Сульфид ртути(II)
Сульфид ртути(II) | |
---|---|
Общие | |
Систематическое наименование | Сульфид ртути(II) |
Традиционные названия | Киноварь (α), метациннабарит (β), гиперциннабарит (γ) |
Хим. формула | HgS |
Рац. формула | HgS |
Физические свойства | |
Состояние | твёрдое |
Молярная масса | 232,66 г/моль |
Плотность | (α) 8,09; (β) 7,73 г/см³ |
Термические свойства | |
Температура | |
• плавления | 820 °C |
Мол. теплоёмк. | (α) 48,41; (β) 48,50 Дж/(моль·К) |
Энтальпия | |
• образования | (α) − 57,6; (β) − 49,4 кДж/моль |
Классификация | |
Рег. номер CAS | 1344-48-5 |
PubChem | 62402 |
Рег. номер EINECS | 215-696-3 |
SMILES | S=[Hg] |
InChI | InChI=1S/Hg.S QXKXDIKCIPXUPL-UHFFFAOYSA-N |
ChemSpider | 56188 |
Приведены данные для стандартных условий (25 °C, 100 кПа), если не указано иное. | |
Медиафайлы на Викискладе |
Сульфид ртути(II) (моносульфид ртути) — неорганическое бинарное соединение ртути с серой, имеющее химическую формулу .
При атмосферном давлении существует в трех полиморфных модификациях: тригональной α-HgS (киноварь), стабильной до 345 °C, кубической β-HgS (метациннабарит), стабильной в интервале от 315 до 481 °C, и гексагональной γ-HgS (гиперциннабарит), стабильной от 470 °C до температуры конгруэнтного плавления 820 °C. Первая из них ярко-красного цвета, вторая имеет чёрный цвет. При давлении 21 ГПа возникает четвертая модификация, имеющая кубическую структуру [1].
Физические свойства и фазовые равновесия
Все модификации являются фазами переменного состава, область гомогенности α-HgS при 315 °C доходит до ~ 4 мол. %. Области гомогенности всех фаз смещены в сторону серы, поэтому модификации сульфида ртути могут быть описаны как фазы с недостатком катионообразователя: .
Фаза | Минералогическое название | Простр. группа | Структурный тип | Стабильна в интервале, °C |
---|---|---|---|---|
киноварь | собственный | до 345 | ||
метациннабарит | (сфалерит) | 315 — 481 | ||
гиперциннабарит | гекс. | 470 — 820 | ||
(нет) | высокого давления |
Модификации α и β являются полупроводниками. Красная окраска киновари обусловлена большой величиной запрещенной зоны (соответствующей краю поглощения ок. 590 нм). β-Модификация является узкозонным полупроводником; как и все сфалеритоподобные соединения, она имеет прямозонную структуру.
Фза | Параметры решетки | , г/см3 | , эВ | , см2/(В·с) | ||
---|---|---|---|---|---|---|
, нм | , нм | |||||
0,4145 — 0,4162 | 0,9460 — 0,9530 | 3 | 8,09 | 2,1 | 45 (), 13 () | |
0,586 | 4 | 7,73 | 0,15 | 250 | ||
0,701 | 1,413 | |||||
Примечание: — число стехиометрических единиц в ячейке; — плотность; — ширина запрещенной зоны; — подвижность электронов проводимости |
Переход α-фазы в β-фазу при атмосферном давлении происходит в интервале температур 315 — 345 °C; область сосуществования фаз ограничена трехфазными равновесиями: эвтектоидным
и перитектическим
- .
Здесь — жидкость на основе серы; — жидкость на основе ртути. Переход β-фазы в γ-фазу происходит в интервале температур 470 — 481 °C; область сосуществования фаз ограничена трехфазными равновесиями: эвтектоидным
и перитектическим
- .
γ-Фаза плавится конгруэнтно при 820 °C.
Получение
Все модификации моносульфида ртути можно получить прямым синтезом из простых веществ при соответствующих температурах и контролируемом давлении пара. Монокристаллы получают выращиванием из расплавов или осаждением из паровой фазы. Киноварь можно также получить растиранием ртути с кристаллической серой при комнатной температуре.
