Zinc oxide
中文名称: 氧化锌
MF: OZn
MW: 81.39
CAS: 1314-13-2
氧化锌CAS编号:1314-13-2 化学式:ZnO 分子量:81.37 外观:白色固体 相对密度:5.606 熔点:1975 °C(分解) 沸点:2360 °C 在水中溶解度:0.16 mg / 100 mL(30 °C) 能带隙:3.3eV 标准摩尔生成焓:-348.0 kJ / mol 标准摩尔熵:43.9 J / (K · mol) MSDS编号:ICSC 0208 EU分类:对环境有害(N) 警示性质标准词:R50/53(对水生生物有剧毒,可能对水生环境造成长期的不良影响) 安全建议标准词:S60(物质及容器必须按危险废物放置)、S61(防止排向环境) 闪点:1436 °C
化学性质
氧化锌主要以白色粉末或红锌矿石的形式存在。红锌矿中含有的少量锰元素等杂质使得矿石呈现黄色或红色。氧化锌晶体受热时,会有少量氧原子溢出(800 °C时溢出氧原子占总数0.007%),使得物质显现黄色。当温度下降后晶体则恢复白色。 当温度达1975 °C时氧化锌会分解产生锌蒸气和氧气。单质碳可用于氧化锌中锌的还原,在高温条件下发生反应: · ZnO + C → Zn + CO 氧化锌是一种两性氧化物,难溶于水或乙醇,但可溶于大多数酸,例如盐酸: · ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O 同时可以与强碱反应生成可溶性锌酸盐,例如与氢氧化钠反应: · ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4] 氧化锌在脂肪酸中可发生缓慢的反应,生成相应的羧酸盐,如油酸盐和硬脂酸盐。氧化锌可以与硫化氢发生反应,在工业生产中该反应常用来除去混合气体中的硫化氢: · ZnO + H2S → ZnS + H2O 氧化锌与浓氯化锌水溶液混合时生成碱式氯化锌,具有类似水泥的硬化性质,常用于牙科手术。氧化锌和磷酸反应生成的四水合磷酸锌(Zn3(PO4)2·4H2O)也具有相同的性质。 氧化锌与镁粉、铝粉、氯化橡胶、亚麻籽油接触会发生剧烈反应,发生起火或爆炸的危险。含有氧化锌的软膏与水混合暴露在紫外线光下则可产生过氧化氢。
氧化锌晶体有三种结构:六边纤锌矿结构、立方闪锌矿结构,以及比较罕见的氯化钠式八面体结构。纤锌矿结构在三者中稳定性最高,因而最常见。立方闪锌矿结构可由逐渐在表面生成氧化锌的方式获得。在两种晶体中,每个锌或氧原子都与相邻原子组成以其为中心的正四面体结构。 八面体结构则只曾在100亿帕斯卡的高压条件下被观察到。 纤锌矿结构、闪锌矿结构有中心对称性,但都没有轴对称性。晶体的对称性质使得纤锌矿结构具有压电效应和焦热点效应,闪锌矿结构具有压电效应。 纤锌矿结构的点群为6mm(国际符号表示),空间群是P63mc。晶格常量中,a = 3.25 埃,c = 5.2 埃;c/a比率约为1.60,接近1.633的理想六边形比例。在半导体材料中,锌、氧多以离子键结合,是其压电性高的原因之一。
力学性能
氧化锌的硬度约为4.5,是一种相对较软的材料。氧化锌的弹性常数比氮化镓等III-V族族半导体材料要小。氧化锌的热稳定性和热传导性较好,而且沸点高,热膨胀系数低,在陶瓷材料领域有用武之地。 在各种具有四面体结构的半导体材料中,氧化锌有着最高的压电张量。该特性使得氧化锌成为机械电耦合重要的材料之一。
电学性质
在室温下,氧化锌的能带隙约为3.3 eV,因此,纯净的氧化锌是无色透明的。高能带隙为氧化锌带来击穿电压高、维持电场能力强、电子噪声小、可承受功率高等优点。氧化锌混入一定比例的氧化镁或氧化镉,会使能带隙在3-4 eV之间变化。 即使没有掺入任何其它物质,氧化锌具有N型半导体的特征。N型半导体特征曾被认为与化合物原子的非整比性有关,而对纯净氧化锌的研究则成为一个反例。使用铝、镓、铟等第III主族元素或氯、碘等卤素可以调节其N型半导体性能。而要将氧化锌制成P型半导体则存在一定的难度。可用的添加剂包括锂、纳、钾等碱金属元素,氮、磷、砷等第V主族元素,铜、银等金属,但都需要在特殊条件下才具有效用。
成分
氧化锌、金属物、氧化铅、锰的氧化物、氧化镉、盐酸不溶物、灼烧失量、筛余物、水分。
溶解性
溶于酸、氢氧化钠、氯化铵,不溶于水、乙醇和氨水。属两性氧化物。在空气中吸收二氧化碳和水生成碳酸锌,呈黄色。加热时变黄,冷却后恢复白色。不透过紫外线,遇硫化氢不变黒。