El sulfuro de cadmio es el compuesto inorgánico con la fórmula CdS. El sulfuro de cadmio es un sólido amarillo. [4] Ocurre en la naturaleza con dos estructuras cristalinas diferentes como los minerales raros greenockita y hawleyita , pero es más frecuente como sustituyente de impurezas en los minerales de zinc estructurados de manera similar esfalerita y wurtzita , que son las principales fuentes económicas de cadmio. Como compuesto fácil de aislar y purificar, es la principal fuente de cadmio para todas las aplicaciones comerciales. [4] Su color amarillo vivo llevó a su adopción como pigmento para la pintura amarilla "amarillo de cadmio" en el siglo XVIII.
Nombres | |||
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Otros nombres | |||
Identificadores | |||
Modelo 3D ( JSmol ) |
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CHEBI | |||
ChemSpider | |||
Tarjeta de información ECHA | 100.013.771 | ||
Número CE |
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13655 | |||
PubChem CID | |||
Número RTECS |
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UNII | |||
un numero | 2570 | ||
Tablero CompTox ( EPA ) | |||
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Propiedades | |||
Cd S | |||
Masa molar | 144,47 g · mol −1 | ||
Apariencia | Sólido de color amarillo anaranjado a marrón. | ||
Densidad | 4,826 g / cm 3 , sólido. | ||
Punto de fusion | 1.750 ° C (3.180 ° F; 2.020 K) 10 MPa | ||
Punto de ebullición | 980 ° C (1.800 ° F; 1.250 K) ( sublimación ) | ||
insoluble [1] | |||
Solubilidad | soluble en ácido muy poco soluble en hidróxido de amonio | ||
Brecha de banda | 2,42 eV | ||
-50,0 · 10 −6 cm 3 / mol | |||
Índice de refracción ( n D ) | 2.529 | ||
Estructura | |||
Hexagonal , cúbico | |||
Termoquímica | |||
Entropía molar estándar ( S | 65 J · mol −1 · K −1 [2] | ||
Entalpía estándar de formación (Δ f H ⦵ 298 ) | −162 kJ · mol −1 [2] | ||
Peligros | |||
Ficha de datos de seguridad | ICSC 0404 | ||
Pictogramas GHS | |||
Palabra de señal GHS | Peligro | ||
Declaraciones de peligro GHS | H302 , H341 , H350 , H361 , H372 , H413 | ||
Consejos de prudencia del SGA | P201 , P202 , P260 , P264 , P270 , P273 , P281 , P301 + 312 , P308 + 313 , P314 , P330 , P405 , P501 | ||
NFPA 704 (diamante de fuego) | 3 0 0 | ||
punto de inflamabilidad | No es inflamable | ||
Dosis o concentración letal (LD, LC): | |||
LD 50 ( dosis media ) | 7080 mg / kg (rata, oral) | ||
NIOSH (límites de exposición a la salud de EE. UU.): | |||
PEL (permitido) | [1910.1027] TWA 0,005 mg / m 3 (como Cd) [3] | ||
REL (recomendado) | Ca [3] | ||
IDLH (peligro inmediato) | Ca [9 mg / m 3 (como Cd)] [3] | ||
Compuestos relacionados | |||
Otros aniones | Óxido de cadmio Seleniuro de cadmio | ||
Otros cationes | Sulfuro de zinc Sulfuro de mercurio | ||
Salvo que se indique lo contrario, los datos se proporcionan para materiales en su estado estándar (a 25 ° C [77 ° F], 100 kPa). | |||
verificar ( ¿qué es ?) | |||
Referencias de Infobox | |||
Producción
El sulfuro de cadmio se puede preparar mediante la precipitación a partir de sales de cadmio (II) solubles con ion sulfuro. Esta reacción se ha utilizado para análisis gravimétrico y análisis inorgánico cualitativo . [5]
La ruta preparativa y el tratamiento posterior del producto, afecta la forma polimórfica que se produce (es decir, cúbica vs hexagonal). Se ha afirmado que los métodos de precipitación química dan como resultado la forma cúbica de zincblenda . [6]
La producción de pigmentos generalmente implica la precipitación de CdS, el lavado del precipitado sólido para eliminar las sales de cadmio solubles seguido de calcinación (tostado) para convertirlo a la forma hexagonal seguido de molienda para producir un polvo. [7] Cuando se requieren seleniuros de sulfuro de cadmio, el CdSe se coprecipita con CdS y se crea el sulfoselenuro de cadmio durante la etapa de calcinación. [7]
El sulfuro de cadmio a veces se asocia con bacterias reductoras de sulfato. [8] [9]
Rutas hacia películas delgadas de CdS
Se utilizan métodos especiales para producir películas de CdS como componentes en algunos fotorresistores y células solares. En el método de deposición en baño químico , se han preparado películas delgadas de CdS utilizando tiourea como fuente de aniones sulfuro y una solución tampón de amonio para controlar el pH: [10]
- Cd 2+ + H 2 O + (NH 2 ) 2 CS + 2 NH 3 → CdS + (NH 2 ) 2 CO + 2 NH 4 +
El sulfuro de cadmio se puede producir utilizando técnicas de epitaxia en fase vapor metalorgánica y MOCVD mediante la reacción de dimetilcadmio con sulfuro de dietilo : [11]
- Cd (CH 3 ) 2 + Et 2 S → CdS + CH 3 CH 3 + C 4 H 10
Otros métodos para producir películas de CdS incluyen
- Técnicas sol-gel [12]
- Pulverización [13]
- Deposición electroquímica [14]
- Pulverización con sal de cadmio precursora, compuesto de azufre y dopante [15]
- Serigrafía utilizando una suspensión que contiene CdS disperso [16]
Reacciones
El sulfuro de cadmio se puede disolver en ácidos. [17]
