สังกะสีออกไซด์ (ZNO): โครงสร้างคุณสมบัติการใช้ความเสี่ยง - เคมี - 2026

สังกะสีออกไซด์เป็นสารอนินทรีที่มีสูตรทางเคมี ZnO ประกอบด้วย Zn ²⁺และ O ^2-ไอออนในอัตราส่วน 1: 1 เท่านั้น อย่างไรก็ตามโครงตาข่ายผลึกของมันสามารถนำเสนอ O ^2-ว่างซึ่งก่อให้เกิดข้อบกพร่องของโครงสร้างที่สามารถเปลี่ยนสีของผลึกสังเคราะห์ได้

ได้มาในเชิงพาณิชย์เป็นของแข็งสีขาวแป้ง (ภาพล่าง) ซึ่งผลิตโดยตรงจากการออกซิเดชั่นของโลหะสังกะสีโดยกระบวนการฝรั่งเศส หรือทำให้แร่สังกะสีถูกลดความร้อนด้วยคาร์โบไฮเดรตในลักษณะที่ไอระเหยของมันออกซิไดซ์และทำให้แข็งตัว

ดูแก้วด้วยสังกะสีออกไซด์ ที่มา: Adam Rędzikowski

วิธีอื่น ๆ ในการเตรียม ZnO ประกอบด้วยการตกตะกอนไฮดรอกไซด์ Zn (OH) ₂จากสารละลายเกลือสังกะสีในน้ำ ในทำนองเดียวกันฟิล์มบางหรืออนุภาคนาโนที่แตกต่างกันทางสัณฐานวิทยาของ ZnO สามารถสังเคราะห์ได้ด้วยเทคนิคที่ซับซ้อนกว่าเช่นการสะสมทางเคมีของไอระเหย

โลหะออกไซด์นี้พบได้ในธรรมชาติเช่นเดียวกับแร่ซิงก์ไนต์ซึ่งผลึกมักมีสีเหลืองหรือสีส้มเนื่องจากสิ่งเจือปนของโลหะ ผลึก ZnO มีลักษณะเป็นเพียโซอิเล็กทริกเทอร์โมโครมิกเรืองแสงขั้วและยังมีแถบพลังงานที่กว้างมากในคุณสมบัติเซมิคอนดักเตอร์

โครงสร้างเป็น isomorphic สังกะสีซัลไฟด์ ZnS ใช้ผลึกหกเหลี่ยมและลูกบาศก์คล้ายกับ wurzite และ blende ตามลำดับ ในสิ่งเหล่านี้มีอักขระโควาเลนต์บางตัวในปฏิสัมพันธ์ระหว่าง Zn ²⁺และ O ^2-ซึ่งทำให้มีการกระจายประจุที่แตกต่างกันในคริสตัล ZnO

การศึกษาคุณสมบัติและการใช้ ZnO ขยายไปถึงสาขาฟิสิกส์อิเล็กทรอนิกส์และชีวการแพทย์ การใช้งานในชีวิตประจำวันที่ง่ายและเรียบง่ายที่สุดไม่มีใครสังเกตเห็นในส่วนประกอบของครีมบำรุงผิวหน้าและผลิตภัณฑ์เพื่อสุขอนามัยส่วนบุคคลรวมถึงครีมกันแดด

โครงสร้าง

โพลีมอร์ฟ

ZnO ตกผลึกภายใต้สภาวะความดันและอุณหภูมิปกติในโครงสร้าง wurzite หกเหลี่ยม ในโครงสร้างนี้ Zn ²⁺และ O ^2-ไอออนจะถูกจัดเรียงในชั้นที่สลับกันในลักษณะที่แต่ละอันล้อมรอบด้วยจัตุรมุขโดยมี ZnO ₄หรือ OZn ₄ตามลำดับ

นอกจากนี้การใช้ "แม่แบบ" หรือการรองรับลูกบาศก์ ZnO สามารถทำให้ตกผลึกเป็นโครงสร้างผสมสังกะสีลูกบาศก์ ซึ่งเช่นเดียวกับ wurzite สอดคล้องกับโครงสร้าง isomorphic (เหมือนกันในอวกาศ แต่มีไอออนต่างกัน) ของสังกะสีซัลไฟด์ ZnS

นอกจากโครงสร้างทั้งสองนี้ (wurzite และ blende) แล้ว ZnO ภายใต้แรงกดดันสูง (ประมาณ 10 GPa) จะตกผลึกในโครงสร้างเกลือสินเธาว์เช่นเดียวกับ NaCl

การโต้ตอบ

ปฏิสัมพันธ์ระหว่าง Zn ²⁺และ O ^2-แสดงลักษณะบางอย่างของความแปรปรวนร่วมซึ่งมีพันธะโคเวเลนต์ Zn-O บางส่วน (ทั้งสองอะตอมที่มีการผสมพันธุ์ sp ³ ) และเนื่องจากการบิดเบือนของ tetrahedra พวกมันจึงแสดงออกมาชั่วขณะ ไดโพลที่เพิ่มความดึงดูดไอออนิกของผลึก ZnO

โครงสร้าง Blende (ซ้าย) และ wurzite (ขวา) ของ ZnO ที่มา: Gabriel Bolívar

คุณมีภาพด้านบนเพื่อให้เห็นภาพของ tetrahedra ที่กล่าวถึงสำหรับโครงสร้าง ZnO

ความแตกต่างระหว่างโครงสร้างเบลนดาและโครงสร้าง wurzite ยังอยู่ที่สิ่งที่เห็นจากด้านบนอิออนจะไม่ถูกบดบัง ตัวอย่างเช่นใน wurzite จะเห็นทรงกลมสีขาว (Zn ²⁺ ) อยู่เหนือทรงกลมสีแดง (O ^2- ) ในทางกลับกันในโครงสร้างลูกบาศก์ผสมไม่เป็นเช่นนั้นเพราะมีสามชั้น: A, B และ C แทนที่จะเป็นเพียงสองชั้น

สัณฐานวิทยาของอนุภาคนาโน

แม้ว่าคริสตัล ZnO มักจะมีโครงสร้าง wurzite หกเหลี่ยมสัณฐานวิทยาของอนุภาคนาโนก็เป็นอีกเรื่องหนึ่ง ขึ้นอยู่กับพารามิเตอร์และวิธีการสังเคราะห์สิ่งเหล่านี้อาจมีหลายรูปแบบเช่นแท่งจานใบไม้ทรงกลมดอกไม้เข็มขัดเข็มและอื่น ๆ

คุณสมบัติ

ลักษณะทางกายภาพ

ไม่มีกลิ่นแป้งสีขาวมีรสขม ในธรรมชาติสามารถพบการตกผลึกโดยมีสิ่งเจือปนที่เป็นโลหะเช่นแร่สังกะสี หากผลึกดังกล่าวเป็นสีขาวแสดงว่ามีอุณหภูมิสูงซึ่งหมายความว่าเมื่อได้รับความร้อนจะเปลี่ยนสีจากสีขาวเป็นสีเหลือง

ในทำนองเดียวกันผลึกสังเคราะห์ของมันสามารถมีสีแดงหรือสีเขียวขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของออกซิเจนทางเคมี กล่าวอีกนัยหนึ่งช่องว่างหรือตำแหน่งว่างที่เกิดจากการขาด O ^2-แอนไอออนส่งผลโดยตรงต่อวิธีที่แสงมีปฏิสัมพันธ์กับเครือข่ายไอออนิก

มวลโมลาร์

81.406 ก. / โมล

จุดหลอมเหลว

1974 องศาเซลเซียส ที่อุณหภูมินี้จะผ่านการสลายตัวทางความร้อนโดยปล่อยไอระเหยสังกะสีและออกซิเจนระดับโมเลกุลหรือก๊าซ

ความหนาแน่น

5.1 ก. / ซม. ³

ความสามารถในการละลายน้ำ

ZnO ไม่ละลายในน้ำแทบจะไม่ก่อให้เกิดสารละลายที่มีความเข้มข้น 0.0004% ที่ 18 ºC

Amphotericism

ZnO สามารถทำปฏิกิริยากับทั้งกรดและเบส เมื่อทำปฏิกิริยากับกรดในสารละลายที่เพิ่มขึ้นสามารถในการละลายของตนโดยการขึ้นรูปเกลือละลายน้ำที่ Zn ²⁺ปลายขึ้น complexing กับโมเลกุลของน้ำ: 2+ ตัวอย่างเช่นมันทำปฏิกิริยากับกรดซัลฟิวริกเพื่อผลิตสังกะสีซัลเฟต:

ZnO + H ₂ SO ₄ → ZnSO ₄ + H ₂ O

ในทำนองเดียวกันมันทำปฏิกิริยากับกรดไขมันเพื่อสร้างเกลือตามลำดับเช่นสังกะสีสเตียเรตและปาล์มมิเตต

และเมื่อทำปฏิกิริยากับฐานต่อหน้าน้ำเกลือสังกะสีจะเกิดขึ้น:

ZnO + 2NaOH + H ₂ O →นา₂

ความจุความร้อน

40.3 J / K โมล

ช่องว่างพลังงานโดยตรง

3.3 eV ค่านี้ทำให้เป็นเซมิคอนดักเตอร์แบบบรอดแบนด์ที่สามารถทำงานภายใต้สนามไฟฟ้าที่รุนแรง นอกจากนี้ยังมีลักษณะของการเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด n ซึ่งยังไม่สามารถอธิบายเหตุผลว่าทำไมจึงมีอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นในโครงสร้าง

ออกไซด์นี้มีความโดดเด่นด้วยคุณสมบัติทางแสงอะคูสติกและอิเล็กทรอนิกส์ซึ่งถือว่าเป็นตัวเลือกสำหรับการใช้งานที่มีศักยภาพที่เกี่ยวข้องกับการพัฒนาอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ (เซ็นเซอร์ไดโอดเลเซอร์เซลล์โฟโตโวลเทอิก) เหตุผลสำหรับคุณสมบัติดังกล่าวอยู่นอกเหนือขอบเขตของฟิสิกส์

การประยุกต์ใช้งาน

ยา

ซิงค์ออกไซด์ถูกนำมาใช้เป็นสารเติมแต่งในครีมสีขาวหลายชนิดเพื่อรักษาอาการระคายเคืองผิวหนังอักเสบผิวหนังอักเสบรอยถลอกและรอยแตก ในบริเวณนี้นิยมใช้เพื่อบรรเทาอาการระคายเคืองที่เกิดจากผ้าอ้อมที่ผิวหนังของทารก

ในทำนองเดียวกันมันเป็นส่วนประกอบของครีมกันแดดเนื่องจาก TiO ₂ร่วมกับอนุภาคนาโนของไทเทเนียมไดออกไซด์ TiO ₂จะช่วยป้องกันรังสีอัลตราไวโอเลตของดวงอาทิตย์ในทำนองเดียวกันมันทำหน้าที่เป็นสารเพิ่มความหนาซึ่งเป็นสาเหตุที่พบได้ในการแต่งหน้าบางชนิด โลชั่นเคลือบผงและสบู่

ในทางกลับกัน ZnO เป็นแหล่งของสังกะสีที่ใช้ในผลิตภัณฑ์เสริมอาหารและผลิตภัณฑ์วิตามินรวมทั้งในธัญพืช

ต้านเชื้อแบคทีเรีย

ตามสัณฐานวิทยาของอนุภาคนาโน ZnO สามารถทำงานภายใต้รังสีอัลตราไวโอเลตเพื่อสร้างไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์หรือชนิดปฏิกิริยาที่ทำให้เยื่อหุ้มเซลล์ของจุลินทรีย์อ่อนแอลง

เมื่อสิ่งนี้เกิดขึ้นอนุภาคนาโน ZnO ที่เหลือจะร่องไซโตพลาสซึมและเริ่มมีปฏิกิริยากับสารชีวโมเลกุลที่ประกอบกันเป็นเซลล์ส่งผลให้เกิดการตายของเซลล์

นั่นคือเหตุผลที่ไม่สามารถใช้อนุภาคนาโนทั้งหมดในส่วนประกอบของครีมกันแดดได้ แต่มีเพียงอนุภาคที่ไม่มีฤทธิ์ต้านเชื้อแบคทีเรียเท่านั้น

ผลิตภัณฑ์ที่มี ZnO ประเภทนี้ได้รับการออกแบบเคลือบด้วยวัสดุพอลิเมอร์ที่ละลายน้ำได้เพื่อรักษาการติดเชื้อบาดแผลแผลแบคทีเรียและแม้แต่โรคเบาหวาน

เม็ดสีและสารเคลือบ

เม็ดสีที่เรียกว่าสังกะสีสีขาวคือ ZnO ซึ่งถูกเติมลงในสีและสารเคลือบต่างๆเพื่อปกป้องพื้นผิวโลหะที่มีการกัดกร่อน ตัวอย่างเช่นการเคลือบด้วย ZnO ที่เพิ่มเข้ามาใช้เพื่อป้องกันเหล็กชุบสังกะสี

ในทางกลับกันการเคลือบเหล่านี้ยังใช้กับกระจกหน้าต่างเพื่อป้องกันความร้อนจากการซึมผ่าน (ถ้าอยู่ด้านนอก) หรือเข้า (ถ้าอยู่ด้านใน) ในทำนองเดียวกันช่วยปกป้องวัสดุโพลีเมอร์และสิ่งทอบางชนิดจากการเสื่อมสภาพเนื่องจากการกระทำของรังสีดวงอาทิตย์และความร้อน

ภาพชีวภาพ

การเรืองแสงของอนุภาคนาโน ZnO ได้รับการศึกษาเพื่อใช้ในการสร้างภาพทางชีวภาพดังนั้นการศึกษาโครงสร้างภายในของเซลล์โดยใช้แสงสีฟ้าสีเขียวหรือสีส้มที่แผ่ออกมา

สารเติมแต่ง

ZnO ยังพบว่าใช้เป็นสารเติมแต่งในยางซีเมนต์เนื้อฟันแก้วและเซรามิกเนื่องจากมีจุดหลอมเหลวต่ำกว่าจึงมีพฤติกรรมเป็นสารฟลักซ์

น้ำยาล้างไฮโดรเจนซัลไฟด์

ZnO กำจัดก๊าซที่ไม่พึงประสงค์ของ H ₂ S ช่วยขจัดควันก๊าซบางส่วน:

ZnO + H ₂ S → ZnS + H ₂ O

ความเสี่ยง

สังกะสีออกไซด์เป็นสารประกอบที่ไม่เป็นพิษและไม่เป็นอันตรายดังนั้นการจัดการของแข็งอย่างรอบคอบจึงไม่แสดงถึงความเสี่ยงใด ๆ

อย่างไรก็ตามปัญหาอยู่ที่ควันของมันเพราะถึงแม้ว่ามันจะสลายตัวในอุณหภูมิสูง แต่ไอระเหยของสังกะสีก็จะปนเปื้อนในปอดและทำให้เกิด“ ไข้โลหะ” ชนิดหนึ่ง โรคนี้มีลักษณะอาการไอมีไข้รู้สึกแน่นที่หน้าอกและมีรสโลหะคงที่ในปาก

นอกจากนี้ยังไม่เป็นสารก่อมะเร็งและครีมที่มีส่วนผสมของมันไม่ได้แสดงให้เห็นว่าช่วยเพิ่มการดูดซึมสังกะสีเข้าสู่ผิวหนังดังนั้นครีมกันแดดที่ใช้ ZnO จึงถือว่าปลอดภัย เว้นแต่จะมีอาการแพ้ควรหยุดใช้ในกรณีนี้

เกี่ยวกับอนุภาคนาโนบางชนิดที่ออกแบบมาเพื่อต่อสู้กับแบคทีเรียสิ่งเหล่านี้อาจมีผลเสียหากไม่ได้รับการขนส่งอย่างถูกต้องไปยังสถานที่ดำเนินการ

อ้างอิง

1. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์. (พิมพ์ครั้งที่สี่). Mc Graw Hill
2. วิกิพีเดีย (2019) ซิงค์ออกไซด์. สืบค้นจาก: en.wikipedia.org
3. Hadis MorkoçและÜmitÖzgur (2009) ซิงค์ออกไซด์: พื้นฐานเทคโนโลยีวัสดุและอุปกรณ์ . ดึงมาจาก: application.wiley-vch.de
4. Parihar, M. Raja และ R. Paulose (2018) การทบทวนสั้น ๆ เกี่ยวกับคุณสมบัติทางโครงสร้างทางไฟฟ้าและทางเคมีของอนุภาคนาโนของสังกะสีออกไซด์ . ดึงมาจาก: ipme.ru
5. A. Rodnyi และ IV Khodyuk (2011) คุณสมบัติทางแสงและการเรืองแสงของสังกะสีออกไซด์ สืบค้นจาก: arxiv.org
6. Siddiqi, KS, Ur Rahman, A. , Tajuddin, & Husen, A. (2018). คุณสมบัติของอนุภาคนาโนของสังกะสีออกไซด์และกิจกรรมต่อต้านจุลินทรีย์ จดหมายวิจัยระดับนาโน, 13 (1), 141. ดอย: 10.1186 / s11671-018-2532-3
7. สารเคมีความปลอดภัย (2019) ซิงค์ออกไซด์. ดึงมาจาก: chemicalafetyfacts.org
8. Jinhuan Jiang, Jiang Pi และ Jiye Cai (2561). ความก้าวหน้าของอนุภาคนาโนของสังกะสีออกไซด์สำหรับการใช้งานทางชีวการแพทย์ เคมีชีวนินทรีย์และการประยุกต์, vol. 2018, รหัสบทความ 1062562, 18 หน้า doi.org/10.1155/2018/1062562