmiumsulfid ist ein gelber Feststoff. Es kommt in der Natur in zwei verschiedenen Kristallstrukturen , wie die seltenen Mineralien Greenockit und Hawleyit , ist aber häufiger als Verunreinigung Substituenten in der ähnlich strukturierten Zinkerzen Sphalerit und Wurtzit , die die wichtigsten wirtschaftlichen Quellen von Cadmium sind. Als leicht zu isolierende und zu reinigende Verbindung ist es die wichtigste Cadmiumquelle für alle kommerziellen Anwendungen. Seine leuchtend gelbe Farbe führte im 18. Jahrhundert zu seiner Einführung als Pigment für die gelbe Farbe "Cadmiumgelb".

Produktion

Cadmiumsulfid kann durch Fällung aus löslichen Cadmium(II)-Salzen mit Sulfidionen hergestellt werden. Diese Reaktion wurde für gravimetrische Analysen und qualitative anorganische Analysen verwendet .
Der Herstellungsweg und die anschließende Behandlung des Produkts beeinflussen die erzeugte polymorphe Form (dh kubisch gegenüber hexagonal). Es wurde behauptet, dass chemische Fällungsmethoden zur kubischen Zinkblende-Form führen .

Die Pigmentherstellung beinhaltet normalerweise die Fällung von CdS, das Waschen des festen Niederschlags, um lösliche Cadmiumsalze zu entfernen, gefolgt von einer Kalzinierung (Röstung), um ihn in die hexagonale Form umzuwandeln, gefolgt von einem Mahlen, um ein Pulver herzustellen. Wenn Cadmiumsulfidselenide benötigt werden, wird das CdSe zusammen mit CdS ausgefällt und das Cadmiumsulfoselenid wird während des Kalzinierungsschrittes erzeugt.

Cadmiumsulfid wird manchmal mit sulfatreduzierenden Bakterien in Verbindung gebracht.

Wege zu dünnen CdS .-Filmen

Spezielle Verfahren werden verwendet, um CdS-Schichten als Komponenten in einigen Fotowiderständen und Solarzellen herzustellen. In dem chemischen Badabscheidung Verfahren, Dünnschichten aus CdS wurden hergestellt unter Verwendung von Thioharnstoff als Quelle für Sulfid - Anionen und eine Ammoniumpufferlösung zur Kontrolle pH:

Cd 2+ + H 2 O + (NH 2 ) 2 CS + 2 NH 3 → CdS + (NH 2 ) 2 CO + 2 NH 4 +

Cadmiumsulfid kann mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie und MOCVD- Techniken durch die Reaktion von Dimethylcadmium mit Diethylsulfid hergestellt werden :

Cd(CH 3 ) 2 + Et 2 S → CdS + CH 3 CH 3 + C 4 H 10

Andere Methoden zur Herstellung von CdS-Filmen umfassen

  • Sol-Gel- Techniken
  • Sputtern
  • Elektrochemische Abscheidung
  • Besprühen mit Vorläufer-Cadmiumsalz, Schwefelverbindung und Dotierstoff
  • Siebdruck mit einer Aufschlämmung, die dispergiertes CdS . enthält

Reaktionen

Cadmiumsulfid kann in Säuren gelöst werden.

CdS + 2 HCl → CdCl 2 + H 2 S

Wenn Lösungen von Sulfid, die dispergierte CdS-Partikel enthalten, mit Licht bestrahlt werden, wird Wasserstoffgas erzeugt:

H 2 S → H 2 + S ΔH f = +9.4 kcal/mol

Der vorgeschlagene Mechanismus beinhaltet die Elektron/Loch-Paare, die entstehen, wenn einfallendes Licht vom Cadmiumsulfid absorbiert wird, gefolgt von der Reaktion mit Wasser und Sulfid:

Herstellung eines Elektron-Loch-Paares
CdS +  → e  + Loch +
Reaktion von Elektron
2e  + 2H 2 O → H 2  + 2OH
Reaktion des Lochs
2Loch +  + S 2− → S

Struktur und physikalische Eigenschaften

Cadmiumsulfid hat wie Zinksulfid zwei Kristallformen. Die stabilere hexagonale Wurtzit- Struktur (gefunden im Mineral Greenockit ) und die kubische Zinkblende-Struktur (gefunden im Mineral Hawleyit ). In beiden Formen sind die Cadmium- und Schwefelatome vierfach koordiniert. Es gibt auch eine Hochdruckform mit der NaCl-Steinsalzstruktur.

