SENG OKSIDA (ZNO): STRUKTUR, SIFAT, KEGUNAAN, RISIKO - KIMIA - 2025

The seng oksida merupakan senyawa anorganik dengan rumus kimia ZnO. Ia hanya terdiri dari ion Zn ²⁺ dan O ^2- dengan rasio 1: 1; akan tetapi, kisi kristalnya dapat menimbulkan kekosongan O ² , yang menimbulkan kerusakan struktur yang mampu mengubah warna kristal sintetiknya.

Ini diperoleh secara komersial sebagai padatan putih bubuk (gambar bawah), yang diproduksi langsung dari oksidasi seng logam oleh Proses Prancis; atau membuat bijih seng mengalami reduksi karbotermik, sedemikian rupa sehingga uapnya kemudian teroksidasi dan akhirnya memadat.

Perhatikan kaca dengan seng oksida. Sumber: Adam Rędzikowski

Metode lain untuk membuat ZnO terdiri dari pengendapan hidroksida, Zn (OH) ₂ , dari larutan air garam seng. Demikian juga, film tipis atau nanopartikel ZnO yang bervariasi secara morfologis dapat disintesis dengan teknik yang lebih canggih seperti deposisi kimiawi dari uapnya.

Oksida logam ini ditemukan di alam sebagai mineral zincite, yang kristalnya biasanya berwarna kuning atau oranye karena pengotor logam. Kristal ZnO dicirikan sebagai piezoelektrik, termokromik, luminescent, polar, dan juga dengan memiliki pita energi yang sangat lebar pada sifat semikonduktornya.

Secara struktural itu isomorfik terhadap seng sulfida, ZnS, mengadopsi kristal heksagonal dan kubik yang mirip dengan wurzite dan blende, masing-masing. Di sini ada karakter kovalen tertentu dalam interaksi antara Zn ²⁺ dan O ^2- , yang membuat ada distribusi muatan yang heterogen dalam kristal ZnO.

Studi tentang sifat dan penggunaan ZnO meluas ke bidang fisika, elektronik, dan biomedis. Penggunaannya yang paling sederhana dan paling sehari-hari tidak diketahui dalam komposisi krim wajah dan produk kebersihan pribadi, serta tabir surya.

Struktur

Polimorf

ZnO mengkristal dalam kondisi tekanan dan suhu normal dalam struktur wurzit heksagonal. Dalam struktur ini, ion Zn ²⁺ dan O ^2- tersusun dalam lapisan yang bergantian, sedemikian rupa sehingga masing-masing berakhir dikelilingi oleh tetrahedron, dengan ZnO ₄ atau OZn ₄ .

Juga, dengan menggunakan "template" atau penyangga kubik, ZnO dapat dibuat mengkristal menjadi struktur campuran seng kubik; yang, seperti wurzite, bersesuaian dengan struktur isomorfik (identik di ruang angkasa tetapi dengan ion berbeda) seng sulfida, ZnS.

Selain dua struktur ini (wurzite dan blende), ZnO di bawah tekanan tinggi (sekitar 10 GPa) mengkristal dalam struktur garam batuan, sama seperti NaCl.

Interaksi

Interaksi antara Zn ²⁺ dan O ^2- menghadirkan karakter kovalensi tertentu, yang di dalamnya terdapat sebagian ikatan kovalen Zn-O (kedua atom dengan hibridisasi sp ³ ), dan karena distorsi tetrahedra, mereka mewujudkan momen dipol yang menambah daya tarik ionik kristal ZnO.

Struktur blende (kiri) dan wurzite (kanan) dari ZnO. Sumber: Gabriel Bolívar.

Anda memiliki gambar atas untuk memvisualisasikan tetrahedra yang disebutkan untuk struktur ZnO.

Perbedaan antara struktur blenda dan wurzit juga terletak pada terlihat dari atas, ion-ionnya tidak mengalami gerhana. Misalnya, di wurzite, bola putih (Zn ²⁺ ) terlihat tepat di atas bola merah (O ^2- ). Di sisi lain, dalam struktur campuran kubik hal ini tidak terjadi karena ada tiga lapisan: A, B dan C, bukan hanya dua.

Morfologi partikel nano

Meskipun kristal ZnO cenderung memiliki struktur wurzit heksagonal, morfologi nanopartikelnya adalah cerita lain. Bergantung pada parameter dan metode sintesis, ini dapat mengambil berbagai bentuk seperti batang, pelat, daun, bola, bunga, ikat pinggang, jarum, dan lain-lain.

Properti

Penampilan fisik

Bedak padat berwarna putih tidak berbau dengan rasa pahit. Di alam dapat ditemukan mengkristal, dengan pengotor logam, seperti mineral zincite. Jika kristal seperti itu berwarna putih, mereka menunjukkan termokromisme, yang berarti bahwa ketika dipanaskan, warnanya berubah: dari putih menjadi kuning.

Demikian juga, kristal sintetisnya dapat menghasilkan warna kemerahan atau kehijauan tergantung pada komposisi oksigen stoikiometri; dengan kata lain, celah atau kekosongan yang disebabkan oleh kekurangan anion O ^2- secara langsung mempengaruhi cara cahaya berinteraksi dengan jaringan ionik.

Masa molar

81,406 g / mol

Titik lebur

1974 ° C. Pada suhu ini ia mengalami dekomposisi termal yang melepaskan uap seng dan oksigen molekuler atau gas.

Massa jenis

5,1 g / cm ³

Kelarutan air

ZnO praktis tidak larut dalam air, hampir tidak menimbulkan larutan dengan konsentrasi 0,0004% pada 18ºC.

Amfoterisme

ZnO dapat bereaksi dengan asam dan basa. Ketika bereaksi dengan asam dalam larutan air, kelarutannya meningkat dengan membentuk garam terlarut dimana Zn ²⁺ berakhir dengan pengompleksan dengan molekul air: ²⁺ . Misalnya, ia bereaksi dengan asam sulfat untuk menghasilkan seng sulfat:

ZnO + H ₂ SO ₄ → ZnSO ₄ + H ₂ O

Demikian pula, ia bereaksi dengan asam lemak untuk membentuk garamnya masing-masing, seperti seng stearat dan palmitat.

Dan ketika bereaksi dengan basa, dengan adanya air, garam seng terbentuk:

ZnO + 2NaOH + H ₂ O → Na ₂

Kapasitas panas

40,3 J / K mol

Kesenjangan energi langsung

3,3 eV. Nilai ini menjadikannya semikonduktor broadband, yang mampu beroperasi di bawah medan listrik yang intens. Ia juga memiliki karakteristik sebagai semikonduktor tipe-n, yang belum dijelaskan mengapa ada tambahan pasokan elektron dalam strukturnya.

Oksida ini dibedakan berdasarkan sifat optik, akustik, dan elektroniknya, yang karenanya ia dianggap sebagai kandidat untuk aplikasi potensial yang terkait dengan pengembangan perangkat optoelektronik (sensor, dioda laser, sel fotovoltaik). Alasan sifat seperti itu berada di luar bidang fisika.

Aplikasi

Obat

Seng oksida telah digunakan sebagai aditif dalam banyak krim putih untuk mengobati iritasi kulit, jerawat, dermatitis, lecet, dan retakan. Di area ini penggunaannya populer untuk meredakan iritasi akibat popok pada kulit bayi.

Selain itu, ia merupakan komponen tabir surya, karena bersama dengan nanopartikel titanium dioksida, TiO ₂ , membantu memblokir radiasi ultraviolet matahari. Selain itu, ia bertindak sebagai zat pengental, itulah sebabnya ia ditemukan dalam riasan ringan tertentu, lotion, enamel, bedak dan sabun.

Di sisi lain, ZnO adalah sumber seng yang digunakan dalam suplemen makanan dan produk vitamin, serta sereal.

Antibakteri

Menurut morfologi nanopartikelnya, ZnO dapat diaktifkan di bawah radiasi ultraviolet untuk menghasilkan hidrogen peroksida atau spesies reaktif yang melemahkan membran sel mikroorganisme.

Ketika ini terjadi, nanopartikel ZnO yang tersisa membentuk sitoplasma dan mulai berinteraksi dengan kompendium biomolekul yang menyusun sel, sehingga terjadi apoptosis.

Itulah mengapa tidak semua nanopartikel dapat digunakan dalam komposisi tabir surya, tetapi hanya yang kurang memiliki aktivitas antibakteri.

Produk dengan jenis ZnO ini ditujukan, dilapisi dengan bahan polimer yang larut, untuk mengobati infeksi, luka, bisul, bakteri, dan bahkan diabetes.

Pigmen dan pelapis

Pigmen yang dikenal sebagai seng putih adalah ZnO, yang ditambahkan ke berbagai cat dan pelapis untuk melindungi permukaan logam yang diaplikasikan dari korosi. Misalnya, pelapis dengan ZnO tambahan digunakan untuk melindungi besi galvanis.

Di sisi lain, pelapis ini juga telah digunakan pada kaca jendela untuk mencegah panas masuk (jika berada di luar) atau masuk (jika ada di dalam). Demikian juga, melindungi beberapa bahan polimer dan tekstil dari kerusakan akibat aksi radiasi matahari dan panas.

Bioimages

Pendaran nanopartikel ZnO telah dipelajari untuk digunakan dalam bioimaging, sehingga mempelajari struktur internal sel dengan menggunakan cahaya biru, hijau atau oranye yang memancar.

Aditif

ZnO juga menemukan penggunaan sebagai aditif pada karet, semen, pasta gigi, gelas dan keramik, karena titik lelehnya yang lebih rendah dan, oleh karena itu, berperilaku sebagai bahan peremaja.

Penghilang hidrogen sulfida

ZnO menghilangkan gas tidak menyenangkan dari H ₂ S, membantu menghilangkan sulfur beberapa asap gas:

ZnO + H ₂ S → ZnS + H ₂ O

Resiko

Seng oksida seperti itu adalah senyawa yang tidak beracun dan tidak berbahaya, sehingga penanganan yang hati-hati terhadap padatannya tidak menimbulkan risiko apa pun.

Masalahnya, bagaimanapun, terletak pada asapnya, karena meskipun pada suhu tinggi membusuk, uap seng akhirnya mencemari paru-paru dan menyebabkan semacam “demam logam”. Penyakit ini ditandai dengan gejala batuk, demam, rasa sesak di dada, dan rasa logam yang konstan di mulut.

Ia juga tidak karsinogenik, dan krim yang mengandungnya belum terbukti meningkatkan penyerapan seng ke dalam kulit, jadi tabir surya berbahan ZnO dianggap aman; kecuali ada reaksi alergi, dalam hal ini penggunaannya harus dihentikan.

Mengenai partikel nano tertentu yang dirancang untuk memerangi bakteri, ini dapat memiliki efek negatif jika tidak diangkut dengan benar ke tempat kerja mereka.

Referensi

1. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Seng oksida. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Hadis Morkoç dan Ümit Özgur. (2009). Seng Oksida: Dasar-dasar, Material dan Teknologi Perangkat. . Diperoleh dari: application.wiley-vch.de
4. Parihar, M. Raja dan R. Paulose. (2018). Ulasan singkat tentang sifat struktural, listrik dan elektrokimia nanopartikel seng oksida. . Diperoleh dari: ipme.ru
5. A. Rodnyi dan IV Khodyuk. (2011). Sifat Optik dan Luminescence dari Zinc Oxide. Diperoleh dari: arxiv.org
6. Siddiqi, KS, Ur Rahman, A., Tajuddin, & Husen, A. (2018). Sifat Nanopartikel Seng Oksida dan Aktivitasnya Melawan Mikroba. Surat penelitian skala nano, 13 (1), 141. doi: 10.1186 / s11671-018-2532-3
7. KimiaSafetyFacts. (2019). Seng Oksida. Diperoleh dari: chemicalafetyfacts.org
8. Jinhuan Jiang, Jiang Pi, dan Jiye Cai. (2018). Kemajuan Nanopartikel Seng Oksida untuk Aplikasi Biomedis. Kimia dan Aplikasi Bioinorganik, vol. 2018, ID Artikel 1062562, 18 halaman. doi.org/10.1155/2018/1062562