При осаждении сероводородом из растворов солей ртути(II) осаждается черная β-модификация HgS, метастабильная при комнатной температуре. При постепенном пропускании сероводорода через раствор хлорида ртути вначале образуется белый осадок сульфохлорида:
который постепенно переходит в желтый, бурый и, наконец, черный сульфид ртути [4]:
- .
Обработкой растворами полисульфидов щелочных металлов черный сульфид ртути переводят в красную модификацию.
Химические свойства
Киноварь и метациннабарит малорастворимы в воде: произведения растворимости их при 25 °C составляют соответственно: 4,0⋅10−53 и 1,6⋅10−5[5]. Киноварь необычайно инертна к кислотам и щелочам и растворяется лишь в царской водке.
При нагревании в инертной атмосфере киноварь возгоняется, при окислении на воздухе чернеет вследствие образования металлической ртути:
Нахождение в природе
В природе α-модификация распространена в виде минерала киновари, β-модификация встречается в виде минерала метациннабарита. Многие минералы являются твердыми растворами или соединениями моносульфида ртути с другими халькогенидами, например:
- гвадалкацарит — (Hg, Zn)S;
- сауковит — (Hg, Cd)S;
- опофрит — Hg(S, Se);
- акташит — Cu6Hg3As5S12;
- ливингстонит — HgSb4S8.
Киноварь является основной рудой ртути и добывается в промышленных объёмах.
Этимология
В русском языке название киноварь восходит к др.-греч. κιννάβαρι, лат. cinnabari [6]. При этом в латинском языке слово cinnabari означает красную краску не столько минерального, сколько растительного происхождения — «драконову кровь», извлекаемую из сока некоторых растений, например, Calamus Draco [7]. Корень κιννα- вообще означает красный или красно-коричневый цвета [8], с чем связаны названия κιννάμωμον (κίνναμον), cinnamoma — корица.
Применение
С древних времён киноварь широко использовалась как красный пигмент для производства красок, однако в связи с токсичностью ртути, его применение в этом качестве в настоящий момент ограничено.
Сульфид ртути вследствие его крайне низкой летучести и нерастворимости в воде применяется как соединение, образование которого служит одним из методов демеркуризации.
Соединение является мощным фунгицидом и может использоваться для обработки бетонных строительных конструкций в целях профилактики грибковых поражений.
Как широкозонный полупроводник α-модификация используется для создания полупроводниковых детекторов ионизирующего излучения, в особенности гамма-квантов, так как благодаря высокой плотности и высокому среднему заряду ядра эффективно поглощает гамма-излучение [9]. На основе сульфида ртути(II) получают полупроводниковые твердые растворы путем замещения как в катионной (например, ), так и в анионной (например, ) подрешетках.
Примечания
- ↑ 1 2 3 Диаграммы состояния двойных металлических систем: Справочник / Под ред. Н. П. Лякишева. — М.: Машиностроение, 1997. — Т. 2. — 1024 с. — ISBN 5-217-01569-1.
- ↑ Физические величины: Справочник / Под ред. И. С. Григорьева, Е. З. Мейлихова. — М.: Энергоатомиздат, 1991. — 1232 с. — ISBN 5-283-04013-5.
- ↑ Химическая энциклопедия.
- ↑ Неорганическая химия / Под ред. Ю. Д. Третьякова. — М.: Академия, 2004. — Т. 3: Химия переходных элементов. — 368 с. — ISBN 5-7695-1436-1.
- ↑ Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. — 6-е изд., перераб. и доп. — М.: Химия, 1989. — 448 с. — ISBN 5-7245-0000-0.
- ↑ Фасмер М. Этимологический словарь русского языка / Пер. с нем. и доп. О. Н. Трубачева. — 2-е изд., стер. — М.: Прогресс, 1986. — Т. 2. — 672 с.
- ↑ Дворецкий И. Х. Латинско-русский словарь. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Русский язык, 1976. — 1096 с.
- ↑ Дворецкий И. Х. Древнегреческо-русский словарь / Под ред. С. И. Соболевского. — М.: Гос. изд-во иностр. и нац. словарей, 1958. — Т. 1. — 1043 с.
- ↑ A. Delin. First-principles calculations of the II-VI semiconductor β-HgS: Metal or semiconductor (англ.). — 2002. — Vol. 65. — Iss. 15. — P. 153205. — doi:10.1103/PhysRevB.65.153205.
