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Sulfuro de cadmio

Agosto 16, 2021

Sulfuro de cadmio es un compuesto inorgánico compuesto de azufre y cadmio cuya fórmula es CdS. Se presenta en la forma de un sólido amarillo.[2]​ Se encuentra en la naturaleza con dos estructuras cristálinas diferentes en los minerales raros: greenockita y hawleyita. Pero es más frecuente encontrarlo como una impureza en el zinc; así su extracción es más económica a partir de las menas de esfalerita y wurtzita. Como compuesto es fácil aislarlo y purificarlo, por tanto, es la principal fuente de cadmio para las aplicaciones comerciales.[2]​ Su color amarillo vívido dio lugar a su adopción como pigmento para la pintura conocido como "amarillo cadmio" y comenzó a emplearse en el siglo XVIII.

 
Sulfuro de cadmio
Fórmula molecular ?
Identificadores
Número CAS 1306-23-6[1]​
Número RTECS EV3150000
ChEBI 50833
ChemSpider 7969586
PubChem 14783
UNII 057EZR4Z7Q
[editar datos en Wikidata]

Producción

El sulfuro de cadmio puede prepararse por la precipitación de las sales solubles de cadmio (II) con el ion sulfuro. Esta reacción ha sido utilizada en análisis gravimétrico y análisis inorgánico cualitativo.[3]​

La ruta preparatoria y el tratamiento subsiguiente del producto, afecta su forma polimórfica (forma cúbica o hexagonal). El uso de métodos de precipitación química proporciona formas en el sistema cristálino cúbico.[4]​

La producción del pigmentos de cadmio normalmente implica la precipitación del CdS, después el lavando del sólido precipitado y un proceso de calcinación para convertirlo a su forma cristalina hexagonal, a continuación se realiza una molienda para producirlo en forma de polvo. Cuándo junto al sulfuro de cadmio precipita sulfuro de selenio (CdSe) se forma sulfoselenuro de cadmio (CdSSe) durante el proceso de calcinación.[5]​

El sulfuro de cadmio se asocia en ocasiones con sulfato para reducir bacterias.[6]​[7]​

Obtención de películas delgadas de CdS

Se emplean métodos especiales para obtener películas de CdS empleadas en algunos componentes como fotoresistores y celdas solares. En el método de deposición química se preparan películas delgadas de CdS utilizando tiourea como fuente de aniones sulfuro y una solución buffer de amonio para controlar el pH:[8]​

Cd2+ + H2O + (NH2)2CS + 2 NH3 → CdS + (NH2)2CO + 2 NH4+

También puede producirse mediante depósito de vapor mediante procesos químicos organometálicos y/o técnicas MOCVD.[9]​ Este proceso emplea como precursores azufre y cadmio volátiles. Un ejemplo común es la reacción de dimetilcadmio con dietil sulfuro:[9]​

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

Se conocen otros métodos como:

Otros métodos para producir películas de CdS incluir

Reacciones

El sulfuro de cadmio es soluble en ácidos y esa conversión ha sido investigada como método para extraer el pigmento en residuos de polímeros p. ej. de tubos HDPE:[17]​

CdS + 2 HCl → CdCl2 + H2S

A partir de soluciones con partículas de CdS dispersadas a las que se añade hidrógeno:[18]​

H2S → H2 + S ΔHf = +9.4 kcal/mol

El mecanismo propuesto implica los pares de electrones/agujeros creados cuándo el sulfuro de cadmio absorbe luz incidente y se producen las reacciones con el agua y sulfuro:[19]​[18]​

Producción de un par electrón/agujero
CdS + hν → e− + Agujero+
Reacción de electrón
2e− + 2H2O → H2 + 2OH−
Reacción de agujero
2agujero+ + S2− → S

Estructura y propiedades físicas

Al igual que el sulfuro de cinc dispone de dos formas cristalinas.La más estable es la estructura hexagonal, que se encuentra en la greenockita, y además se presenta en el sistema cristalino cúbico, que se encuentra en el mineral Hawleyite. En ambas formas los átomos de cadmio y azufre están en cuatro coordenadas.[20]​ También existe una estructura con el NaCl en forma de roca de sal producida a altas presiones.[20]​

Es un semiconductor de brecha energética directa (gap 2.42 eV).[19]​ La magnitud de su gap de banda significa que aparece coloreado.[2]​

De ese modo tiene otras propiedades:

  • La conductividad aumenta cuándo es iluminado (lo que permite su uso como Fotorresistor).[19]​
  • Cuándo se combina con un semiconductor de tipo p forma el núcleo de un celda solar, la combinación CdS/Cu2S fue una de las primeras celdas eficaces conocidas (1954).[21]​[22]​
  • Cuándo es dopado con Cu+ ("activador") y Al3+ ("coactivator") el CdS presenta luminiscencia bajo excitación por rayos catódicos (catodoluminiscencia).[23]​
  • Ambas formas polimorfas son piezoeléctricos y la forma hexagonal es también piroelectrica.[24]​
  • Electroluminiscencia[25]​
  • El cristal de CdS puede actuar como láser de estado sólido.[26]​[27]​
  • En forma de película delgada, el CdS puede combinarse con otras capas para ser utilizado en ciertos tipos de celdas solares.[28]​ Fue también uno de los primeros materiales semiconductores utilizados en transistores de película delgada (TFTs por sus siglas en inglés).[29]​ Aunque el interés de estos TFTs ha decaído en su uso tras la aparición de la tecnología de silicio amorfo a finales de los años setenta.

Aplicaciones

Pigmento

 
Pigmento amarillo cadmio

Los pigmentos de cadmio basados en sulfuro de cadmio son muy valorados por su buena estabilidad térmica y ante la luz, su resistencia química y su gran opacidad.[5]​ Como pigmento, el CdS es conocido como el amarillo cadmio.[2]​ (CI pigmento amarillo 37) Se producen aproximadamente unas 2000 toneladas anuales desde 1982, representando aproximadamente el 25% del cadmio procesado comercialmente.[30]​[31]​ También se usa como pigmento en plásticos.[5]​

Uso histórico en arte

Se dispone de modo comercial del sulfuro de cadmio desde 1840, lo que permitió su uso por artistas como Van Gogh, Monet (en su serie de Londres y otros trabajos) o Matisse (Bañistas en el río 1916–1919).[32]​ La presencia del cadmio en pinturas permite afirmar que ha sido producido con posterioridad al siglo XIX, lo que permite detectar falsificaciones en pinturas datadas con anterioridad.[33]​

Soluciones CdS-CdSe

El CdS y el CdSe se encuentra en forma de soluciones sólidas. Si se dispone de cantidades crecientes del componente cadmio-selenio se obtienen pigmentos que tornan hacia los rojos, por ejemplo CI naranja de pigmento 20 y CI rojo de pigmento 108.[30]​

Seguridad

El sulfuro de cadmio es tóxico, especialmente cuándo es inhalado como polvo, y en general los compuestos del cadmio están clasificados como carcinógenos.[34]​ Se conocen problemas de biocompatibilidad cuando el CdS se utiliza como color en los tatuajes.[35]​

Referencias

  1. Número CAS
  2. ↑ Egon Wiberg, Arnold Frederick Holleman (2001). Química inorgánica (en inglés). Elsevier. ISBN 0-12-352651-5. Consultado el 4 de noviembre de 2016. 
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Enlaces externos

  • Sulfuro de Cadmio(II) en Webelements (en inglés)
  • (en inglés)
  •   Datos: Q179619
  •   Multimedia: Cadmium sulfide

