Sulfure de cadmium

Un article de Wikipédia, l'encyclopédie libre.
Aller à : navigation, rechercher
Sulfure de cadmium
Sulfure de cadmium
Sulfure de cadmium
Identification
Nom UICPA Sulfure de cadmium
No CAS 1306-23-6
No EINECS 215-174-8
PubChem 14783
Apparence jaune orange, jaune citron ou jaune clair à rouge brique
Propriétés chimiques
Formule brute CdS
Masse molaire[1] 144,476 ± 0,013 g/mol
Cd 77,81 %, S 22,19 %,
Propriétés physiques
fusion 1 750 °C sous 10 MPa ou 100 atmosphères[2]
ébullition vers 980 °C [réf. nécessaire] (sublimation sous atmosphère d'azote)
Masse volumique 4,826 g·cm-3 pour CdSβ ou hexagonal
Cristallographie
Système cristallin hexagonal
Classe cristalline ou groupe d’espace (no 183)
Notation Schönflies P63mc
Propriétés optiques
Indice de réfraction polyaxe  2,529 et  2,506[3]
Composés apparentés
Autres cations Sulfure de zinc
Autres anions Oxyde de cadmium, séléniure de cadmium, tellurure de cadmium
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.

Le sulfure de cadmium est un composé chimique inorganique de soufre et de cadmium de formule CdS .

Propriétés physiques et chimiques[modifier | modifier le code]

C'est un solide polymorphique à la couleur caractéristique jaune, jaune-orangée, jaune brun. Il peut être amorphe ou avoir diverses structures cristallines. Ce pigment stable est inaltérable au gaz hydrogène sulfuré ou aux diverses matières qui en dégagent.

Le corps chimique est un composé peu soluble comme le prouve le produit de solubilité ou pKs de l'ordre de 26 à température ambiante. Il est insoluble dans l'eau froide, mais il tend à former des solutions colloïdales dans l'eau chaude. La morphologie cristalline la plus stable est soluble dans l'acide chlorhydrique 1 N à chaud, et à froid dans le même acide concentré (en générant des complexes CdCl3-), mais très peu soluble dans l'ammoniaque. Mais au contraire de CuS, le cristal CdS est insoluble dans l'acide nitrique 1 N ou normal à chaud ou dans l'acide sulfurique 7 N bouillant.

Le sulfure de cadmium β de maille hexagonal (groupe de symétrie 6mm, no=183) correspond au minéral greenhokite à l'état naturel. Les cristaux jaune clair de densité 4,8 peuvent être sous la forme de prime hexagonal terminé par une pyramide hexagonale.

Le CdS est un matériau semi-conducteur de type II-VI, la configuration électronique de l'atome de cadmium étant [Kr]4d105s2 et celle du soufre [Ne]3s23p4. Son gap direct est voisin de 2,5eV. Il présente aussi des propriétés piézoélectriques et de phosphorescence.

Préparation[modifier | modifier le code]

Les sels de cadmium absorbent et réagissent facilement avec le gaz sulfure d'hydrogène pour donner le sulfure de cadmium.

CdCl2 aq ou autres solutions aqueuses de sels de cadmium + H2S gaz → CdS poudre jaune + 2 HCl aq

Les cristaux de cadmium β ne sont obtenus ensuite au laboratoire que par des procédés en phase gazeuse, le passage d'un courant d'hydrogène gazeux ou gaz dihydrogène libère par inversion réactionnelle la vapeur de cadmium et le sulfure d'hydrogène gazeux, et la réaction, normale reprise dans les parties plus froides du tube de réaction, donne des cristaux hexagonaux[4].

On peut opérer à défaut avec un sulfure alcalin ou un sulfure d'ammonium en milieu aqueux. En milieu neutre ou alcalin, le précipité colloïdal obtenu, jaune à orange, est difficile à filtrer. Il faut procéder en milieu acide choisi.

Un taxi de New-York autrefois peint réglementairement au jaune de cadmium

Le soufre et le corps simple cadmium métal réagissent à chaud pour donner ce pigment jaune.

Greenockite ou sulfure de cadmium naturel, sur calcite.

Structures cristallines[modifier | modifier le code]

On le rencontre essentiellement sous trois formes:

  • l'une, hexagonale, est thermodynamiquement stable dans les conditions standards; elle est de type wurtzite
  • la seconde, cubique est de type zinc blende
  • la troisième, cubique à face centrée (CFC) de type chlorure de sodium apparaît sous forte pression[5].

Analyse des propriétés physiques[modifier | modifier le code]

A température ambiante pour sa structure de type wurtzite ainsi que pour sa forme cubique de type ZB, le gap vaut 2,5eV[6].

Pour les propriétés mécaniques du CdS de type wurtzite appartenant à la classe 6mm, le tenseur des rigidités s'écrit (les constantes mécaniques exprimées en GPa)[7]:

Ses caractéristiques piézoélectriques sont données dans le tenseur piézoélectrique en C.m-2 ci-dessous[8]:

Le tenseur des constantes diélectriques (en pF.m-1) a pour expression[8]:


Utilisation[modifier | modifier le code]

La préparation du sulfure artificiel décrite donne un pigment jaune brillant inorganique stable, le jaune de cadmium. Il a été et est encore utilisé en peinture, en teinture et dans le domaine textile, dans les savons, pour les verres et céramiques, comme charge active dans les caoutchouc, papier ou encres d'imprimerie.

Le sulfure de cadmium peut aussi colorer des feux d'artifices.

Pigment jaune de cadmium

Ce semi-conducteur peut être présent dans les posemètres et les cellules photoélectriques, les photomètres UV et les compteurs à scintillations, les écrans TV et divers écrans fluorescents.

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. Bernard M. et Busnot F.,Usuel de chimie générale et minérale. Dunod, Paris, 1996, tableau de présentation succincte des composés du cadmium
  3. Bernard M. et Busnot F.,ibidem, tableau de présentation succincte des composés du cadmium
  4. Préparations menée par Louis Troost et Henri Sainte-Claire Deville
  5. (en) A. L. Edwards, « Effect of Pressure on the Absorption Edges of Some III—V, II—VI, and I—VII Compounds », Physical Review, no 122,‎ , p. 1149 (lire en ligne)
  6. (en) Safa Kasap,Peter Capper, Handbook of Electronic and Photonic Materials, Springer, (ISBN 978-0-387-26059-4)
  7. (en) James A. Corll, « Effect of Pressure on the Elastic Parameters and Structure of CdS », Phys. Rev., no 157,‎ (lire en ligne)
  8. a et b Daniel Royer et Eugène Dieulesaint, Ondes élastiques dans les solides Tome 1 Propagation libre et guidée, Masson, , 328 p. (ISBN 2-225-85422-X), p146