كبريتيد الكادميوم

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

كبريتيد الكادميوم مركب غير عضوي صيغته الكيميائية CdS، وهو ملح أصفر اللون. [ 4 ] يوجد في الطبيعة ببنيتين بلوريتين مختلفتين في المعادن النادرة غرينوكيت وهولييت ، ولكنه أكثر شيوعًا كشوائب في خامات الزنك ذات البنية المشابهة ، مثل سفاليريت وورتزيت ، والتي تُعدّ المصادر الاقتصادية الرئيسية للكادميوم. وباعتباره مركبًا سهل العزل والتنقية، فهو المصدر الرئيسي للكادميوم في جميع التطبيقات التجارية. [ 4 ] وقد أدّى لونه الأصفر الزاهي إلى استخدامه كصبغة في طلاء "أصفر الكادميوم" في القرن التاسع عشر.

إنتاج

يمكن تحضير كبريتيد الكادميوم بترسيب أملاح الكادميوم (II) الذائبة باستخدام أيون الكبريتيد. وقد استُخدم هذا التفاعل في التحليل الوزني والتحليل غير العضوي النوعي . [ 5 ] تؤثر طريقة التحضير والمعالجة اللاحقة للمنتج على الشكل البلوري الناتج (أي المكعب مقابل السداسي). وقد أُشير إلى أن طرق الترسيب الكيميائي تُنتج شكل الزنكبلند المكعب . [ 6 ]

تتضمن عملية إنتاج الصبغات عادةً ترسيب كبريتيد الكادميوم (CdS)، ثم غسل الراسب الصلب لإزالة أملاح الكادميوم الذائبة، يليه التكليس (التحميص) لتحويله إلى الشكل السداسي، ثم الطحن لإنتاج مسحوق. [ 7 ] عند الحاجة إلى سيلينيدات كبريتيد الكادميوم، يُرسب سيلينيد الكادميوم (CdSe) مع كبريتيد الكادميوم، ويتكون سيلينيد كبريتيد الكادميوم أثناء عملية التكليس. [ 7 ]

يرتبط كبريتيد الكادميوم أحيانًا بالبكتيريا المختزلة للكبريتات. [ 8 ] [ 9 ]

طرق تحضير الأغشية الرقيقة من كبريتيد الكادميوم

تُستخدم طرق خاصة لإنتاج أغشية من كبريتيد الكادميوم (CdS) كمكونات في بعض المقاومات الضوئية والخلايا الشمسية. في طريقة الترسيب الكيميائي ، تم تحضير أغشية رقيقة من كبريتيد الكادميوم باستخدام الثيوريا كمصدر لأيونات الكبريتيد ومحلول منظم الأمونيوم للتحكم في الرقم الهيدروجيني: [ 10 ]

Cd 2+ + H 2 O + (NH 2 ) 2 CS + 2 NH 3 → CdS + (NH 2 ) 2 CO + 2 NH 4 +

يمكن إنتاج كبريتيد الكادميوم باستخدام تقنيات الترسيب الكيميائي للبخار العضوي المعدني وتقنيات MOCVD عن طريق تفاعل ثنائي ميثيل الكادميوم مع ثنائي إيثيل الكبريتيد : [ 11 ]

الكادميوم (CH 3 ) 2 + Et 2 S → CdS + CH 3 CH 3 + C 4 H 10

تشمل الطرق الأخرى لإنتاج أغشية كبريتيد الكادميوم ما يلي:

ردود الفعل

يمكن إذابة كبريتيد الكادميوم في الأحماض. [ 17 ]

CdS + 2 HCl → CdCl₂ + H₂S

عندما يتم تشعيع محاليل الكبريتيد التي تحتوي على جزيئات CdS المشتتة بالضوء، يتم توليد غاز الهيدروجين: [ 18 ]