Cadmiumsulfid ist ein Halbleiter mit direkter Bandlücke (Gap 2,42 eV ). Die Nähe seiner Bandlücke zu sichtbaren Lichtwellenlängen verleiht ihm ein farbiges Aussehen. Neben dieser offensichtlichen Eigenschaft ergeben sich weitere Eigenschaften:

  • die Leitfähigkeit erhöht sich bei Bestrahlung, (führt zur Verwendung als Fotowiderstand )
  • in Kombination mit einem p-Typ-Halbleiter bildet es die Kernkomponente einer photovoltaischen ( Solar- )Zelle und eine CdS/Cu 2 S-Solarzelle war eine der ersten effizienten Zellen, über die berichtet wurde (1954)
  • bei Dotierung mit beispielsweise Cu + (" Aktivator ") und Al 3+ ("Coaktivator") luminesziert CdS unter Elektronenstrahlanregung ( Kathodolumineszenz ) und wird als Leuchtstoff verwendet
  • beide Polymorphe sind piezoelektrisch und das Sechseck ist auch pyroelektrisch
  • Elektrolumineszenz
  • CdS-Kristalle können als Verstärkungsmedium in Festkörperlasern fungieren
  • In Dünnschichtform lässt sich CdS mit anderen Schichten für den Einsatz in bestimmten Solarzellentypen kombinieren. CdS war auch eines der ersten Halbleitermaterialien, das für Dünnschichttransistoren (TFTs) verwendet wurde. Das Interesse an Verbindungshalbleitern für TFTs ließ jedoch nach dem Aufkommen der amorphen Siliziumtechnologie in den späten 1970er Jahren weitgehend nach .
  • Dünnfilme aus CdS können piezoelektrisch sein und wurden als Wandler verwendet, die bei Frequenzen im GHz-Bereich arbeiten können.
  • Nanobänder von CdS zeigen eine Nettoabkühlung aufgrund der Annihilation von Phononen während der Anti-Stokes-Lumineszenz bei ~510 nm. Als Ergebnis wurde ein maximaler Temperaturabfall von 40 und 15 K nachgewiesen, wenn die Nanobänder mit einem 514- oder 532-nm-Laser gepumpt werden.

Anwendungen

Pigment

Gelbes Cadmiumsulfid-Pigment

CdS wird als Pigment in Kunststoffen verwendet und weist eine gute thermische Stabilität, Licht- und Wetterechtheit, chemische Beständigkeit und hohe Opazität auf. Als Pigment wird CdS als Cadmiumgelb (CI Pigment Yellow 37) bezeichnet. Ab 1982 werden jährlich etwa 2000 Tonnen produziert, was etwa 25 % des kommerziell verarbeiteten Cadmiums entspricht.

Historische Verwendung in der Kunst

Die allgemeine kommerzielle Verfügbarkeit von Cadmiumsulfid ab den 1840er Jahren führte zu seiner Annahme durch Künstler, insbesondere Van Gogh , Monet (in seiner Londoner Serie und anderen Werken) und Matisse ( Badegäste am Fluss 1916-1919). Das Vorhandensein von Cadmium in Farben wurde verwendet, um Fälschungen in Gemälden zu erkennen, die angeblich vor dem 19. Jahrhundert hergestellt wurden.

CdS-CdSe-Lösungen

CdS und CdSe bilden miteinander feste Lösungen. Erhöhte Mengen an Cadmiumselenid ergeben in Richtung Rot gehende Pigmente, beispielsweise CI Pigment Orange 20 und CI Pigment Rot 108.
Solche festen Lösungen sind Komponenten von Photowiderständen (lichtabhängigen Widerständen), die gegenüber sichtbarem und nahem Infrarotlicht empfindlich sind.

Sicherheit

Cadmiumsulfid ist giftig, besonders gefährlich beim Einatmen als Staub, und Cadmiumverbindungen werden allgemein als krebserregend eingestuft . Bei der Verwendung von CdS als Farben in Tätowierungen wurde über Probleme der Biokompatibilität berichtet .

Verweise

Externe Links