Литература
- Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. — М.: Советская энциклопедия, 1995. — Т. 4 (Пол-Три). — 639 с. — ISBN 5-82270-092-4.
- Бовина Л. А. и др. Физика соединений AIIBVI / Под ред. А. Н. Георгобиани, М. К. Шейнкмана. — М.: Наука, 1986. — 319 с.
H2S | |||||||||||||||||
Li2S | BeS | B2S3 BS2 B2S5 | CS2 | NH4HS (NH4)2S H8N2MoS4 | O | F | |||||||||||
Na2S NaHS NaCrS2 | MgS | Al2S3 | SiS SiS2 | P4S3 P4S7 P4S10 | S | Cl | |||||||||||
K2S KBiS2 KFeS2 KHS K2Pt4S6 KCrS2 | CaS Сa(HS)2 | ScS Sc2S3 | Ti6S Ti16S21 Ti2S TiS Ti8S9 Ti8S10 Ti2S3 TiS2 TiS3 | V3S V5S4 VS V2S3 V5S8 VS2 V2S5 VS4 | CrS Cr5S6 Cr7S8 Cr3S4 Cr2S3 CoCr2S4 KCrS2 NaCrS2 | MnS MnS2 | FeS FeS2 CuFeS2 Fe3S4 Fe2S3 KFeS2 | CoS CoS2 Co9S8 Co3S4 CoCr2S4 Co2S3 CoAsS | Ni2S Ni3S2 Ni6S5 Ni7S6 NiS2 NiS Ni3S4 | Cu2S CuS CuFeS2 CuS2 | ZnS | Ga2S GaS Ga2S3 | GeS GeS2 | As4S4 As4S5 As4S3 As2S3 As2S5 | Se6S2 SeS SeS2 Se2S6 | Br | |
Rb2S | SrS SrS2 | YS Y5S7 Y2S3 YS2 | Zr9S2 ZrS2 Zr3S2 ZrS Zr2S ZrOS ZrS3 | NbS NbS2 NbS2Br2 NbS2Cl2 NbS3 | Mo2S3 MoS2 MoS3 | Tc2S7 | RuS2 | Rh17S15 Rh2S3 RhS2 | Pd4S Pd3S Pd16S7 Pd2S PdS PdS2 | Ag2S AgS Ag3SbS3 | CdS | In2S InS In6S7 In3S4 In2S3 In3S5 | SnS Sn3S4 Sn2S3 SnS2 | Sb2S3 Sb2S5 | Te | I | |
Cs2S Cs2S2 Cs2S3 Cs2S5 Cs2S6 | BaS Ba(HS)2 | Hf2S HfS Hf2S3 HfS2 HfS3 | Ta6S Ta2S TaS2 TaS3 | WS2 WS3 | ReS ReS2 Re2S7 | OsS2 OsS4 | IrS Ir2S3 IrS2 IrS3 | PtS K2Pt4S6 Pt2S3 PtS2 | Au2S AuS Au2S3 | Hg2S HgS Hg3S2Cl2 | Tl2S TlS Tl2S3 Tl2S5 | PbS PbS2 | BiS KBiS2 Bi2S3 BiSI BiSCl | PoS | At | ||
Fr | Ra | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Nh | Fl | Mc | Lv | Ts | ||
↓ | |||||||||||||||||
LaS La3S4 La2O2S La2S3 LaS2 | CeS Ce3S4 Ce5S7 Ce2S3 CeS2 | PrS Pr5S7 Pr3S4 Pr2O2S Pr2S3 PrS2 | NdS Nd3S4 Nd2O2S Nd2S3 | Pm | SmS Sm3S4 Sm2S3 | EuS Eu3S4 Eu2O2S Eu2S3 | GdS Gd2S3 GdS2 | Tb | DyS Dy5S7 Dy2S3 DyS2 | HoS Ho5S7 Ho2O2S Ho2S3 | Er5S7 ErS Er2S3 | Tm | YbS Yb3S4 Yb2S3 | LuS Lu2O2S Lu2S3 | |||
Ac2S3 | US U2S3 US2 U2S5 US3 | PaOS | ThS Th2S3 Th7S12 ThS2 Th2S5 | NpS Np2S3 NpOS Np3S5 NpS3 | PuS Pu2O2S Pu2S3 PuS2 | Am2S3 | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr |