El sulfuro de zinc (o sulfuro de zinc ) es un compuesto inorgánico con la fórmula química de ZnS. Esta es la principal forma de zinc que se encuentra en la naturaleza, donde se presenta principalmente como mineral esfalerita . Aunque este mineral suele ser negro debido a diversas impurezas, el material puro es blanco y se utiliza mucho como pigmento. En su forma sintética densa, el sulfuro de zinc puede ser transparente y se utiliza como ventana para óptica visible y óptica infrarroja .
El ZnS existe en dos formas cristalinas principales . Este dualismo es un ejemplo de polimorfismo . En cada forma, la geometría de coordinación en Zn y S es tetraédrica. La forma cúbica más estable se conoce también como blenda de zinc o esfalerita . La forma hexagonal se conoce como mineral wurtzita , aunque también puede producirse sintéticamente. [2] La transición de la forma esfalerita a la forma wurtzita se produce alrededor de 1020 °C .
El sulfuro de zinc, con la adición de unas pocas ppm de un activador adecuado , presenta una fuerte fosforescencia . El fenómeno fue descrito por Nikola Tesla en 1893, [3] y actualmente se utiliza en muchas aplicaciones, desde tubos de rayos catódicos pasando por pantallas de rayos X hasta productos que brillan en la oscuridad . Cuando se utiliza plata como activador, el color resultante es azul brillante, con un máximo de 450 nanómetros . El uso de manganeso produce un color rojo anaranjado a unos 590 nanómetros. El cobre da un brillo más prolongado y tiene el familiar brillo verdoso en la oscuridad. El sulfuro de zinc dopado con cobre ("ZnS más Cu") también se utiliza en paneles electroluminiscentes . [4] También exhibe fosforescencia debido a impurezas al iluminarse con luz azul o ultravioleta .
El sulfuro de zinc también se utiliza como material óptico infrarrojo , transmitiendo desde longitudes de onda visibles hasta poco más de 12 micrómetros . Puede usarse de forma plana como ventana óptica o darle forma de lente . Se fabrica en forma de láminas microcristalinas mediante síntesis a partir de gas de sulfuro de hidrógeno y vapor de zinc, y se vende como grado FLIR (Infrarrojo orientado hacia adelante), donde el sulfuro de zinc se encuentra en una forma opaca de color amarillo lechoso. Este material, cuando se prensa isostáticamente en caliente (HIPed), se puede convertir a una forma transparente como el agua conocida como Cleartran (marca registrada). Las primeras formas comerciales se comercializaron como Irtran-2 , pero esta designación ahora está obsoleta.
El sulfuro de zinc es un pigmento común , a veces llamado sactolito. Cuando se combina con sulfato de bario, el sulfuro de zinc forma litopón . [5]
El polvo fino de ZnS es un fotocatalizador eficiente que produce gas hidrógeno a partir del agua tras la iluminación. Se pueden introducir vacantes de azufre en el ZnS durante su síntesis; esto convierte gradualmente el ZnS de color blanco amarillento en un polvo marrón y aumenta la actividad fotocatalítica mediante una mayor absorción de luz. [1]
Tanto la esfalerita como la wurtzita son semiconductores intrínsecos de banda prohibida ancha . Se trata de semiconductores prototípicos II-VI , y adoptan estructuras relacionadas con muchos de los otros semiconductores, como el arseniuro de galio . La forma cúbica del ZnS tiene una banda prohibida de aproximadamente 3,54 electronvoltios a 300 kelvin , pero la forma hexagonal tiene una banda prohibida de aproximadamente 3,91 electronvoltios. El ZnS puede doparse como semiconductor de tipo n o como semiconductor de tipo p .
La fosforescencia del ZnS fue descrita por primera vez por el químico francés Théodore Sidot en 1866. Sus hallazgos fueron presentados por AE Becquerel , conocido por sus investigaciones sobre la luminiscencia . [6] Ernest Rutherford y otros utilizaron ZnS en los primeros años de la física nuclear como detector de centelleo , porque emite luz al ser excitado por rayos X o haz de electrones , lo que lo hace útil para pantallas de rayos X y tubos de rayos catódicos . [7] Esta propiedad hizo que el sulfuro de zinc fuera útil en las esferas de los relojes de radio.
El sulfuro de zinc suele producirse a partir de materiales de desecho de otras aplicaciones. Las fuentes típicas incluyen licores de fundición, escoria y decapado. [5] Como ejemplo, la síntesis de amoníaco a partir de metano requiere la eliminación a priori de las impurezas de sulfuro de hidrógeno en el gas natural, para lo cual se utiliza óxido de zinc . Esta eliminación produce sulfuro de zinc:
Se produce fácilmente encendiendo una mezcla de zinc y azufre . [8] Dado que el sulfuro de zinc es insoluble en agua, también se puede producir en una reacción de precipitación . Las soluciones que contienen sales de Zn 2+ forman fácilmente un precipitado de ZnS en presencia de iones sulfuro (por ejemplo, de H 2 S ).
Esta reacción es la base de un análisis gravimétrico del zinc. [9]