Agosto 16, 2021
sulfuro, cadmio, compuesto, inorgánico, compuesto, azufre, cadmio, cuya, fórmula, presenta, forma, sólido, amarillo, encuentra, naturaleza, estructuras, cristálinas, diferentes, minerales, raros, greenockita, hawleyita, pero, más, frecuente, encontrarlo, como,. Sulfuro de cadmio es un compuesto inorganico compuesto de azufre y cadmio cuya formula es CdS Se presenta en la forma de un solido amarillo 2 Se encuentra en la naturaleza con dos estructuras cristalinas diferentes en los minerales raros greenockita y hawleyita Pero es mas frecuente encontrarlo como una impureza en el zinc asi su extraccion es mas economica a partir de las menas de esfalerita y wurtzita Como compuesto es facil aislarlo y purificarlo por tanto es la principal fuente de cadmio para las aplicaciones comerciales 2 Su color amarillo vivido dio lugar a su adopcion como pigmento para la pintura conocido como amarillo cadmio y comenzo a emplearse en el siglo XVIII Sulfuro de cadmioFormula molecular IdentificadoresNumero CAS1306 23 6 1 Numero RTECSEV3150000ChEBI50833ChemSpider7969586PubChem14783UNII057EZR4Z7QInChIInChI InChI 1S Cd S Key CJOBVZJTOIVNNF UHFFFAOYSA N 22 FRLJSGOEGLARCA UHFFFAOYSA N CJOBVZJTOIVNNF UHFFFAOYSA N editar datos en Wikidata Indice 1 Produccion 1 1 Obtencion de peliculas delgadas de CdS 2 Reacciones 3 Estructura y propiedades fisicas 4 Aplicaciones 4 1 Pigmento 4 2 Uso historico en arte 4 3 Soluciones CdS CdSe 5 Seguridad 6 Referencias 7 Enlaces externosProduccion EditarEl sulfuro de cadmio puede prepararse por la precipitacion de las sales solubles de cadmio II con el ion sulfuro Esta reaccion ha sido utilizada en analisis gravimetrico y analisis inorganico cualitativo 3 La ruta preparatoria y el tratamiento subsiguiente del producto afecta su forma polimorfica forma cubica o hexagonal El uso de metodos de precipitacion quimica proporciona formas en el sistema cristalino cubico 4 La produccion del pigmentos de cadmio normalmente implica la precipitacion del CdS despues el lavando del solido precipitado y un proceso de calcinacion para convertirlo a su forma cristalina hexagonal a continuacion se realiza una molienda para producirlo en forma de polvo Cuando junto al sulfuro de cadmio precipita sulfuro de selenio CdSe se forma sulfoselenuro de cadmio CdSSe durante el proceso de calcinacion 5 El sulfuro de cadmio se asocia en ocasiones con sulfato para reducir bacterias 6 7 Obtencion de peliculas delgadas de CdS Editar Se emplean metodos especiales para obtener peliculas de CdS empleadas en algunos componentes como fotoresistores y celdas solares En el metodo de deposicion quimica se preparan peliculas delgadas de CdS utilizando tiourea como fuente de aniones sulfuro y una solucion buffer de amonio para controlar el pH 8 Cd2 H2O NH2 2CS 2 NH3 CdS NH2 2CO 2 NH4 Tambien puede producirse mediante deposito de vapor mediante procesos quimicos organometalicos y o tecnicas MOCVD 9 Este proceso emplea como precursores azufre y cadmio volatiles Un ejemplo comun es la reaccion de dimetilcadmio con dietil sulfuro 9 Cd CH3 2 Et2S CdS CH3CH3 C4H10Se conocen otros metodos como Otros metodos para producir peliculas de CdS incluir Sol gel 10 Pulverizacion catodica 11 Bano quimico 12 Deposito electroquimico 13 SILAR 14 Pulverizacion con precursor de sales de cadmio compuesto de azufre y un dopante 15 Serigrafia que utiliza un estiercol liquido que contiene CdS dispersado 16 Reacciones EditarEl sulfuro de cadmio es soluble en acidos y esa conversion ha sido investigada como metodo para extraer el pigmento en residuos de polimeros p ej de tubos HDPE 17 CdS 2 HCl CdCl2 H2SA partir de soluciones con particulas