Sulfura de cadmiu: proprietăți, producție și aplicații

În mod tradițional, sulfura de cadmiu a fost utilizată ca colorant. Ea poate fi observată în picturile unor mari artiști precum Van Gogh, Claude Monet și Matisse. În ultimii ani, sulfura de cadmiu a prezentat interes datorită utilizării sale ca strat de acoperire pentru celule solare și în dispozitive fotosensibile. Acest compus este caracterizat de un bun contact ohmic cu multe materiale. Rezistența sa este independentă de mărimea și direcția curentului. Acest lucru face ca acest material să fie promițător pentru aplicații în optoelectronică, tehnologie laser, LED-uri.

Descriere generală

Sulfura de cadmiu este un compus anorganic care apare în mod natural sub forma mineralelor rare zinc holey și cholium. Nu este interesant pentru industrie. Principala sursă de sulfură de cadmiu este sinteza artificială.

Compusul are aspectul unei pulberi galbene. Nuanțele pot varia de la lămâie la roșu-portocaliu. Datorită colorației sale strălucitoare și a rezistenței ridicate la influențele externe, sulfura de cadmiu a fost utilizată ca agent colorant de înaltă calitate. Acest compus a fost disponibil pe scară largă încă din secolul al XVIII-lea.

Formula chimică pentru CdS. Are 2 forme structurale de cristale: hexagonală (wurzit) și cubică (oxid de zinc). O a treia formă, ca și cea de sare gemă, se formează, de asemenea, sub presiune ridicată.

Sulfură de cadmiu: proprietăți

Materialul cu structură de rețea hexagonală are următoarele proprietăți fizice și mecanice:

• punct de topire 1475 °C;
• densitate 4824 kg/m³;
• coeficientul de dilatare liniară - (4,1-6,5) μK^-1;
• Duritatea Mohs - 3,8;
• Temperatura de sublimare - 980°C.

Acest compus este un semiconductor direct. Sub iradierea cu lumină, conductivitatea sa crește, ceea ce face posibilă utilizarea materialului ca fotorezistor. Atunci când este mărit cu cupru și aluminiu, se observă un efect de luminescență. Cristalele de CdS pot fi utilizate în laserele cu stare solidă.

Solubilitatea sulfurii de cadmiu în apă - nulă; în acizi diluați - slabă; în acizi clorhidric și sulfuric concentrați - bună. Cd.

Următoarele proprietăți chimice sunt caracteristice substanței

• precipită atunci când hidrogenul sulfurat sau metalele alcaline reacționează cu o soluție;
• CdCl se formează prin reacția cu acidul clorhidric₂ și hidrogen sulfurat;
• oxidarea în sulfat sau oxid atunci când este încălzit într-o atmosferă cu surplus de oxigen (aceasta depinde de temperatura din cuptorul de ardere).

Obținerea

Se sintetizează sulfura de cadmiu în mai multe moduri:

• prin interacțiunea dintre cadmiu și vaporii de sulf;
• în reacția dintre compușii organosulfurați și cei care conțin cadmiu;
• prin precipitare din soluție sub acțiunea H₂S sau Na₂S.

Filmele pe bază de această substanță sunt produse prin tehnici speciale:

Pentru producerea pigmentului, sulfura de cadmiu solidă precipitată este spălată, calcinată până la o formă de rețea cristalină hexagonală și apoi măcinată până la obținerea unei pulberi.

Aplicații

Coloranții pe bază de acest compus au o rezistență ridicată la temperatură și la lumină. Aditivii de selenură de cadmiu, telurură de cadmiu și sulfură de mercur permit modificarea culorii Pulbere până la verde-galben și roșu-violet. Pigmenții sunt folosiți la fabricarea produselor din plastic.

Există și alte aplicații pentru sulfura de cadmiu:

• Detectoare (înregistratoare) de particule elementare, inclusiv de raze gama;
• tranzistoare cu peliculă subțire
• transductoare piezoelectrice capabile să funcționeze în gama GHz;
• fabricarea de nanofire și tuburi care sunt utilizate ca etichete fluorescente în medicină și biologie.

Celule solare cu sulfură de cadmiu

Celulele solare cu peliculă subțire sunt una dintre cele mai recente invenții în energie alternativă. dezvoltarea acestei industrii devine din ce în ce mai urgentă, deoarece rezervele de minerale utilizate pentru a genera energie electrică se epuizează rapid. Avantajele celulelor solare cu sulfură de cadmiu sunt următoarele

• costuri mai mici ale materialelor pentru fabricarea acestora;
• Eficiența crescută a conversiei energiei solare în energie electrică (de la 8% pentru tipurile tradiționale de baterii la 15% pentru CdS/CdTe);
• capacitatea de generare a energiei în absența lumina directă și utilizarea bateriilor în zone cu ceață, în locuri cu grad ridicat de praf în aer.

Filme utilizate pentru fabricarea de celule solare, au o grosime de numai 15-30 µm. Ele au o structură granulară, a cărei dimensiune a elementelor este de 1-5 µm. Oamenii de știință consideră că bateriile cu peliculă subțire ar putea deveni în viitor o alternativă la bateriile policristaline, datorită condițiilor de funcționare nepretențioase și a duratei de viață lungi pentru durata sa de viață.