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Sulfuro de cadmio

El sulfuro de cadmio es un compuesto inorgánico con la fórmula CdS. El sulfuro de cadmio es una sal amarilla. [4] Se presenta en la naturaleza con dos estructuras cristalinas diferentes como los minerales raros greenockita y hawleyita , pero es más frecuente como un sustituyente de impureza en los minerales de zinc de estructura similar esfalrita y wurtzita , que son las principales fuentes económicas de cadmio. Como compuesto que es fácil de aislar y purificar, es la principal fuente de cadmio para todas las aplicaciones comerciales. [4] Su color amarillo intenso llevó a su adopción como pigmento para la pintura amarilla "amarillo cadmio" en el siglo XIX.

Producción

El sulfuro de cadmio se puede preparar mediante la precipitación de sales solubles de cadmio (II) con iones de sulfuro. Esta reacción se ha utilizado para análisis gravimétricos y análisis inorgánicos cualitativos . [5]
La ruta de preparación y el tratamiento posterior del producto afectan la forma polimórfica que se produce (es decir, cúbica frente a hexagonal). Se ha afirmado que los métodos de precipitación química dan como resultado la forma cúbica de blenda de zinc . [6]

La producción de pigmentos generalmente implica la precipitación de CdS, el lavado del precipitado sólido para eliminar las sales solubles de cadmio seguido de la calcinación (tostación) para convertirlo a la forma hexagonal seguida de la molienda para producir un polvo. [7] Cuando se requieren seleniuros de sulfuro de cadmio, el CdSe se coprecipita con CdS y el sulfoselenuro de cadmio se crea durante el paso 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 de algunos fotorresistores y células solares. En el método de deposición por baño químico , se han preparado películas delgadas de CdS utilizando tiourea como fuente de aniones de 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 de vapor de organometal y MOCVD mediante la reacción de dimetilcadmio con sulfuro de dietilo : [11]

Cd ( CH3 ) 2 + Et2S → CdS + CH3CH3 + C4H10​

Otros métodos para producir películas de CdS incluyen

Reacciones

El sulfuro de cadmio se puede disolver en ácidos. [17]

CdS + 2 HCl → CdCl2 + H2S

Cuando se irradian con luz soluciones de sulfuro que contienen partículas de CdS dispersas, se genera gas hidrógeno: [18]

H2S → H2 + S Δ f H = +9,4 kcal/mol

El mecanismo propuesto involucra los pares electrón/hueco creados cuando la luz incidente es absorbida por el sulfuro de cadmio [19] y luego estos reaccionan con agua y sulfuro: [18]

Producción de un par electrón-hueco
CdS + hν  → e −  + h +
Reacción del electrón
2e −  + 2H 2 O → H 2  + 2OH −
Reacción del agujero
2h +  + S 2− → S

Estructura y propiedades físicas

El sulfuro de cadmio tiene, al igual que el sulfuro de cinc , dos formas cristalinas: la estructura de wurtzita hexagonal más estable (que se encuentra en el mineral greenockita ) y la estructura de blenda de cinc cúbica (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 banda prohibida directa (gap 2,42 eV ). [19] La proximidad de su banda prohibida a las longitudes de onda de la luz visible le da un aspecto coloreado. [4] Además de esta propiedad obvia, resultan otras propiedades:

Aplicaciones

Pigmento

Sulfuro de cadmio amarillo - pigmento

El CdS se utiliza como pigmento en plásticos y muestra buena estabilidad térmica, resistencia 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] Se producen alrededor de 2000 toneladas anuales a partir de 1982, lo que representa aproximadamente el 25% del cadmio procesado comercialmente. [32]

Uso histórico en el arte

La disponibilidad comercial general del sulfuro de cadmio a partir de la década de 1840 condujo a su adopción por parte de artistas, en particular Van Gogh , Monet (en su serie de Londres y otras obras) y Matisse ( Bañistas junto a un río, 1916-1919). [33] La presencia de cadmio en pinturas se ha utilizado para detectar falsificaciones en pinturas que supuestamente se produjeron antes del siglo XIX. [34]

Soluciones CdS-CdSe

El CdS y el CdSe forman soluciones sólidas entre sí. El aumento de las cantidades de seleniuro de cadmio da lugar a pigmentos que tienden hacia el rojo, por ejemplo, el pigmento CI naranja 20 y el pigmento CI rojo 108. [31]
Estas soluciones sólidas son componentes de fotorresistencias (resistencias dependientes de la luz) sensibles a la luz visible y cercana al infrarrojo. [ cita requerida ]

Seguridad

El sulfuro de cadmio es tóxico, especialmente peligroso cuando se inhala como polvo, y los compuestos de cadmio en general están clasificados como cancerígenos . [35] Se han reportado problemas de biocompatibilidad cuando se usa CdS como colorantes en tatuajes . [36] El CdS tiene una LD 50 de aproximadamente 7.080 mg/kg en ratas, que es más alta que otros compuestos de cadmio debido a su baja solubilidad . [37]

Referencias

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