Struktura i charakterystyka ZnO (15 ważnych faktów)

ZnO to wzór chemiczny tlenek cynku i jest powszechnie znany jako biel cynkowa lub kalamina. Na tym skrzyżowaniu omawiamy krótkie szczegóły dotyczące struktury ZnO.

ZnO może wykazywać polimorfizm i ma trzy różne struktury, tj. strukturę soli kamiennej, strukturę wurcytu i strukturę mieszanki cynkowej. Struktura wurcytu ZnO to najbardziej stabilna konstrukcja termicznie. ZnO to połączenie pierwiastków metalowych i niemetalicznych tworzące związek jonowy.

Wurcyt ZnO ma układ heksagonalny zamknięty – upakowany. Struktura mieszanki cynku ZnO może być stabilna, jeśli wyhodujemy jej kubiczne podłoża. Kolor surowego tlenku cynku jest szarożółty iw postaci granulek bez zapachu. Omawiamy krócej elektrony walencyjne, kształt, kąt wiązania, pojedyncze pary i różne cechy struktury ZnO z kilkoma innymi faktami.

Jak narysować strukturę ZnO?

Poniżej omawiamy szczegóły rysowania ZnO Wurcyt struktura podana poniżej.

Struktura wurcytu ZnO:

• Struktura ZnO składa się z Zn²⁺ i O^2- Jony.
• Ma heksagonalny zamknięty układ pakowania (HCP) Zn²⁺ i O^2- Jony.
• Ma 6 atomów obecnych na komórkę elementarną.
• W strukturze HCP ma 6 pustych przestrzeni oktaedrycznych i 12 pustych czworościennych.
• Zn²⁺ kationy pokrywają 75% miejsc oktaedrycznych i ½ miejsc tetraedrycznych w heksagonalnej zamkniętej strukturze upakowania.
• O^2- aniony są obecne w rogach i ścianach sześciokąta
• Zarówno atomy Zn, jak i O mają liczbę koordynacyjną 4.
• Każdy Zn²⁺ kation jest otoczony przez 4 O^2- aniony i każdy O^2- anion otacza przez 4 S²⁺ kationy.
• Posiada naprzemienne warstwy Zn²⁺ i O^2- jony tj. O^2-, Zn²⁺, O^2-, Zn²⁺, i tak dalej. W ten sposób tworzy strukturę typu ABAB.
• Ma 2 asymetryczne jednostki w swojej komórce elementarnej HCP.

Elektrony walencyjne struktury ZnO

Najbardziej zewnętrzna powłoka lub orbital pierwiastka zawiera obecne w niej elektrony zwane elektronami walencyjnymi. Spójrz na krótką dyskusję na temat elektronów walencyjnych ZnO.

Struktura ZnO zawiera łącznie 8 elektronów. W tworzeniu ZnO biorą udział dwa główne pierwiastki, tj. atomy cynku i tlenu. Atom metaliczny Zn znajduje się w 12. grupie i zawiera 2 elektrony walencyjne. Podobnie atomy niemetaliczne O obecne w 16. grupie mają w sobie 6 elektronów walencyjnych.

Poniżej podano wyjaśnienia i kroki do obliczenia elektronów walencyjnych struktury ZnO.

• Atom tlenu ma elektrony walencyjne to = 06 x 01 (O) = 06
• Atom cynku ma elektrony walencyjne to = 02 x 01 (Zn) = 02
• Suma elektronów walencyjnych na strukturze ZnO wynosi = 02 (O) + 06 (Zn) = 08
• Całkowite pary elektronowe obecne w strukturze ZnO są określane przez podzielenie jego elektronów walencyjnych przez 2 = 8 / 2 = 4
• Stąd struktura ZnO zawiera łącznie 8 elektronów walencyjnych i łącznie 4 pary elektronów.

