فوسفيد الزنك

📅 آخر تحديث: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٧ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

فوسفيد الزنك ( Zn₃P₂ ) مركب كيميائي غير عضوي . وهو مادة صلبة رمادية اللون ، على الرغم من أن العينات التجارية غالبًا ما تكون داكنة أو حتى سوداء. يُستخدم كمبيد للقوارض . [ 5 ] يُعد Zn₃P₂ شبه موصل من النوع II-V ذو فجوة نطاق طاقة مباشرة تبلغ 1.5 إلكترون فولت [ 6 ] ، وقد يكون له تطبيقات في الخلايا الكهروضوئية . [ 7 ] يوجد مركب آخر في نظام الزنك والفوسفور، وهو ثنائي فوسفيد الزنك ( ZnP₂ ) .

التخليق والتفاعلات

يمكن تحضير فوسفيد الزنك عن طريق تفاعل الزنك مع الفوسفور ؛ ومع ذلك، بالنسبة للتطبيقات الحساسة، قد تكون هناك حاجة إلى معالجة إضافية لإزالة مركبات الزرنيخ . [ 8 ]

6 Zn + P 4 → 2 Zn 3 P 2

تتضمن طريقة التحضير الأخرى تفاعل ثلاثي-ن-أوكتيل فوسفين مع ثنائي ميثيل الزنك . [ 9 ]

يتفاعل فوسفيد الزنك مع الماء لإنتاج الفوسفين شديد السمية (PH3 ) وهيدروكسيد الزنك (Zn(OH) 2 ):

Zn₃P₂ + 6H₂O → 2PH₃ + 3Zn ( OH ) ₂

بناء

يمتلك Zn3P2 شكلاً رباعي الأضلاع عند درجة حرارة الغرفة ، ويتحول إلى شكل مكعب عند حوالي 845 درجة مئوية. [ 10 ] في الشكل الموجود عند درجة حرارة الغرفة ، توجد ذرات فسفور منفصلة، ​​وذرات الزنك مرتبطة رباعياً، والفسفور مرتبط سداسياً، مع وجود ذرات الزنك عند 6 رؤوس مكعب مشوه. [ 11 ] 

يتشابه التركيب البلوري لفوسفيد الزنك إلى حد كبير مع تركيب زرنيخيد الكادميوم ( Cd₃As₂ )، وزرنيخيد الزنك (Zn₃As₂ ) ، وفوسفيد الكادميوم ( Cd₃P₂ ) . وتُظهر هذه المركبات، التي تنتمي إلى النظام الرباعي Zn-Cd-P-As، حالة محلول صلب متصل تمامًا. [ 12 ]

التطبيقات

الخلايا الكهروضوئية

يُعدّ فوسفيد الزنك خيارًا مثاليًا لتطبيقات الخلايا الكهروضوئية الرقيقة، نظرًا لامتصاصه الضوئي القوي وفجوة نطاقه المثالية تقريبًا (1.5 إلكترون فولت). إضافةً إلى ذلك، يتواجد كلٌّ من الزنك والفوسفور بوفرة في قشرة الأرض، مما يعني انخفاض تكلفة استخراج المواد مقارنةً بأنواع الخلايا الكهروضوئية الرقيقة الأخرى . كما أن الزنك والفوسفور غير سامّين، وهو ما لا ينطبق على أنواع الخلايا الكهروضوئية الرقيقة التجارية الشائعة الأخرى، مثل تيلوريد الكادميوم . [ 13 ]

كان باحثون في جامعة ألبرتا أول من نجح في تصنيع فوسفيد الزنك الغرواني. قبل ذلك، تمكن الباحثون من إنتاج خلايا شمسية فعالة من فوسفيد الزنك الخام، لكن تصنيعها تطلب درجات حرارة أعلى من 850 درجة مئوية أو طرق ترسيب فراغي معقدة. في المقابل، تسمح جزيئات  فوسفيد الزنك النانوية الغروانية ، الموجودة في "حبر" فوسفيد الزنك، بإنتاج واسع النطاق بسهولة وبتكلفة منخفضة، عن طريق طلاء القالب ذي الفتحة أو الطلاء بالرش. [ 14 ]

لا يزال اختبار وتطوير أغشية فوسفيد الزنك الرقيقة في مراحله الأولى، إلا أن النتائج الأولية كانت إيجابية. فقد أظهرت نماذج أولية لأجهزة الوصلات غير المتجانسة المصنعة من حبر جسيمات فوسفيد الزنك النانوية نسبة تقويم تبلغ 600 وحساسية ضوئية بنسبة تشغيل/إيقاف تقارب 100. وتُعد هاتان القيمتان معيارين مقبولين لملاءمة الخلايا الشمسية. ولا يزال هناك حاجة إلى تطوير لتحسين تكوين حبر الجسيمات النانوية وبنية الجهاز قبل إمكانية التسويق التجاري، ولكن من المتوقع أن تصبح خلايا فوسفيد الزنك الشمسية التجارية المرشوشة ممكنة في غضون عشر سنوات. [ 15 ]

مكافحة الآفات

مبيد للقوارض

استُخدمت فوسفيدات المعادن كمبيدات للقوارض . يُترك خليط من الطعام وفوسفيد الزنك في مكان يسهل على القوارض تناوله. يتفاعل الحمض الموجود في الجهاز الهضمي للقوارض مع الفوسفيد مُنتجًا غاز الفوسفين السام . قد يكون لهذه الطريقة في مكافحة الآفات استخدام في المناطق التي تتمتع فيها القوارض بمناعة ضد السموم الشائعة الأخرى. ومن المبيدات الأخرى المشابهة لفوسفيد الزنك فوسفيد الألومنيوم وفوسفيد الكالسيوم .

Zn 3 P 2 + 6H + → 3Zn ++ + PH 3 ↑ [ 16 ]

يُضاف فوسفيد الزنك عادةً إلى طعوم القوارض بنسبة تتراوح بين 0.75% و2%. تتميز هذه الطعوم برائحة قوية نفاذة تشبه رائحة الثوم ، وهي سمة مميزة للفوسفين الناتج عن التحلل المائي . [ 16 ] تجذب هذه الرائحة القوارض، لكنها تُسبب نفورًا للحيوانات الأخرى. يجب أن تحتوي الطعوم على كمية كافية من فوسفيد الزنك ضمن غذاء جذاب بما يكفي لقتل القوارض بجرعة واحدة؛ إذ قد تُسبب جرعة غير قاتلة نفورًا من طعوم فوسفيد الزنك التي قد تصادفها القوارض الناجية في المستقبل.

يأتي فوسفيد الزنك المستخدم في مبيدات القوارض عادةً على شكل مسحوق أسود يحتوي على 75% من فوسفيد الزنك و25% من طرطرات البوتاسيوم والأنتيمون ، وهي مادة مقيئة تسبب التقيؤ في حال ابتلاعها عن طريق الخطأ من قبل البشر أو الحيوانات الأليفة. ومع ذلك، فهو فعال ضد الجرذان والفئران وخنازير غينيا والأرانب، التي لا تمتلك أي منها رد فعل التقيؤ. [ 17 ]

مكافحة الآفات في نيوزيلندا

وافقت هيئة حماية البيئة النيوزيلندية على استيراد وتصنيع معجون فوسفيد الزنك المغلف مجهريًا (معجون MZP) لمكافحة حيوانات الأبوسوم أرضيًا . وقدّمت شركة بيست تك المحدودة الطلب بدعم من شركة كونوفايشن المحدودة، وجامعة لينكولن ، ومجلس صحة الحيوان . وسيُستخدم هذا المعجون كسمّ إضافي للفقاريات في حالات معينة. وعلى عكس سمّ 1080 ، لا يُمكن استخدامه في الرش الجوي. [ 18 ]

أمان

يُعدّ فوسفيد الزنك مادة شديدة السمية، خاصةً عند ابتلاعه أو استنشاقه. ويعود سبب سميته إلى إطلاقه مركبات الفوسفور، وخاصةً الفوسفين ، عند تفاعله مع الماء والأحماض. الفوسفين مادة سامة للغاية، وقابلة للاشتعال التلقائي عند وجود كميات ضئيلة منه ( P₂H₄ ) . كما أن كثافة الفوسفين أعلى من كثافة الهواء، وقد يبقى قريباً من سطح الأرض في حال عدم وجود تهوية كافية .

مراجع

  1. ↑ ليد، ديفيد ر. (1998). دليل الكيمياء والفيزياء (الطبعة 87 ). بوكا راتون، فلوريدا: مطبعة سي آر سي. الصفحات 4-100 . ISBN   0-8493-0594-2.
  2. ١ ٢ ٣ ٤ ٥ "صحيفة بيانات السلامة من ThermoFisher Scientific" . fishersci.com . Thermo Fisher Scientific. ٢٠٢٠-٠٢-٢١ . تم الاطلاع عليه بتاريخ ٢٠٢٠-١١-٠٢ .
  3. ↑ تينغ، ف.؛ هو، ك.؛ أويانغ، و.؛ فانغ، ش. (2018). "كاشفات كهروضوئية تعتمد على مواد أشباه موصلات غير عضوية من النوع p". مواد متقدمة . 30 (35) 1706262. Bibcode : 2018AdM....3006262T . doi : 10.1002/adma.201706262 . PMID 29888448. S2CID 47016453 .  
  4. ↑ زانين، إي إي؛ ألينيكوفا، كيه بي؛ أفاناسييف، إم إم؛ أنتيبين، إم يو. ( 2004). "بنية Zn3P2 " . مجلة الكيمياء البنيوية . 45 (5): 844-848 . doi : 10.1007/s10947-005-0067-9 . S2CID 101460207 . 
  5. ↑ بيترمان، ج.؛ كراوس، و.؛ ريس، ج.؛ هوفمان، ت. (2002). "مركبات الفوسفور، غير العضوية". موسوعة أولمان للكيمياء الصناعية . فاينهايم: وايلي-في سي إتش. doi : 10.1002/14356007.a19_527 . ISBN 3-527-30673-0.
  6. ↑ كيمبال، غريغوري م.؛ مولر، أستريد م.؛ لويس، ناثان س.؛ أتووتر، هاري أ. (2009). " قياسات فجوة الطاقة وطول الانتشار لـ Zn₃P₂ باستخدام التألق الضوئي " ( ملف PDF ) . رسائل الفيزياء التطبيقية . 95 ( 11 ) : 112103. Bibcode : 2009ApPhL..95k2103K . doi : 10.1063/1.3225151 . ISSN 0003-6951 . 
  7. ↑ تقارير دورية متخصصة، الكيمياء الضوئية، 1981، الجمعية الملكية للكيمياء، رقم ISBN 9780851860954
  8. ↑ F. Wagenknecht و R. Juza "Zinc Phosphides" في كتيب الكيمياء اللاعضوية التحضيرية، الطبعة الثانية. حرره G. Brauer، دار النشر الأكاديمية، 1963، نيويورك. المجلد 1. ص 1080-1.
  9. ↑ لوبر، إريك جيه؛ مبارك، محمد حسني؛ بورياك، جيليان إم. (2013). "بلورات نانوية شبه موصلة غروانية من فوسفيد الزنك (α-Zn3P2) مُعالجة بالمحلول لتطبيقات الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة". ACS Nano . 7 (9): 8136–8146 . doi : 10.1021/nn4034234 . ISSN 1936-0851 . PMID 23952612 .  
  10. ↑ إيفجيني إي. يو. تونكوف، 1992، تحولات الطور تحت الضغط العالي: دليل، المجلد 2، دار نشر جوردون وبريتش للعلوم، رقم ISBN 9782881247590
  11. ↑ ويلز، أ. ف. (1984) الكيمياء اللاعضوية البنيوية، الطبعة الخامسة، منشورات أكسفورد للعلوم، رقم ISBN 0-19-855370-6
  12. ↑ تروخان، ف.م.؛ إيزوتوف، أ.د.؛ شوكافايا، ت.ف. (2014). "مركبات ومحاليل صلبة لنظام الزنك-كادميوم-فوسفور-زرنيخ في إلكترونيات أشباه الموصلات". المواد غير العضوية . 50 (9): 868-873 . doi : 10.1134/S0020168514090143 . S2CID 94409384 . 
  13. ↑ لوبر، إريك ج. (2013). "بلورات نانوية شبه موصلة غروانية من فوسفيد الزنك (α-Zn3P2) مُعالجة بالمحلول لتطبيقات الخلايا الكهروضوئية ذات الأغشية الرقيقة". ACS Nano . 7 (9): 8136–8146 . doi : 10.1021/nn4034234 . PMID 23952612 . 
  14. ↑ "فوسفيد الزنك الغرواني للخلايا الكهروضوئية - nanotechweb.org" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 16-09-2013.
  15. ↑ "الرئيسية" .
  16. 1 2 "صحيفة حقائق فنية عن فوسفيد الزنك" . npic.orst.edu .
  17. ↑ "لماذا لا تستطيع الفئران التقيؤ؟" . Ratbehavior.org . تم الاطلاع عليه بتاريخ 17 أغسطس 2013 .
  18. ↑ هيئة إدارة المخاطر البيئية في نيوزيلندا. "الموافقة على مبيد فوسفيد الزنك للآفات مع ضوابط" . تم الاطلاع عليه بتاريخ 14 أغسطس 2011 .