Оксид цинка

Оксид цинка
Оксид цинка
Общие
Систематическое; наименование	Цинка оксид
Хим. формула	[math]\ce{ ZnO }[/math]
Физические свойства
Состояние	твёрдое
Молярная масса	81,408 г/моль
Плотность	5,61 г/см³
Термические свойства
	Температура
• плавления	1975 °C
• сублимации	1800 °C
Мол. теплоёмк.	40,28 Дж/(моль·К)
	Энтальпия
• образования	-350,8 кДж/моль
Оптические свойства
Показатель преломления	2,015 и 2,068CRC Handbook of Chemistry and Physics. — 92nd. — CRC Press, 2011. — ISBN 978-1439855119.
Структура
Кристаллическая структура	гексагональная сингония, a = 0,32495 нм, c = 0,52069 нм, z = 2
Классификация
Рег. номер CAS	1314-13-2
PubChem	14806
ChEBI	ZH4810000
Безопасность
Предельная концентрация	аэрозоль в воздухе рабочей зоны 0,5 мг/м3; в атмосферном воздухе 0,05 мг/м3
Токсичность	Токсичен, при вдыхании пыли вызывает литейную лихорадку
Фразы риска (R)	R50/53
Фразы безопасности (S)	S60, S61
NFPA 704	1 2 0 W
	Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное.

Окси́д ци́нка (о́кись цинка) [math]\ce{ ZnO }[/math] — белый кристаллический порошок или бесцветные кристаллы. Кристаллизуется в гексагональной сингонии типа вюрцита. Нерастворим в воде, желтеет при нагревании. В природе встречается в виде минерала цинкита.

Свойства

Физические свойства

Теплопроводность: 54 Вт/(м·К)^[1].

Оксид цинка является прямозонным полупроводником с шириной запрещённой зоны 3,36 эВ. Естественное смещение стехиометрического отношения в сторону обогащения кислородом придаёт ему электронный тип проводимости.

Эффективная масса носителей заряда m_p 0,59m_e; m_n 0,24m_e.

При нагревании вещество меняет цвет: белый при комнатной температуре, оксид цинка становится жёлтым. Объясняется это уменьшением ширины запрещённой зоны и сдвигом края в спектре поглощения из УФ-области в синюю область видимого спектра.

При температурах 1350—1800 °C оксид цинка сублимируется, сублимация идет через механизм разложения оксида цинка на цинк и кислород в высокотемпературной зоне и образование оксида в низкотемпературной зоне, скорости сублимации зависят от состава газовой среды, в которой она проводится^[2].

Химические свойства

Химически оксид цинка амфотерен — реагирует с кислотами с образованием соответствующих солей цинка, при взаимодействии с растворами щелочей образует комплексные три- тетра- и гексагидроксоцинкаты (например, [math]\ce{ Na2[Zn(OH)4], }[/math] [math]\ce{ Ba2[Zn(OH)6] }[/math] и др.):

[math]\ce{ [Zn(OH)3]- + OH- -> [Zn(OH)4]^{2-}. }[/math]

Оксид цинка растворяется в водном растворе аммиака, образуя комплексный аммиакат:

[math]\ce{ ZnO + 4NH3 + H2O -> [Zn(NH3)4](OH)2. }[/math]

При сплавлении со щелочами и оксидами некоторых металлов оксид цинка образует цинкаты:

[math]\ce{ ZnO + 2NaOH -> Na2ZnO2 + H2O; }[/math]

[math]\ce{ ZnO + CoO -> CoZnO2. }[/math]

При сплавлении с оксидом бора и диоксидом кремния оксид цинка образует стеклообразные бораты и силикаты:

[math]\ce{ ZnO + B2O3 -> Zn(BO2)2; }[/math]

[math]\ce{ ZnO + SiO2 ->ZnSiO3. }[/math]

При смешивании порошка оксида цинка с концентрированным раствором хлорида цинка образуется быстро (за 2—3 минуты) твердеющая масса — цинковый цемент^[3].

Нахождение в природе

Известен природный минерал цинкит, состоящий в основном из оксида цинка.