- CdS + 2 HCl → CdCl 2 + H 2 S
Cuando se irradian con luz soluciones de sulfuro que contienen partículas de CdS dispersas, se genera gas hidrógeno: [18]
- H 2 S → H 2 + S ΔH f = +9,4 kcal / mol
El mecanismo propuesto involucra los pares de electrones / huecos creados cuando la luz incidente es absorbida por el sulfuro de cadmio [19] seguido de estos que reaccionan con agua y sulfuro: [18]
- Producción de un par electrón-hueco
- CdS + hν → e - + agujero +
- Reacción del electrón
- 2e - + 2H 2 O → H 2 + 2OH -
- Reacción del agujero
- 2 orificios + + S 2− → S
Estructura y propiedades físicas
El sulfuro de cadmio tiene, como el sulfuro de zinc , dos formas cristalinas. La estructura de wurtzita hexagonal más estable (que se encuentra en el mineral Greenockita ) y la estructura cúbica de zinc blende (que se encuentra en el mineral Hawleyita ). En ambas formas, los átomos de cadmio y azufre tienen cuatro coordenadas. [20] También existe una forma de alta presión con la estructura de sal de roca de NaCl. [20]
El sulfuro de cadmio es un semiconductor de intervalo de banda directo (intervalo de 2,42 eV ). [19] La proximidad de su banda prohibida a las longitudes de onda de la luz visible le da una apariencia coloreada. [4] Además de esta propiedad obvia, resultan otras propiedades:
- la conductividad aumenta cuando se irradia, [19] (lo que lleva a usos como fotorresistencia )
- cuando se combina con un semiconductor tipo p forma el componente central de una celda fotovoltaica ( solar ) y una celda solar CdS / Cu 2 S fue una de las primeras celdas eficientes que se reportaron (1954) [21] [22]
- cuando se dopa, por ejemplo, con Cu + (" activador ") y Al 3+ ("coactivador"), CdS se ilumina bajo excitación por haz de electrones ( catodoluminiscencia ) y se utiliza como fósforo [23]
- ambos polimorfos son piezoeléctricos y el hexagonal también es piroeléctrico [24]
- electroluminiscencia [25]
- Los cristales de CdS pueden actuar como un medio de ganancia en láser de estado sólido [26] [27]
- En forma de película delgada, el CdS se puede combinar con otras capas para su uso en ciertos tipos de células solares. [28] El CdS también fue uno de los primeros materiales semiconductores que se utilizaron para transistores de película fina (TFT). [29] Sin embargo, el interés en semiconductores compuestos para TFT disminuyó en gran medida después de la aparición de la tecnología de silicio amorfo a fines de la década de 1970.
- Las películas delgadas de CdS pueden ser piezoeléctricas y se han utilizado como transductores que pueden operar a frecuencias en la región de GHz.
- Las nanocintas de CdS muestran un enfriamiento neto debido a la aniquilación de fonones , durante la luminiscencia anti-Stokes a ~ 510 nm. Como resultado, se ha demostrado una caída máxima de temperatura de 40 y 15 K cuando las nanocintas se bombean con un láser de 514 o 532 nm. [30]
Aplicaciones
Pigmento
El CdS se utiliza como pigmento en plásticos, mostrando buena estabilidad térmica, solidez a la luz y a la intemperie, resistencia química y alta opacidad. [7] Como pigmento, el CdS se conoce como amarillo de cadmio (pigmento amarillo CI 37). [4] [31] Aproximadamente 2000 toneladas se producen anualmente a partir de 1982, lo que representa aproximadamente el 25% del cadmio procesado comercialmente. [32]
Uso histórico en el arte
La disponibilidad comercial general de sulfuro de cadmio a partir de la década de 1840 llevó a su adopción por artistas, en particular Van Gogh , Monet (en su serie de Londres y otras obras) y Matisse ( Bathers by a River 1916-1919). [33] La presencia de cadmio en pinturas se ha utilizado para detectar falsificaciones en pinturas supuestamente realizadas antes del siglo XIX. [34]
Soluciones CdS-CdSe
CdS y CdSe forman soluciones sólidas entre sí. Cantidades crecientes de seleniuro de cadmio dan pigmentos que se acercan al rojo, por ejemplo, pigmento CI naranja 20 y pigmento CI rojo 108. [31]
Estas soluciones sólidas son componentes de fotoresistores (resistencias dependientes de la luz) sensibles a la luz visible y del infrarrojo cercano. [ cita requerida ]
Seguridad
El sulfuro de cadmio es tóxico, especialmente peligroso cuando se inhala como polvo, y los compuestos de cadmio en general se clasifican como cancerígenos . [35] Se han informado problemas de biocompatibilidad cuando se utiliza CdS como colores en los tatuajes . [36]
Referencias
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enlaces externos
- Información sobre sulfuro de cadmio (II) en Webelements
- Monografía IARC: "Cadmio y Compuestos de Cadmio" Último acceso noviembre de 2005.
- Tarjeta internacional de seguridad química 0404
- Inventario Nacional de Contaminantes - Cadmio y compuestos
- [1] Informe de la Academia de Ciencias Médicas al Asesor Científico Jefe del Ministerio de Defensa sobre los ensayos de dispersión de sulfuro de zinc y cadmio llevados a cabo en el Reino Unido entre 1953 y 1964.