de CdS dispersadas a las que se anade hidrogeno 18 H2S H2 S DHf 9 4 kcal molEl mecanismo propuesto implica los pares de electrones agujeros creados cuando el sulfuro de cadmio absorbe luz incidente y se producen las reacciones con el agua y sulfuro 19 18 Produccion de un par electron agujeroCdS hn e Agujero dd Reaccion de electron2e 2H2O H2 2OH dd Reaccion de agujero2agujero S2 S dd Estructura y propiedades fisicas EditarAl igual que el sulfuro de cinc dispone de dos formas cristalinas La mas estable es la estructura hexagonal que se encuentra en la greenockita y ademas se presenta en el sistema cristalino cubico que se encuentra en el mineral Hawleyite En ambas formas los atomos de cadmio y azufre estan en cuatro coordenadas 20 Tambien existe una estructura con el NaCl en forma de roca de sal producida a altas presiones 20 Es un semiconductor de brecha energetica directa gap 2 42 eV 19 La magnitud de su gap de banda significa que aparece coloreado 2 De ese modo tiene otras propiedades La conductividad aumenta cuando es iluminado lo que permite su uso como Fotorresistor 19 Cuando se combina con un semiconductor de tipo p forma el nucleo de un celda solar la combinacion CdS Cu2S fue una de las primeras celdas eficaces conocidas 1954 21 22 Cuando es dopado con Cu activador y Al3 coactivator el CdS presenta luminiscencia bajo excitacion por rayos catodicos catodoluminiscencia 23 Ambas formas polimorfas son piezoelectricos y la forma hexagonal es tambien piroelectrica 24 Electroluminiscencia 25 El cristal de CdS puede actuar como laser de estado solido 26 27 En forma de pelicula delgada el CdS puede combinarse con otras capas para ser utilizado en ciertos tipos de celdas solares 28 Fue tambien uno de los primeros materiales semiconductores utilizados en transistores de pelicula delgada TFTs por sus siglas en ingles 29 Aunque el interes de estos TFTs ha decaido en su uso tras la aparicion de la tecnologia de silicio amorfo a finales de los anos setenta Aplicaciones EditarPigmento Editar Pigmento amarillo cadmio Los pigmentos de cadmio basados en sulfuro de cadmio son muy valorados por su buena estabilidad termica y ante la luz su resistencia quimica y su gran opacidad 5 Como pigmento el CdS es conocido como el amarillo cadmio 2 CI pigmento amarillo 37 Se producen aproximadamente unas 2000 toneladas anuales desde 1982 representando aproximadamente el 25 del cadmio procesado comercialmente 30 31 Tambien se usa como pigmento en plasticos 5 Uso historico en arte Editar Se dispone de modo comercial del sulfuro de cadmio desde 1840 lo que permitio su uso por artistas como Van Gogh Monet en su serie de Londres y otros trabajos o Matisse Banistas en el rio 1916 1919 32 La presencia del cadmio en pinturas permite afirmar que ha sido producido con posterioridad al siglo XIX lo que permite detectar falsificaciones en pinturas datadas con anterioridad 33 Soluciones CdS CdSe Editar El CdS y el CdSe se encuentra en forma de soluciones solidas Si se dispone de cantidades crecientes del componente cadmio selenio se obtienen pigmentos que tornan hacia los rojos por ejemplo CI naranja de pigmento 20 y CI rojo de pigmento 108 30 Seguridad EditarEl sulfuro de cadmio es toxico especialmente cuando es inhalado como polvo y en general los compuestos del cadmio estan clasificados como carcinogenos 34 Se conocen problemas de biocompatibilidad cuando el CdS se utiliza como color en los tatuajes 35 Referencias Editar Numero CAS a b c d Egon Wiberg Arnold Frederick Holleman 2001 Quimica inorganica en ingles Elsevier ISBN 0 12 352651 5 Consultado el 4 de noviembre de 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