Pojedyncze pary struktury ZnO

Niewspólne lub niewiążące elektrony atomu lub cząsteczki nazywane są elektronami samotnej pary. Poniżej porozmawiajmy o elektronach z pojedynczej pary ZnO.

ZnO zawiera osiem samotnych par elektronów. Zawiera osiem elektronów walencyjnych. Pomiędzy atomami Zn (strata) i O (wzmocnienie) dochodzi do utraty i wzmocnienia 2 elektronów, co sprawia, że ​​ZnO jest formą jonową. Nie może tworzyć silnego wiązania kowalencyjnego przez współdzielenie elektronów i nie ma par wiązań.

Obliczanie pojedynczej pary elektronów w strukturze ZnO jest wyjaśnione w poniższych krokach.

• Elektrony samotnej pary na ZnO to = elektrony walencyjne ZnO  (V.E) – Liczba obligacji / 2
• Elektron z pojedynczą parą na atomie Zn to = 0 (V. E) – 0 (wiązania) / 2 = 0
• Samotna para elektronów na atomie O to = 8 (V. E) – 0 (wiązania) / 2 = 8
• Dlatego struktura ZnO zawiera łącznie 8 elektronów samotnych par.

Kształt struktury ZnO

Atomowe ułożenie cząsteczek w sposób definitywnie zamkniętego upakowania tworzącego kształt nazywamy kształtem molekularnym. Spójrz poniżej na szczegóły dotyczące kształtu i geometrii ZnO.

ZnO ma kształty liniowe i czworościenne. W zgodnie z teorią VSEPR ZnO jest związkiem dwuatomowym składa się tylko z dwóch atomów. Ma ogólny wzór AX pokazujący liniową geometrię i kształt ZnO.

Zgodnie z koncepcją krystalografii, związek ZnO wykazuje struktury krystaliczne sfalerytu i wurcytu. W ten sposób pokazuje czworościenną geometrię i kształt w swojej komórce elementarnej.

Hybrydyzacja struktury ZnO

Orbitale atomowe atomów lub cząsteczek mieszają się ze sobą, tworząc nowy orbital hybrydowy o podobnej energii, zwany hybrydyzacją. Zobacz szczegóły hybrydyzacji ZnO.

Cząsteczka ZnO wykazuje hybrydyzację „s” i „sp3”. Ponieważ cząsteczki ZnO mają dwa różne kształty tj. liniowy i czworościenny. Hybrydyzacja 's' ZnO wynika z dwuatomowej natury, w której dwa atomy są połączone obok siebie. Hybrydyzacja „sp3” ZnO wynika z jego numeru koordynacyjnego 4.

Każdy Zn²⁺ otoczki jonowe z 4 O^2- i każdy O^2- otacza z 4 Zn²⁺ jony w rogach czworościan foremny. Orbitale atomowe Zn i O nakładają się na siebie i mieszają ze sobą, tworząc nowy hybrydowy orbital „sp3” o równoważnej energii.

Kąt struktury ZnO

Naprzemienne wiązania za centralnym atomem tworzą kąt lub przerwę, znaną jako kąt wiązania. Zobaczmy krótki szczegółowy opis kąta wiązania cząsteczki ZnO.

ZnO ma kąty wiązania 180 stopni i 109.5 stopni. Kąt wiązania 180 stopni występuje w geometrii liniowej struktury kryształu ZnO, natomiast kąt wiązania 109.5 stopnia występuje w geometrii czworościennej struktury kryształu ZnO.

Czy ZnO jest stałym czy gazowym?

Związki, które mają zamknięte – upakowane układy atomów i mają twardy charakter, nazywamy związkami stałymi. Zobaczmy, czy ZnO jest związkiem stałym czy gazowym.

ZnO jest związkiem stałym. Zn²⁺ i O^2- jony są ściśle upakowane ze sobą z lekkim wiązaniem kowalencyjnym z powodu nakładania się orbitali atomowych atomów Zn i O. Tworzy również strukturę krystaliczną jako strukturę wurcytu i jest dostępny w postaci stałej szarożółtej lub białej granulowanej postaci proszku.

Czy ZnO rozpuszcza się w wodzie?

Zależność rozpuszczenia substancji rozpuszczonej w roztworze wodnym w jego maksymalnej ilości nazywana jest rozpuszczalnością wody.

Związek ZnO jest nierozpuszczalny w wodzie. Jeśli dodamy ZnO do woda tworzy mętny roztwór i ostatecznie osiada na dnie. ZnO ma więcej energii sieciowej niż jego energia nawodnienia. Tak więc wiązania między związkami ZnO nie mogą się oderwać, tworząc wiązanie wodorowe z cząsteczkami wody i pozostają nierozpuszczalne.

Czy ZnO jest polarny czy niepolarny?

Rozkład elektronów i symetria atomów oraz przeciwny ładunek na nim określają cząsteczkę polarną lub niepolarną. Zobaczmy, czy ZnO jest polarny czy niepolarny.

Związek ZnO ma charakter polarny. Ma wartość różnicy elektroujemności 1.79 między atomami Zn i O. To pokazuje, że ZnO jest związkiem wysoce polarnym. Nie wykazuje równoważnego rozkładu elektronów na atomach Zn i O, ponieważ ma an asymetryczny kształt i geometria.

Cała gęstość elektronowa przyciąga w kierunku bardziej elektroujemnego atomu O. W ten sposób generuje na nim dipole netto tworzące dwa przeciwstawne ładunki tj. częściowy ładunek dodatni na atomach Zn i częściowy ładunek ujemny na atomach O potwierdzający, że jest to cząsteczka polarna.

Czy ZnO jest związkiem cząsteczkowym?

Związki zawierające silne wiązania kowalencyjne sigma z obecnością różnych małych cząsteczek nazywane są związkami molekularnymi. Zobaczmy, czy ZnO jest molekularny, czy nie.

ZnO nie jest związkiem molekularnym. Jest związkiem jonowym. Nie może zawierać żadnego silnego wiązania kowalencyjnego sigma, ponieważ ma silne wiązanie jonowe z powodu wymiany elektronów ze sobą. Również jego wzór cząsteczkowy nie wykazuje obecności w nim innych małych cząsteczek.

Czy ZnO jest kwasem czy zasadą?

Akceptor protonów wykazuje charakter zasadowy, a donor protonów charakter kwasowy związków. Poniżej mamy krótką dyskusję na temat tego, czy ZnO ma charakter kwasowy czy zasadowy.

ZnO nie ma charakteru kwasowego ani zasadowego. To naturalnie występująca sól. To jest tlenek metalu, który wchodzi w skład tlenków amfoterycznych i reaguje zarówno ze związkami kwasowymi, jak i zasadowymi, takimi jak kwas solny (HCl) i wodorotlenek sodu (NaOH). Reakcje ZnO z kwasem HCl i zasadą NaOH podano poniżej.

ZnO (s) + 2 HCl (aq) → ZnCl₂ (s) + H.₂O (l) (podstawowa reakcja ZnO)

ZnO (s) + 2 NaOH (roztwór wodny) → Na₂ZnO₂ (s) + H.₂O (l) (kwaśna reakcja ZnO)

Czy elektrolit jest ZnO?

Związek, który ulega jonizacji przez dodanie do wody w celu przewodzenia elektryczności, nazywa się elektrolitami. Rzuć okiem na elektrolityczny charakter ZnO podany poniżej.

ZnO to związek elektrolityczny. Ponieważ jest to związek jonowy. Nie może łatwo jonizować się w wodzie, do rozpuszczenia jej w wodzie potrzebna jest energia zewnętrzna, taka jak ciepło. Podczas jonizacji może działać jako elektrolit i przewodzić prąd zastosowanie prądu zewnętrznego.

Czy sól ZnO?

Sole to stałe związki krystaliczne, które powstają w wyniku reakcji kwasowo-zasadowych w postaci osadu. Zobaczmy poniżej szczegółowo, czy związek ZnO jest solą, czy nie.

ZnO to związek występujący w postaci soli. To połączenie metalu i niemetalu. Kiedy elementy metalowe i niemetalowe wchodzą ze sobą w reakcję, tworzą sól jako produkt. Występuje naturalnie w postaci cynkitu. Reakcja tworzenia tlenku cynku jest pokazana poniżej.

Zn + O → ZnO

Zn²⁺ +O^2- → ZnO

Zn (OH)₂ → ZnO + H₂O

Czy ZnO jest jonowy czy kowalencyjny?

Siła przyciągania elektrostatycznego w atomach wykazuje związki jonowe, a wiązania kowalencyjne sigma w atomach wykazują związki kowalencyjne. Zobaczmy, czy ZnO jest jonowy czy kowalencyjny.

ZnO jest związkiem jonowym. Atom Zn przekazał 2 elektrony walencyjne atomowi O, tworząc na nim ładunek +2. Atom O otrzymuje 2 elektrony walencyjne z atomu Zn tworząc ładunek -2. Tworzy silne wiązanie jonowe w atomach Zn i O dzięki elektrostatycznej sile przyciągania, a nie przez a wiązanie kowalencyjne.

Czy ZnO jest amfoteryczny?

Związki, które mogą reagować zarówno ze związkami kwasowymi, jak i zasadowymi, nazywane są związkami amfoterycznymi. Poniżej omawiamy, czy związek ZnO jest amfoteryczny, czy nie.

ZnO ma charakter amfoteryczny. Elementy należące do do 2., 13., 14. i 15. grupy układu okresowego mogą tworzyć tlenek amfoteryczny. Metal Zn należy do drugiej grupy i reagując z atomami O tworzy amfoteryczny tlenek. Dzięki temu może reagować z mocnym kwasem, takim jak (H₂SO₄) i mocne zasady, takie jak (KOH).

Reakcja ZnO z kwasem siarkowym (H₂SO₄) i wodorotlenek potasu (KOH) podano poniżej.

ZnO + H₂SO₄ → ZnSOXNUMX₄ + H₂O

ZnO + 2 KOH → K₂ZnO₂ + H₂O

Czy ZnO jest półprzewodnikiem?

Półprzewodniki to związki, które mają wartości pomiędzy przewodnikami tj. metalami i izolatorami tj. niemetalami. Przyjrzyj się szczegółom, czy ZnO jest półprzewodnikiem, czy nie.

ZnO jest Semiconductor. Działa jako półprzewodnik typu n ze względu na zanieczyszczenia takie jak P, As itp. obecne w otworach lub wolnych miejscach atomu O w strukturze krystalicznej, zwane defektem wewnętrznym. To ma wartość szerokiego pasma wzbronionego 3.3 eV.

Ma wolne elektrony z powodu zanieczyszczeń, a wolne elektrony są nośnikami ładunku do przewodzenia elektryczności.

Wnioski:

ZnO wykazuje strukturę krystaliczną wurcytu w jego stabilnej postaci. Ma 8 elektronów walencyjnych i samotnych elektronów. Pokazuje kształty liniowe i czworościenne z hybrydyzacją „s” i „sp3” o kątach wiązania 180 i 109.5 stopnia. Jest to stała jonowa sól elektrolityczna nierozpuszczalna w wodzie. Ma charakter amfoteryczny, reagując zarówno z kwasem, jak i z zasadą. Może działać jako półprzewodnik typu n.

Przeczytaj więcej o następującej strukturze i cechach

Dr Shruti Ramteke

Witam wszystkich, jestem dr Shruti M Ramteke, zrobiłem doktorat. w chemii. Pasjonuję się pisaniem i lubię dzielić się swoją wiedzą z innymi. Zapraszam do kontaktu ze mną na LinkedIn