Sulfure de zinc

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Sulfure de zinc
ZnS, sphalérite (cubique)ZnS, wurtzite (hexagonale)
Sphalérite (blende) et wurtzite, les deux formes cristallines du sulfure de zinc.
Identification
Nom IUPAC sulfure de zinc(II)
No CAS 1314-98-3
No EINECS 215-251-3
No RTECS ZH5400000
PubChem 14821
SMILES
InChI
Apparence poudre blanche à beige, inodore
Propriétés chimiques
Formule brute SZnZnS
Masse molaire[1] 97,45 ± 0,03 g/mol
S 32,91 %, Zn 67,11 %,
Propriétés physiques
fusion 1 700 °C[2]
ébullition 1 180 °C (sublimation)[3]
Solubilité presque insoluble dans l'eau[3]
Masse volumique 4,1 g·cm-3[4]
Propriétés électroniques
Bande interdite 3,54 eV (cubique, 300 K)
3,91 eV (hexagonal, 300 K)
Cristallographie
Système cristallin cubique (sphalérite)/hexagonal (wurtzite)
Précautions
Directive 67/548/EEC[4]


Transport[3]
non-soumis à régulation
NFPA 704

Symbole NFPA 704

 
SGH[3]
n'est pas une substance dangereuse pour le SGH
Écotoxicologie
DL50 2000 mg/kg (rat, oral)[5]
2000 mg/kg (rat, dermique)[5]
CL50 5,04 mg/l/4 h (rat; inhalation)[5]
1830 mg/l (poissons, 96 h)[6]
0,97 mg/l (crustacés, 48 h)[7]
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le sulfure de zinc est un composé inorganique de formule ZnS. C'est sous cette forme qu'est principalement présent le zinc dans la nature, sous la forme minérale de la sphalérite. Même si le minéral est habituellement noir à cause de la présence d'impuretés variées, la forme pure est blanche, est couramment utilisée comme pigment. Dans sa forme dense synthétique, le sulfure de zinc peut être transparent et être utilisé comme fenêtre en optique visible et infrarouge.

Historique[modifier | modifier le code]

La phosphorescence du ZnS a été rapportée la première fois par le chimiste français Théodore Sidot en 1866. Ses découvertes furent présentées par Edmond Becquerel, qui obtint une partie de sa renommée pour ses recherches sur la luminescence[8]. En 1930, René Coustal[9] parvient à produire un sulfure de zinc très phosphorescent grâce à la méthode dite "par explosion". Le sulfure de zinc a ensuite été utilisé par Ernest Rutherford et d'autres durant les premières années de la physique nucléaire comme scintillateur, émettant de la lumière sous excitation de rayons X de rayons cathodiques, le rendant utile pour des écrans à rayons X et des tubes cathodiques[10].

Structure[modifier | modifier le code]

Le sulfure de zinc existe principalement sous deux formes cristallines, ce dualisme étant souvent donné en exemple de polymorphisme; dans ces deux formes, la géométrie de Zn et de S est tétraédrique :

  • la forme la plus stable est la forme cubique appelée anciennement blende et aujourd'hui sphalérite. Il existe deux façons de voir cette forme cristalline : deux mailles cubiques faces centrées (cfc), l'une de zinc, l'autre de soufre, imbriquées l'une dans l'autre et décalées d'un vecteur (a/4;a/4;a/4), ou bien une maille cfc classique de l'un des éléments (soufre par exemple) dont quatre des huit sites tétraédriques (sites situés entre un atome en coin de maille et les atomes au centre des trois faces qui se croisent en ce coin) sont occupés par des atomes de l'autre élément (dans cet exemple le zinc). Cette forme cristalline a donné son nom à la forme dite « blende » qui est la configuration cristalline d'un grand nombre de composés III-V, dont beaucoup sont des semi-conducteurs (GaAs, GaP, InAs, etc.).
  • l'autre forme est hexagonale, connue sous le nom minéral de wurtzite, dans laquelle deux mailles hexagonales compactes de chaque élément sont imbriquées l'une dans l'autre. Cette forme donne son nom à la forme dite « wurtzite » autre forme répandue chez les semi-conducteurs binaires (ZnO, CdS, CdSe, α-SiC, GaN, AlN, etc.)

La transition entre les deux formes a lieu aux alentours de 1 020 °C. Il existe également une forme tétragonale très rare nommée polhemusite, de formule (Zn,Hg)S.

Applications[modifier | modifier le code]

Matériau luminescent[modifier | modifier le code]

Le sulfure de zinc, additionné de quelques ppm d'un activateur adéquat, est utilisé comme luminophore dans de nombreuses applications : tube cathodique, écrans à rayons X, produits phosphorescents, etc. Lorsque l'argent est utilisé comme activateur, la couleur résultante est un bleu brillant avec un maximum d'émission à 450 nanomètres. Le manganèse lui produit une couleur rouge-orangé autour de 590 nanomètres et le cuivre donne une lueur verdâtre à avec longue dure de vie typique des objets brillants dans le noir. Le sulfure de zinc dopé au cuivre est également utilisé pour les panneaux électroluminescents[11]. Le sulfure de zinc montre également une phosphorescence à cause d'impuretés après exposition à la lumière bleue ou ultraviolette.

Il est aussi largement utilisé comme scintillateur pour détecter les rayonnements ionisants.

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. Fiche Alfa Aesar, consultée le 18 juillet 2012
  3. a, b, c et d Entrée de « Zinc sulfide » dans la base de données de produits chimiques GESTIS de la IFA (organisme allemand responsable de la sécurité et de la santé au travail) (allemand, anglais), accès le 18 juillet 2012 (JavaScript nécessaire)
  4. a et b Fiche Sigma-Aldrich du composé Zinc sulfide, consultée le 18 juillet 2012.
  5. a, b et c Research and Consulting Company, Technical Reports. Vol. NOTOX1072, Pg. 1989
  6. Erten-Unal, M., B.G. Wixson, N. Gale, and J.L. Pitt 1998. Evaluation of Toxicity, Bioavailability and Speciation of Lead, Zinc and Cadmium in Mine/Mill Wastewaters. Chem.Spec.Bioavail. 10(2):37-46; Gale, N.L., B.G. Wixson, and M. Erten 1992. An Evaluation of the Acute Toxicity of Lead, Zinc, and Cadmium in Missouri Ozark Groundwater. Trace Subst.Environ.Health 25:169-183
  7. Gale, N.L., B.G. Wixson, and M. Erten 1992. An Evaluation of the Acute Toxicity of Lead, Zinc, and Cadmium in Missouri Ozark Groundwater. Trace Subst.Environ.Health 25:169-183
  8. (en) T. Sidot, « . Sur les propriétés de la blende hexagonale », Compt. Rend., vol. 63,‎ 1866, p. 188-189 (lire en ligne)
  9. Étude sur la phosphorescence du sulfure de zinc, Paris, Les Presses Universitaires de France, 1931, pages 7-10.
  10. Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1984). Chemistry of the Elements. Oxford: Pergamon. p. 1405. ISBN 0-08-022057-6.
  11. Karl A. Franz, Wolfgang G. Kehr, Alfred Siggel, Jürgen Wieczoreck, and Waldemar Adam "Luminescent Materials" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry 2002, Wiley-VCH, Weinheim. DOI:10.1002/14356007.a15_519