Živin(II) sulfid (HgS), uobičajeno poznat kao cinabar ili halkoza, je svijetlocrveno heksagonalno kristalno jedinjenje koje se sastoji od žive i sumpornih elemenata. To je ujedno i najvažnija ruda žive u prirodi. Poznat je po izuzetno živoj crvenoj boji i odličnoj hemijskoj stabilnosti. U staroj Kini, bio je naširoko korišćen kao pigment i mastilo, a bio je i glavna sirovina za ekstrakciju žive. Nerastvorljiv je u vodi i većini kiselina, ali je rastvorljiv u kraljevskoj vodi. HgS postoji u dva izomorfna oblika: osim stabilnog crvenog -forme (heksagonalni kristalni sistem), postoji i crni - oblik (kubni kristalni sistem), poznat kao crni cinobar, koji ima manju stabilnost i može se transformirati u crvenu varijantu pod svjetlom ili toplinom. Ovo jedinjenje ima visok indeks loma i veliku gustinu. Zbog svoje žive crvene boje, kroz istoriju je bio veoma cijenjen. Međutim, njegova toksičnost uglavnom proizlazi iz elementa žive koji sadrži, a pri korištenju je neophodna odgovarajuća zaštita. Osim istraživanja mineralogije i pigmenta, također ima potencijalne primjene u poluvodičkim i infracrvenim optičkim materijalima u modernim vremenima.
|
|
|
|
|
|
|
|
Hemijska svojstva
Stabilnost i reaktivnost
Živin(II) sulfid pokazuje izuzetnu hemijsku stabilnost i inertnost prema većini kiselina i baza. Na primjer, na sobnoj temperaturi ne reagira s razrijeđenom hlorovodoničnom kiselinom ili rastvorima natrijum hidroksida. Međutim, u uslovima visoke-temperature, njegova stabilnost je poremećena: kada temperatura pređe 100-150 stepeni, ako dođe u kontakt sa oksidativnim smešama (kao što su zakiseljeni rastvor kalij-dikromata i koncentrovana sumporna kiselina), HgS prolazi kroz reakciju raspadanja, stvarajući produkte razgradnje, stvarajući žive oksidne soli i druge elementarne sumporne soli. Ovo svojstvo čini neophodnom strogu kontrolu uslova reakcije u specifičnoj industrijskoj preradi.
Izomorfne varijante i fazni prijelazi
HgS ima dvije stabilne izomorfne varijante: -HgS (crveni heksagonalni kristalni sistem, cinober) i -HgS (crni kubni kristalni sistem, crni cinober). Ove dvije varijante mogu biti podvrgnute reverzibilnim faznim prijelazima izazvanim temperaturom: kada se -HgS zagrije na 250 stepeni, njegova boja se postepeno mijenja u smeđu, i potpuno se transformiše u -HgS na 386 stepeni; dok kada se -HgS ohladi, vraća se u crveno -HgS. Ova karakteristika faznog prijelaza ima potencijalnu primjenu u nauci o materijalima, na primjer, za razvoj optičkih materijala{10}}osjetljivih na temperaturu.
Semiconductor Properties
-HgS pokazuje direktna svojstva poluprovodnika na 300K, sa energetskim jazom od 2,1 eV. Ovo svojstvo ga čini vrijednim za istraživanje u području optoelektronskih uređaja, kao što je upotreba za proizvodnju infracrvenih detektora ili fotokatalizatora. Međutim, zbog toksičnosti žive, njena primjena u poluvodiču je još uvijek u fazi laboratorijskih istraživanja i još nije komercijalizirana.
Physical Properties
Izgled i boja
Dvije varijante sulfida Merkur(II) imaju značajno različite izglede: -HgS ima živocrvenu boju i često se koristi kao pigment; -HgS je crni prah i ima šire industrijske primjene. Razlika u boji proizlazi iz rasporeda Hg-S veza u kristalnoj strukturi: u -HgS, Hg-S veze su raspoređene na spiralni način, što rezultira selektivnom apsorpcijom vidljive svjetlosti; dok u -HgS, kubična struktura dozvoljava da njegov apsorpcioni spektar pokrije širi opseg.
Gustina i tačka topljenja
Gustina HgS je 8,10 g/cm³, što pripada jedinjenju visoke{1}}gustine. Njegova tačka topljenja je 583,5 stepeni, ali će se prvo raspasti pre topljenja, stvarajući pare žive i sumpora. Ova karakteristika zahtijeva posebne zaštitne mjere tokom obrade na visokoj{5}}temperaturi kako bi se spriječilo curenje živine pare.
Rastvorljivost
Živin(II) sulfid je skoro nerastvorljiv u vodi (sa rastvorljivošću od samo 0,00001 g/L) i teško se rastvara u većini organskih rastvarača. Međutim, može se otopiti u aqua regia (mješavina koncentrirane klorovodične kiseline i koncentrirane dušične kiseline), stvarajući topljive soli žive i produkte oksidacije sumpora. Ova karakteristika rastvorljivosti je od velikog značaja u tretmanu zagađenja živom, na primer, putem hemijskog taloženja za pretvaranje živinih jona u HgS precipitat kako bi se smanjila toksičnost.