Получение

Сжиганием паров цинка в кислороде («французский процесс»).
Термическим разложением некоторых солей цинка:
- ацетата [math]\ce{ Zn(CH3COO)2 }[/math];
- гидроксида [math]\ce{ Zn(OH)2 }[/math];
- карбоната [math]\ce{ ZnCO3 }[/math];
- нитрата [math]\ce{ Zn(NO3)2 }[/math].
Окислительным обжигом сульфида [math]\ce{ ZnS }[/math].
С помощью гидротермального синтеза^[4].
Извлечением из пылей и шламов заводов чёрной металлургии, особенно перерабатывающих металлолом (он содержит значительную долю оцинкованного железа).

Применение

Оксид цинка широко применяют в химической и фармацевтической промышленности. Применяется в составе зубных паст и цементов в терапевтической стоматологии, в солнцезащитных кремах, в косметических процедурах, в производстве в качестве наполнителя резины, искусственной кожи и резинотехнических изделий. Применяется в шинной, лакокрасочной, нефтеперерабатывающей промышленностях. Оксид цинка применяют при производстве стекла и керамики.

В химической промышленности

Активатор вулканизации некоторых типов каучуков.
Вулканизирующий агент хлоропреновых каучуков.
Катализатор получения метанола.
Белый пигмент при производстве красок и эмалей (в настоящее время (2007 год) вытесняется нетоксичным диоксидом титана [math]\ce{ TiO2 }[/math]).
Наполнитель и пигмент в производстве:
Добавка к кормам для животных.
В производстве стекла и красок на основе жидкого стекла;
Как один из компонентов преобразователя ржавчины^{[источник не указан 2243 дня]}.

Известно также, что оксид цинка обладает фотокаталитической активностью^{[источник не указан 2243 дня]}, что на практике используется для создания самоочищающихся поверхностей, бактерицидных покрытий для стен и потолков в больницах и пр. Для фотокаталитической очистки воды в промышленных масштабах оксид цинка в настоящее время не используется^{[источник не указан 2243 дня]}.

В электронике

Оксид цинка применяется для производства варисторов, которые используются в современных ограничителях перенапряжений (ОПН) взамен морально устаревших газонаполненных разрядников.

Кроме того, порошок оксида цинка — перспективный материал в качестве рабочей среды для порошковых лазеров^{[источник не указан 2243 дня]}. На основе оксида цинка в комбинации с нитридом галлия создан светодиод голубого цвета^[5]^[6].

Тонкие плёнки и иные наноструктуры на основе оксида цинка могут применяться как чувствительные газовые и биологические сенсоры^[7]^[8].

Также оксид цинка входит в состав теплопроводных паст, например, пасты КПТ-8.

В медицине

В медицине используется в качестве компонента лекарственных средств наружного применения, используемых в дерматологии. Обладает противовоспалительным, подсушивающим, адсорбирующим, вяжущим и антисептическим действием.

Применяют в виде присыпки, мази, пасты, линимента. Является одним из компонентов ряда комплексных дерматологических и косметических препаратов, таких как «Цинковая мазь», «Паста Лассара» и пр.

Фармакологическое действие обусловлено тем, что оксид цинка образует альбуминаты и денатурирует белки. При нанесении на поражённую поверхность уменьшает явления экссудации, воспаления и раздражения тканей, образует защитный барьер от действия раздражающих факторов.

Может применяться при дерматите, в том числе пелёночном, опрелостях, потнице, поверхностных ранах и ожогах (солнечные ожоги, порезы, царапины), язвенных поражениях кожи (трофических язвах), пролежнях, экземе в стадии обострения, простом герпесе, стрептодермии.

Безопасность и токсичность

Соединение малотоксично, но его пыль вредна для органов дыхания и может вызвать литейную лихорадку, ПДК в воздухе рабочих помещений — 0,5 мг/м³ (по ГОСТ 10262-73). Пыль соединения может образовываться при термической обработке изделий из латуни и литья медных сплавов содержащих цинк.