H₂S → H₂ + S ΔfH = +9.4 كيلو كالوري/ مول

تتضمن الآلية المقترحة أزواج الإلكترون / الفجوة التي يتم إنشاؤها عند امتصاص الضوء الساقط بواسطة كبريتيد الكادميوم [ 19 ] متبوعًا بتفاعل هذه مع الماء والكبريتيد: [ 18 ]

إنتاج زوج إلكترون-فجوة
CdS  + hν  → e −  + h +
تفاعل الإلكترون
2e −  + 2H 2 O  → H 2  + 2OH −
رد فعل الثقب
2h +  + S 2− → S

البنية والخصائص الفيزيائية

يوجد لكبريتيد الكادميوم، مثله مثل كبريتيد الزنك ، شكلان بلوريان: بنية وورتزيت سداسية أكثر استقرارًا (موجودة في معدن غرينوكيت )، وبنية زنك بليند مكعبة (موجودة في معدن هاولييت ). في كلا الشكلين، تكون ذرات الكادميوم والكبريت رباعية التناسق. [ 20 ] كما يوجد شكل آخر تحت ضغط عالٍ ذو بنية ملح صخري تشبه كلوريد الصوديوم. [ 20 ]

كبريتيد الكادميوم شبه موصل ذو فجوة نطاق طاقة مباشرة (2.42 إلكترون فولت ). [ 19 ] قرب فجوة نطاق طاقته من أطوال موجات الضوء المرئي يمنحه مظهرًا ملونًا. [ 4 ] بالإضافة إلى هذه الخاصية الواضحة، ينتج عنه خصائص أخرى: 

التطبيقات

صبغة

صبغة كبريتيد الكادميوم الأصفر

يُستخدم كبريتيد الكادميوم (CdS) كصبغة في صناعة البلاستيك، لما يتميز به من ثبات حراري جيد، ومقاومة للضوء والعوامل الجوية، ومقاومة كيميائية، وشفافية عالية. [ 7 ] يُعرف كبريتيد الكادميوم كصبغة باسم أصفر الكادميوم (صبغة CI الصفراء 37). [ 4 ] [ 31 ] بلغ إنتاجه السنوي حوالي 2000 طن اعتبارًا من عام 1982، وهو ما يمثل حوالي 25% من الكادميوم المُعالَج تجاريًا. [ 32 ]

الاستخدام التاريخي في الفن

أدى توفر كبريتيد الكادميوم تجاريًا على نطاق واسع منذ أربعينيات القرن التاسع عشر إلى استخدامه من قبل الفنانين، ولا سيما فان جوخ ، ومونيه (في سلسلة لوحاته عن لندن وغيرها من الأعمال)، وماتيس ( لوحة " مستحمات على ضفاف النهر" 1916-1919). [ 33 ] وقد استُخدم وجود الكادميوم في الدهانات لكشف التزوير في اللوحات التي يُزعم أنها رُسمت قبل القرن التاسع عشر. [ 34 ]

محاليل كبريتيد الكادميوم وسيلينيد الكادميوم

يشكل كبريتيد الكادميوم (CdS) وسيلينيد الكادميوم (CdSe) محاليل صلبة مع بعضها البعض. وتؤدي زيادة كميات سيلينيد الكادميوم إلى إنتاج أصباغ تميل إلى اللون الأحمر، مثل صبغة CI البرتقالية 20 وصبغة CI الحمراء 108. [ 31 ] وتُعد هذه المحاليل الصلبة مكونات للمقاومات الضوئية (المقاومات المعتمدة على الضوء) الحساسة للضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة.