Metode pripreme
Metoda direktne sinteze
Miješanje elementarne žive sa sumpornim prahom u molarnom omjeru 1:1 i reakcija pod uvjetima zagrijavanja direktno proizvodi HgS. Da bi se ubrzao proces reakcije, može se dodati cink u prahu kao katalizator. Ova metoda je jednostavna za rukovanje, ali je potrebna stroga kontrola temperature reakcije kako bi se izbjeglo isparavanje živine pare.
Precipitation Method
Propuštanjem gasa vodonik sulfida u rastvor soli žive (kao što je rastvor azotne žive) stvara se crni -HgS talog. Ova metoda može prilagoditi veličinu čestica i morfologiju proizvoda kontroliranjem reakcionih uvjeta (kao što su pH vrijednost, temperatura) i pogodna je za male-laboratorijske pripreme.
Prirodno prečišćavanje minerala
Ekstrakcija HgS iz rude cinobera je glavni način industrijske proizvodnje. Procesima obogaćivanja, mljevenja i flotacije mogu se dobiti pigmenti visoke{1}}HgS visoke čistoće ili hemijske sirovine. Kineske provincije Hunan i Guizhou su glavni proizvođači cinobera, a njihova tehnologija prečišćavanja dostigla je međunarodne napredne nivoe.
Područja primjene
Tradicionalni pigmenti i premazi
-HgS, zbog svoje živocrvene boje i odlične otpornosti na vremenske uvjete, ima široku primjenu u uljanim bojama, keramičkim glazurama i premazima za drvo. Na primjer, "crvena cinobara" koju su koristili renesansni slikari potječe iz realgara. Međutim, zbog toksičnosti žive, njena primjena pigmenta postepeno je zamijenjena organskim pigmentima ili ne-neorganskim pigmentima žive (kao što je crveni oksid željeza).
Tradicionalna medicina
U tradicionalnoj kineskoj medicini i indijskoj ajurvedskoj medicini, realgar se koristi kao anestetik i sredstvo za detoksikaciju. Na primjer, "Jade Red Pill" se uglavnom sastoji od HgS. Međutim, moderne toksikološke studije potvrdile su da spojevi žive mogu uzrokovati trovanje živom kroz apsorpciju kože ili gutanje u probavnom traktu. Stoga su lijekovi koji sadrže HgS strogo ograničeni ili zabranjeni za upotrebu.
Industrijska kataliza i nauka o materijalima
-HgS, zbog svoje jedinstvene kristalne strukture i poluvodičkih svojstava, istražuje se za katalitičke reakcije i fotonske uređaje. Na primjer, može se koristiti kao fotokatalizator za razlaganje vode za proizvodnju vodika ili kao osjetljivi sloj materijala za infracrvene detektore. Međutim, njegova primjena je još uvijek ograničena toksičnošću žive i rizicima za okoliš.
Kontrola zagađenja živom
HgS je konačni stabilan oblik odlaganja žive. Pretvaranjem živinih jona u otpadnoj vodi u HgS precipitate putem hemijske precipitacije, toksičnost i pokretljivost žive mogu se značajno smanjiti. Osim toga, HgS se može koristiti za fiksiranje zagađenja živom u tlu, sprječavajući njegovo ispiranje u podzemne vode kroz kišnicu.
Sigurnosni rizici i mjere zaštite okoliša
Živin(II) sulfid je visoko toksično jedinjenje, čija toksičnost uglavnom dolazi od oslobađanja živinih jona (Hg²⁺). Udisanje živine pare ili gutanje praha HgS može dovesti do akutnog ili kroničnog trovanja živom, sa simptomima uključujući neurološka oštećenja, zatajenje bubrega i respiratornu insuficijenciju. Međunarodna agencija za istraživanje raka (IARC) klasifikuje živu i njene spojeve kao kancerogene grupe 2B (moguće kancerogene za ljude).
HgS se teško razgrađuje u okolišu i može se akumulirati kroz lanac ishrane, uzrokujući dugoročnu-škodu ekosistemu. Na primjer, HgS u vodenim tijelima mogu se pretvoriti od strane mikroorganizama u metil živu (CH₃Hg⁺), koja ima jaču biološku toksičnost i neurotoksičnost i može ući u ljudsko tijelo preko ribe.
Prilikom rukovanja HgS-om treba nositi zaštitne maske, rukavice i zaštitne naočale kako bi se izbjegao direktan kontakt. Otpad treba biti upakovan i odložen u skladu sa propisima o upravljanju opasnim otpadom, kao što je spaljivanje na visokim{1}}temperaturama ili hemijska stabilizacija kako bi se smanjilo oslobađanje žive. Propisi o zaštiti životne sredine različitih zemalja (kao što je Direktiva Evropske unije o ograničenju opasnih supstanci RoHS) postavljaju stroga ograničenja za upotrebu i emisije HgS.