Оксид цинка

Физические свойства

• Теплопроводность: 54 Вт/(м·К)^[2].

Оксид цинка является прямозонным полупроводником с шириной запрещённой зоны 3,36 эВ. Естественное смещение стехиометрического отношения в сторону обогащения кислородом придаёт ему электронный тип проводимости.

Эффективная масса носителей заряда m_p 0,59m_e; m_n 0,24m_e.

При нагревании вещество меняет цвет: белый при комнатной температуре, оксид цинка становится жёлтым. Объясняется это уменьшением ширины запрещённой зоны и сдвигом края в спектре поглощения из УФ-области в синюю область видимого спектра.

При температурах 1350—1800 °C оксид цинка сублимируется, сублимация идет через механизм разложения оксида цинка на цинк и кислород в высокотемпературной зоне и образование оксида в низкотемпературной зоне, скорости сублимации зависят от состава газовой среды, в которой она проводится^[3].

Химические свойства

Химически оксид цинка амфотерен — реагирует с кислотами с образованием соответствующих солей цинка, при взаимодействии с растворами щелочей образует комплексные три- тетра- и гексагидроксоцинкаты (например, ${\displaystyle {\ce {Na2[Zn(OH)4],}}}$ ${\displaystyle {\ce {Ba2[Zn(OH)6]}}}$ и др.):

${\displaystyle {\ce {[Zn(OH)3]- + OH- -> [Zn(OH)4]^{2-}.}}}$

Оксид цинка растворяется в водном растворе аммиака, образуя комплексный аммиакат:

${\displaystyle {\ce {ZnO + 4NH3 + H2O -> [Zn(NH3)4](OH)2.}}}$

При сплавлении со щелочами и оксидами некоторых металлов оксид цинка образует цинкаты:

${\displaystyle {\ce {ZnO + 2NaOH -> Na2ZnO2 + H2O;}}}$

${\displaystyle {\ce {ZnO + CoO -> CoZnO2.}}}$

При сплавлении с оксидом бора и диоксидом кремния оксид цинка образует стеклообразные бораты и силикаты:

${\displaystyle {\ce {ZnO + B2O3 -> Zn(BO2)2;}}}$

${\displaystyle {\ce {ZnO + SiO2 ->ZnSiO3.}}}$

При смешивании порошка оксида цинка с концентрированным раствором хлорида цинка образуется быстро (за 2—3 минуты) твердеющая масса — цинковый цемент^[4].

Известен природный минерал цинкит, состоящий в основном из оксида цинка.

• Сжиганием паров цинка в кислороде («французский процесс»).
• Термическим разложением некоторых солей цинка:
  • ацетата ${\displaystyle {\ce {Zn(CH3COO)2}}}$ ;
  • гидроксида ${\displaystyle {\ce {Zn(OH)2}}}$ ;
  • карбоната ${\displaystyle {\ce {ZnCO3}}}$ ;
  • нитрата ${\displaystyle {\ce {Zn(NO3)2}}}$ .
• Окислительным обжигом сульфида ${\displaystyle {\ce {ZnS}}}$ .
• С помощью гидротермального синтеза^[5].
• Извлечением из пылей и шламов заводов чёрной металлургии, особенно перерабатывающих металлолом (он содержит значительную долю оцинкованного железа).

Оксид цинка широко применяют в химической и фармацевтической промышленности. Применяется в составе зубных паст и цементов в терапевтической стоматологии, в солнцезащитных кремах, в косметических процедурах, в производстве в качестве наполнителя резины, искусственной кожи и резинотехнических изделий. Применяется в шинной, лакокрасочной, нефтеперерабатывающей промышленностях. Оксид цинка применяют при производстве стекла и керамики.

В химической промышленности

• Активатор вулканизации некоторых типов каучуков.
• Вулканизирующий агент хлоропреновых каучуков.
• Катализатор получения метанола.
• Белый пигмент при производстве красок и эмалей (с начала XXI века вытесняется нетоксичным диоксидом титана ${\displaystyle {\ce {TiO2}}}$ ). Был особенно востребован художниками во второй половине XIX века в виде цинковых белил, поскольку новая масляная техника alla prima, основанная на письме в один приём, требовала долго сохнущих красок, каковыми и являлись последние.^[6]
• Наполнитель и пигмент в производстве:
  • резины;
  • пластмасс;
  • бумаги;
  • парфюмерных и косметических средств.
• Добавка к кормам для животных.
• В производстве стекла и красок на основе жидкого стекла;
• Как один из компонентов преобразователя ржавчины^{[источник не указан 1947 дней]}.

Известно также, что оксид цинка обладает фотокаталитической активностью^[7], что на практике используется для создания самоочищающихся поверхностей, бактерицидных покрытий для стен и потолков в больницах и пр. Для фотокаталитической очистки воды в промышленных масштабах оксид цинка в настоящее время не используется^{[источник не указан 1947 дней]}.

В электронике

Оксид цинка применяется для производства варисторов, которые используются в современных ограничителях перенапряжений (ОПН) взамен морально устаревших газонаполненных разрядников.

Кроме того, порошок оксида цинка — перспективный материал в качестве рабочей среды для порошковых лазеров^{[источник не указан 1947 дней]}. На основе оксида цинка в комбинации с нитридом галлия создан светодиод голубого цвета^[8][9].

Тонкие плёнки и иные наноструктуры на основе оксида цинка могут применяться как чувствительные газовые и биологические сенсоры^[10][11].

Также оксид цинка входит в состав теплопроводных паст, например, пасты КПТ-8.

В медицине

В медицине используется в качестве компонента лекарственных средств наружного применения, используемых в дерматологии. Обладает противовоспалительным, подсушивающим, адсорбирующим, вяжущим и антисептическим действием.

Применяют в виде присыпки, мази, пасты, линимента, Из него делают временные пломбы. Является одним из компонентов ряда комплексных дерматологических и косметических препаратов, таких как «Цинковая мазь», «Паста Лассара» и пр.

Фармакологическое действие обусловлено тем, что оксид цинка образует альбуминаты и денатурирует белки. При нанесении на поражённую поверхность уменьшает явления экссудации, воспаления и раздражения тканей, образует защитный барьер от действия раздражающих факторов.

Может применяться при дерматите, в том числе пелёночном, опрелостях, потнице, поверхностных ранах и ожогах (солнечные ожоги, порезы, царапины), язвенных поражениях кожи (трофических язвах), пролежнях, экземе в стадии обострения, простом герпесе, стрептодермии.

Соединение малотоксично, но его пыль вредна для органов дыхания и может вызвать литейную лихорадку, ПДК в воздухе рабочих помещений — 0,5 мг/м³ (по ГОСТ 10262-73). Пыль соединения может образовываться при термической обработке изделий из латуни и литья медных сплавов, содержащих цинк.

• Перельман В. И. Краткий справочник химика. — М.—Л.: Химия, 1964.
• Бовина Л. А. и др. Физика соединений AIIBVI / под ред. А. Н. Георгобиани, М. К. Шейнкмана. — М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1986. — 319, [1] с.: рис., табл. — 2600 экз.
• Статья «Цинка окись» в Большой советской энциклопедии.

• Özgür Ü., Alivov Ya. I., Liu C., Teke A., Reshchikov M. A., Doğan S., Avrutin V., Cho S.-J., Morkoç H. A comprehensive review of ZnO materials and devices // Journal of Applied Physics. — 2005. — Vol. 98. — P. 041301. — ISSN 00218979. — doi:10.1063/1.1992666.