أمان

كبريتيد الكادميوم مادة سامة، وخطيرة بشكل خاص عند استنشاقها كغبار، وتُصنف مركبات الكادميوم عمومًا على أنها مواد مسرطنة . [ 35 ] وقد سُجلت مشاكل تتعلق بالتوافق الحيوي عند استخدام كبريتيد الكادميوم كألوان في الوشم . [ 36 ] تبلغ الجرعة المميتة الوسطية (LD50) لكبريتيد الكادميوم حوالي 7080 ملغم  /كغم في الجرذان، وهي أعلى من مركبات الكادميوم الأخرى نظرًا لانخفاض ذوبانيته . [ 37 ]

مراجع

  1. ↑ ليد، ديفيد ر. (1998). دليل الكيمياء والفيزياء (  الطبعة 87). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. الصفحات 4-67 ، 1363. ISBN  978-0-8493-0594-8.
  2. 1 2 زومدال، ستيفن س. (2009). المبادئ الكيميائية، الطبعة السادسة . شركة هوتون ميفلين. ص. A21. ISBN  978-0-618-94690-7.
  3. 1 2 3 دليل الجيب الخاص بالمعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH) حول المخاطر الكيميائية. "#0087" . المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية (NIOSH).
  4. 1 2 3 4 إيغون ويبرغ، أرنولد فريدريك هولمان (2001) الكيمياء غير العضوية ، إلسيفير ISBN 0-12-352651-5
  5. ↑ فريد إيبوتسون (2007)، التحليل الكيميائي لمواد مصانع الصلب، دار ريد بوكس ​​للنشر، رقم ISBN 1-4067-8113-4
  6. ↑ بول كلوتشيك (1991)، دليل المواد البصرية بالأشعة تحت الحمراء، مطبعة سي آر سي، رقم ISBN 0-8247-8468-5
  7. 1 2 3 هيو ماكدونالد سميث (2002). أصباغ عالية الأداء . وايلي-في سي إتش. رقم ISBN 978-3-527-30204-8.
  8. ↑ لاري ل. بارتون 1995 البكتيريا المختزلة للكبريتات ، سبرينغر، رقم ISBN 0-306-44857-2
  9. ↑ سويني، روزاموند ي.؛ ماو، تشوانبين؛ غاو، شياوشيا؛ بيرت، جاستن ل.؛ بيلشر، أنجيلا م.؛ جورجيو، جورج؛ إيفرسون، برنت ل. (2004). "التخليق الحيوي البكتيري لبلورات نانوية من كبريتيد الكادميوم" . الكيمياء والبيولوجيا . 11 (11): 1553-1559 . doi : 10.1016/j.chembiol.2004.08.022 . PMID 15556006 . 
  10. ↑ أولاديجي، آي أو؛ تشاو، إل. (1997). "تحسين ترسيب كبريتيد الكادميوم في الحمام الكيميائي". مجلة الجمعية الكهروكيميائية . 144 (7): 7. CiteSeerX 10.1.1.563.1643 . doi : 10.1149/1.1837815 . 
  11. ↑ أودا، هـ؛ يونيزاوا، هـ؛ أوتسوبو، ي؛ كوساكا، م؛ سونومورا، هـ (2003). "أغشية رقيقة من كبريتيد الكادميوم مُحضّرة بتقنية الترسيب الكيميائي للبخار العضوي المعدني". مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 75 ( 1-2 ): 219. Bibcode : 2003SEMSC..75..219U . doi : 10.1016/S0927-0248(02)00163-0 .
  12. ↑ ريسفيلد، ر. (2002). "جسيمات أشباه الموصلات النانوية في الزجاج المُحضر بطريقة سول-جل: خصائصها البصرية واستخداماتها المحتملة". مجلة السبائك والمركبات . 341 ( 1-2 ): 56. doi : 10.1016/S0925-8388(02)00059-2 .
  13. ↑ مون، ب؛ لي، ج؛ جونغ، هـ (2006). "دراسات مقارنة لخصائص أغشية كبريتيد الكادميوم المترسبة على ركائز مختلفة بواسطة الترسيب بالرش بترددات الراديو". أغشية صلبة رقيقة . 511-512 : 299. Bibcode : 2006TSF...511..299M . doi : 10.1016/j.tsf.2005.11.080 .
  14. ↑ غوتو، ف؛ شيراي، كاتسونوري؛ إيتشيمورا، ماسايا (1998). "تقليل العيوب في أغشية كبريتيد الكادميوم الرقيقة المترسبة كهروكيميائيًا عن طريق التلدين في الأكسجين " . مواد الطاقة الشمسية والخلايا الشمسية . 50 ( 1-4 ): 147. doi : 10.1016/S0927-0248(97)00136-0 .
  15. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 4,086,101 للخلايا الكهروضوئية، جيه إف جوردان، سي إم لامبكين، تاريخ الإصدار: 25 أبريل 1978
  16. ↑ براءة اختراع أمريكية رقم 3,208,022 ، مقاومة ضوئية عالية الأداء، واي تي سيفونين، تاريخ الإصدار: 21 سبتمبر 1965
  17. ^ وانرويج، بي إتش بي؛ أغاروال، الولايات المتحدة؛ مولديجك، J .؛ كاستيرين، JMN فان؛ ليمسترا، بيجاي (2006). "استخلاص صبغة CdS من مخلفات البولي إيثيلين". مجلة علوم البوليمرات التطبيقية . 100 (2): 1024. بيب كود : 2006JAPS..100.1024W . دوى : 10.1002/app.22962 .
  18. 1 2 ماريو شيافيلو (1985) الكيمياء الضوئية الكهربائية، والتحفيز الضوئي، والمفاعلات الضوئية: الأساسيات والتطورات، سبرينغر، رقم ISBN 90-277-1946-2
  19. 1 2 3 د. لينكو، غاري هودز، الترسيب الكيميائي للمحاليل للأغشية شبه الموصلة وغير المعدنية: وقائع الندوة الدولية ، الجمعية الكهروكيميائية، 2006، ISBN 1-56677-433-0.
  20. 1 2 ويلز إيه إف (1984) الكيمياء اللاعضوية البنيوية، الطبعة الخامسة، منشورات أكسفورد للعلوم، رقم ISBN 0-19-855370-6
  21. ↑ أنطونيو لوكي ، ستيفن هيغيدوس، (2003)، دليل علوم وهندسة الخلايا الكهروضوئية ، جون وايلي وأولاده، ISBN 0-471-49196-9.
  22. ↑ رينولدز، د.؛ ليز، ج.؛ أنتيس، ل.؛ ماربرغر، ر. (1954). "التأثير الكهروضوئي في كبريتيد الكادميوم". مجلة Physical Review . 96 (2): 533. Bibcode : 1954PhRv...96..533R . doi : 10.1103/PhysRev.96.533 .
  23. ↑ سي. فواسييه، (1994)، التألق في موسوعة الكيمياء غير العضوية، جون وايلي وأولاده، ISBN 0-471-93620-0.
  24. ↑ مينكوس، ويلفريد (1965). "تأثير درجة الحرارة على التأثير الكهروحراري في كبريتيد الكادميوم". مجلة Physical Review . 138 (4A): A1277– A1287. Bibcode : 1965PhRv..138.1277M . doi : 10.1103/PhysRev.138.A1277 .
  25. ↑ سميث، رولاند (1957). "التألق الكهربائي في المجال المنخفض في بلورات عازلة من كبريتيد الكادميوم". مجلة Physical Review . 105 (3): 900. Bibcode : 1957PhRv..105..900S . doi : 10.1103/PhysRev.105.900 .
  26. ^ أكيموف، يو أ؛ بوروف، أأ؛ دروزبين ، يو أ ؛ كوفالينكو، فيرجينيا؛ كوزلوف، SE؛ كريوكوفا، الرابع؛ روديتشينكو، ج.ف. ستيبانوف، بي إم. ياكوفليف، فيرجينيا (1972). “KGP-2: ليزر كبريتيد الكادميوم ذو الشعاع الإلكتروني”. المجلة السوفيتية للإلكترونيات الكمومية . 2 (3): 284. بيب كود : 1972QuEle...2..284A . دوى : 10.1070/QE1972v002n03ABEH004443 .
  27. ↑ أغاروال، ريتيش؛ باريليه، كارل جيه؛ ليبر، تشارلز إم. (2005). "الانبعاث الليزري في تجاويف بصرية من أسلاك نانوية مفردة من كبريتيد الكادميوم". رسائل نانو . 5 (5): 917-920 . arXiv : cond-mat/0412144v1 . Bibcode : 2005NanoL...5..917A . doi : 10.1021/nl050440u . PMID: 15884894. S2CID : 651903 .  
  28. ↑ تشاو، هـ.؛ فرح، علوي؛ موريل، د.؛ فيريكيدس، س.س. (2009). "تأثير الشوائب على التطعيم وVOC للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة من CdTe /CDS". أغشية صلبة رقيقة . 517 (7): 2365-2369 . Bibcode : 2009TSF...517.2365Z . doi : 10.1016/j.tsf.2008.11.041 .
  29. ↑ وايمر، بول (1962). "ترانزستور الأغشية الرقيقة: ترانزستور جديد ذو أغشية رقيقة". وقائع معهد مهندسي الراديو . 50 (6): 1462-1469 . doi : 10.1109/JRPROC.1962.288190 . S2CID 51650159 . 
  30. ↑ تشانغ، جون (24 يناير 2013). "تبريد أشباه الموصلات بالليزر بمقدار 40 كلفن". مجلة نيتشر . 493 (7433): 504-508 . Bibcode : 2013Natur.493..504Z . doi : 10.1038/ nature11721 . PMID 23344360. S2CID 4426843 .  
  31. 1 2 آر. إم. كريستي 2001 كيمياء الألوان ، ص 155 الجمعية الملكية للكيمياء ISBN 0-85404-573-2
  32. ↑ كارل-هاينز شولت-شريبينغ، ماغنوس بيسكاتور "الكادميوم ومركبات الكادميوم" في موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية، 2007 وايلي-في سي إتش، فاينهايم. doi : 10.1002/14356007.a04_499 .
  33. ↑ سيدني بيركويتز، 1998، إمبراطورية النور: تاريخ الاكتشاف في العلوم والفنون، دار جوزيف هنري للنشر، رقم ISBN 0-309-06556-9
  34. ↑ دبليو. ستانلي تافت، جيمس دبليو. ماير، ريتشارد نيومان، بيتر كونيهولم، دوسان ستوليك (2000) علم اللوحات ، سبرينغر، ISBN 0-387-98722-3
  35. ↑ "مركز السيطرة على الأمراض والوقاية منها - كبريتيد الكادميوم - بطاقات السلامة الكيميائية الدولية - المعهد الوطني للسلامة والصحة المهنية" . 26 يونيو 2018. مؤرشف من الأصل في 2018-06-26.
  36. ↑ بيورنبرغ، أ. (سبتمبر 1963). "تفاعلات الضوء في الوشوم الصفراء الناتجة عن كبريتيد الكادميوم". أرشيف الأمراض الجلدية . 88 (3): 267-271 . doi : 10.1001/archderm.1963.01590210025003 . PMID 14043617 . 
  37. ^ “Sicherheitsdatenblatt” (PDF) . مؤرشفة من الأصلي (PDF) في 24 يوليو 2015.
  • معلومات عن كبريتيد الكادميوم (II) على موقع Webelements
  • دراسة الوكالة الدولية لأبحاث السرطان: "الكادميوم ومركبات الكادميوم" آخر دخول نوفمبر 2005.
  • بطاقة السلامة الكيميائية الدولية 0404
  • قائمة الملوثات الوطنية - الكادميوم ومركباته
  • الإنترنت الدفاعي | حول الدفاع | تقرير تجارب تشتيت كبريتيد الزنك والكادميوم من أكاديمية العلوم الطبية إلى كبير المستشارين العلميين بوزارة الدفاع حول تجارب تشتيت كبريتيد الزنك والكادميوم التي أجريت في المملكة المتحدة بين عامي 1953 و1964.