Примечания

↑ Термопрокладки (неопр.). Дата обращения: 8 июля 2012. Архивировано 15 марта 2011 года.
↑ (1964-08) «Sublimation and Thermodynamic Properties of Zinc Oxide». The Journal of Physical Chemistry 68 (8): 2335–2342. doi:10.1021/j100790a052. ISSN 0022-3654. Проверено 2020-09-22.
↑ Справочник химика. Цинковый цемент.
↑ S. Baruah and J. Dutta «Review: Hydrothermal growth of ZnO nanostructures» Sci. Technol. Adv. Mater. 10 (2009) 013001 скачать бесплатно (недоступная ссылка)
↑ (September 2015) «Ultraviolet Lasers Realized via Electrostatic Doping Method». Scientific Reports 5: 13641. doi:10.1038/srep13641. PMID 26324054. Bibcode: 2015NatSR...513641L.
↑ (2007) «ZnMgO-ZnO quantum wells embedded in ZnO nanopillars: Towards realisation of nano-LEDs». Physica Status Solidi C 4 (1): 158–161. doi:10.1002/pssc.200673557. Bibcode: 2007PSSCR...4..158B.
↑ (2005) «Hydrogen-selective sensing at room temperature with ZnO nanorods». Applied Physics Letters 86 (24). doi:10.1063/1.1949707. Bibcode: 2005ApPhL..86x3503W.
↑ (2005) «Hydrogen sensing at room temperature with Pt-coated ZnO thin films and nanorods». Applied Physics Letters 87 (22). doi:10.1063/1.2136070. Bibcode: 2005ApPhL..87v2106T.

Литература

Перельман В. И. Краткий справочник химика. — М.—Л.: Химия, 1964.
Бовина Л. А. и др. Физика соединений AIIBVI / под ред. А. Н. Георгобиани, М. К. Шейнкмана. — М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. — 319, [1] с.: рис., табл. — 2600 экз.
Статья «Цинка окись» в Большой советской энциклопедии.

Дополнительная литература

Özgür Ü., Alivov Ya. I., Liu C., Teke A., Reshchikov M. A., Doğan S., Avrutin V., Cho S.-J., Morkoç H. A comprehensive review of ZnO materials and devices // Journal of Applied Physics. — 2005. — Vol. 98. — P. 041301. — ISSN 00218979. — doi:10.1063/1.1992666.

[1] Термопрокладки (неопр.). Дата обращения: 8 июля 2012. Архивировано 15 марта 2011 года.

[2] (1964-08) «Sublimation and Thermodynamic Properties of Zinc Oxide». The Journal of Physical Chemistry 68 (8): 2335–2342. doi:10.1021/j100790a052. ISSN 0022-3654. Проверено 2020-09-22.

[3] Справочник химика. Цинковый цемент.

[4] S. Baruah and J. Dutta «Review: Hydrothermal growth of ZnO nanostructures» Sci. Technol. Adv. Mater. 10 (2009) 013001 скачать бесплатно (недоступная ссылка)

[5] (September 2015) «Ultraviolet Lasers Realized via Electrostatic Doping Method». Scientific Reports 5: 13641. doi:10.1038/srep13641. PMID 26324054. Bibcode: 2015NatSR...513641L.

[6] (2007) «ZnMgO-ZnO quantum wells embedded in ZnO nanopillars: Towards realisation of nano-LEDs». Physica Status Solidi C 4 (1): 158–161. doi:10.1002/pssc.200673557. Bibcode: 2007PSSCR...4..158B.

[7] (2005) «Hydrogen-selective sensing at room temperature with ZnO nanorods». Applied Physics Letters 86 (24). doi:10.1063/1.1949707. Bibcode: 2005ApPhL..86x3503W.

[8] (2005) «Hydrogen sensing at room temperature with Pt-coated ZnO thin films and nanorods». Applied Physics Letters 87 (22). doi:10.1063/1.2136070. Bibcode: 2005ApPhL..87v2106T.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

п • о • р Оксиды
H₂O
Li₂O LiCoO₂ Li₃PaO₄ Li₅PuO₆ Ba₂LiNpO₆ LiAlO₂ Li₃NpO₄ Li₂NpO₄ Li₅NpO₆ LiNbO₃	BeO											B₂O₃	С₃О₂ C₁₂O₉ CO C₁₂O₁₂ C₄O₆ CO₂	N₂O NO N₂O₃ N₄O₆ NO₂ N₂O₄ N₂O₅	O	F
Na₂O NaPaO₃ NaAlO₂ Na₂PtO₃	MgO											AlO Al₂O₃ NaAlO₂ LiAlO₂ AlO(OH)	SiO SiO₂	P₄O P₄O₂ P₂O₃ P₄O₈ P₂O₅	S₂O SO SO₂ SO₃	Cl₂O ClO₂ Cl₂O₆ Cl₂O₇
K₂O K₂PtO₃ KPaO₃	CaO Ca₃OSiO₄ CaTiO₃	Sc₂O₃	TiO Ti₂O₃ TiO₂ TiOSO₄ CaTiO₃ BaTiO₃	VO V₂O₃ V₃O₅ VO₂ V₂O₅	FeCr₂O₄ CrO Cr₂O₃ CrO₂ CrO₃ MgCr₂O₄	MnO Mn₃O₄ Mn₂O₃ MnO(OH) Mn₅O₈ MnO₂ MnO₃ Mn₂O₇	FeCr₂O₄ FeO Fe₃O₄ Fe₂O₃	CoFe₂O₄ CoO Co₃O₄ CoO(OH) Co₂O₃ CoO₂	NiO NiFe₂O₄ Ni₃O₄ NiO(OH) Ni₂O₃	Cu₂O CuO CuFe₂O₄ Cu₂O₃ CuO₂	ZnO	Ga₂O Ga₂O₃	GeO GeO₂	As₂O₃ As₂O₄ As₂O₅	SeOCl₂ SeOBr₂ SeO₂ Se₂O₅ SeO₃	Br₂O Br₂O₃ BrO₂
Rb₂O RbPaO₃ Rb₄O₆	SrO	Y₂O₃ YOF YOCl	ZrO(OH)₂ ZrO₂ ZrOS Zr₂О₃Сl₂	NbO Nb₂O₃ NbO₂ Nb₂O₅ Nb₂O₃(SO₄)₂ LiNbO₃	Mo₂O₃ Mo₄O₁₁ MoO₂ Mo₂O₅ MoO₃	TcO₂ Tc₂O₇	Ru₂O₃ RuO₂ Ru₂O₅ RuO₄	RhO Rh₂O₃ RhO₂	PdO Pd₂O₃ PdO₂	Ag₂O Ag₂O₂	Cd₂O CdO	In₂O InO In₂O₃	SnO SnO₂	Sb₂O₃ Sb₂O₄ Hg₂Sb₂O₇ Sb₂O₅	TeO₂ TeO₃	I₂O₄ I₄O₉ I₂O₅
Cs₂O Cs₂ReCl₅O	BaO BaPaO₃ BaTiO₃ BaPtO₃		HfO(OH)₂ HfO₂	Ta₂O TaO TaO₂ Ta₂O₅	WO₂Br₂ WO₂ WO₂Cl₂ WOBr₄ WOF₄ WOCl₄ WO₃	Re₂O ReO Re₂O₃ ReO₂ Re₂O₅ ReO₃ Re₂O₇	OsO Os₂O₃ OsO₂ OsO₄	Ir₂O₃ IrO₂	PtO Pt₃O₄ Pt₂O₃ PtO₂ K₂PtO₃ Na₂PtO₃ PtO₃	Au₂O AuO Au₂O₃	Hg₂O HgO (Hg₃O₂)SO₄ Hg₂O(CN)₂ Hg₂Sb₂O₇ Hg₃O₂Cl₂ Hg₅O₄Cl₂	Tl₂O Tl₂O₃	Pb₂O PbO Pb₃O₄ Pb₂O₃ PbO₂	BiO Bi₂O₃ Bi₂O₄ Bi₂O₅	PoO PoO₂ PoO₃	At
Fr	Ra		Rf	Db	Sg	Bh	Hs	Mt	Ds	Rg	Cn	Nh	Fl	Mc	Lv	Ts
		↓
		La₂O₂S La₂O₃	Ce₂O₃ CeO₂	PrO Pr₂O₂S Pr₂O₃ Pr₆O₁₁ PrO₂	NdO Nd₂O₂S Nd₂O₃ NdHO	Pm₂O₃	SmO Sm₂O₃	EuO Eu₃O₄ Eu₂O₃ EuO(OH) Eu₂O₂S	Gd₂O₃	Tb	Dy₂O₃	Ho₂O₃ Ho₂O₂S	Er₂O₃	Tm₂O₃	YbO Yb₂O₃	Lu₂O₂S Lu₂O₃ LuO(OH)
		Ac₂O₃	UO₂ UO₃ U₃O₈	PaO PaO₂ Pa₂O₅ PaOS	ThO₂	NpO NpO₂ Np₂O₅ Np₃O₈ NpO₃	PuO Pu₂O₃ PuO₂ PuO₃ PuO₂F₂	AmO₂	Cm₂O₃ CmO₂	Bk₂O₃	Cf₂O₃	Es	Fm	Md	No	Lr