هيكل ZnO والخصائص (15 حقائق مهمة)


ZnO هي الصيغة الكيميائية لـ أكسيد الزنك ويعرف باسم الزنك الأبيض أو كالامين. في هذا التقاطع ، نناقش تفاصيل موجزة عن هيكل ZnO.

يمكن أن يُظهر ZnO تعدد الأشكال وله ثلاثة هياكل مختلفة ، مثل بنية الملح الصخري ، وهيكل wurtzite ، وهيكل مزيج الزنك. هيكل wurtzite لـ ZnO هو الهيكل الأكثر استقرارًا حرارياً. ZnO هو تركيبة العناصر المعدنية وغير المعدنية التي تشكل مركبًا أيونيًا.

يُظهر ZnO wurtzite ترتيبًا سداسيًا مغلقًا ومغلفًا. يمكن أن يكون هيكل مزيج الزنك ZnO مستقرًا إذا قمنا بتنمية ركائزه المكعبة. لون أكسيد الزنك الخام أصفر رمادي وفي شكل حبيبات بدون رائحة. نحن نناقش بإيجاز إلكترونات التكافؤ والشكل وزاوية الرابطة والأزواج المنفردة والخصائص المختلفة لهيكل ZnO مع بعض الحقائق الأخرى.

كيفية رسم هيكل ZnO؟

أدناه نناقش التفاصيل لرسم ZnO Wurtzite الهيكل الموضح أدناه.

هيكل Wurtzite من ZnO:

  • يتكون هيكل ZnO من Zn2+ و يا2- أيونات (+H₃O).
  • يحتوي على تغليف سداسي مغلق (HCP) من الزنك2+ و يا2- أيونات (+H₃O).
  • لديها 6 ذرات موجودة لكل خلية وحدة.
  • في هيكل HCP ، يحتوي على 6 فراغات ثماني السطوح و 12 فراغ رباعي السطوح.
  • Zn2+ تغطي الكاتيونات 75٪ مواقع اوكتاهدرا و½ مواقع رباعي السطوح في بنية تعبئة سداسية الشكل مغلقة.
  • يا2- الأنيونات موجودة في زوايا ووجوه الشكل السداسي
  • كل من ذرات Zn و O لها رقم تنسيق 4.
  • كل زد2+ الكاتيون محاط بـ 4 O2- الأنيونات وكل س2- أنيون يحيط بـ 4 S.2+ اتصال معينة.
  • لها طبقات بديلة من الزنك2+ و يا2- أيونات أي O2-، الزنك2+، و2-، الزنك2+، وهلم جرا. وبالتالي فإنه يشكل بنية من نوع ABAB.
  • يحتوي على وحدتين غير متماثلتين في خلية الوحدة الخاصة به من HCP.
هيكل بلوري ZnO

إلكترونات تكافؤ هيكل ZnO

يحتوي الغلاف الخارجي أو المدار الخارجي لعنصر ما على إلكترونات موجودة فيه تسمى إلكترونات التكافؤ. ألق نظرة على المناقشة الموجزة حول إلكترونات التكافؤ ZnO.

يحتوي هيكل ZnO على إجمالي 8 إلكترونات. يشترك عنصران رئيسيان في تكوين ZnO أي ذرات الزنك والأكسجين. تقدم ذرة الزنك المعدنية في المجموعة الثانية عشرة وتحتوي على إلكترونين تكافؤين. وبالمثل ، فإن ذرات O غير المعدنية الموجودة في المجموعة السادسة عشر بها 12 إلكترونات تكافؤ.

فيما يلي تفسيرات وخطوات لحساب إلكترونات التكافؤ لبنية ZnO.

  • تحتوي ذرة الأكسجين على إلكترونات تكافؤ = 06 × 01 (O) = 06
  • تحتوي ذرة الزنك على إلكترونات تكافؤ = 02 x 01 (Zn) = 02
  • إجمالي إلكترونات التكافؤ على هيكل ZnO = 02 (O) + 06 (Zn) = 08
  • يتم تحديد أزواج الإلكترون الإجمالية الموجودة في هيكل ZnO عن طريق قسمة إلكترونات التكافؤ على 2 = 8/2 = 4
  • ومن ثم فإن هيكل ZnO يحتوي على إجمالي 8 إلكترونات تكافؤ وما مجموعه 4 أزواج إلكترونية.

أزواج هيكل ZnO وحيدة

تسمى الإلكترونات غير المشتركة أو غير المرتبطة بذرة أو جزيء إلكترونات زوج وحيد. أدناه ، دعونا نجري بعض المناقشات حول إلكترونات ZnO الوحيدة الزوجية.

يحتوي ZnO على ثمانية أزواج وحيدة من الإلكترونات. يحتوي على ثمانية إلكترونات تكافؤ. هناك خسارة وكسب 2 إلكترون بين ذرات Zn (خسارة) و O (كسب) مما يجعل ZnO نوعًا أيونيًا. لا يمكن أن تشكل رابطة تساهمية قوية من خلال مشاركة الإلكترون وليس لها أزواج روابط.

يتم شرح الزوج الوحيد لحساب الإلكترون لهيكل ZnO في الخطوات التالية الواردة أدناه.

  • إلكترونات الزوج الوحيد على ZnO هي = إلكترونات التكافؤ لـ ZnO  (V.E) - عدد السندات / 2
  • إلكترون الزوج الوحيد على ذرة Zn = 0 (V.E) - 0 (روابط) / 2 = 0
  • إلكترونات الزوج الوحيد على ذرة O = 8 (V.E) - 0 (روابط) / 2 = 8
  • لذلك تحتوي بنية ZnO على ما مجموعه 8 إلكترونات زوج وحيد.

شكل هيكل ZnO

يُعرف الترتيب الذري للجزيئات بطريقة رزمة مغلقة تمامًا تشكل شكلاً باسم الشكل الجزيئي. ألق نظرة أدناه للحصول على تفاصيل حول شكل وهندسة ZnO.

يُظهر ZnO أشكالًا خطية ورباعية السطوح. في وفقًا لنظرية VSEPR ، ZnO هو مركب ثنائي الذرة تتكون من ذرتين فقط فيه. يحتوي على صيغة عامة AX توضح الهندسة الخطية وشكل ZnO.

وفقًا لمفهوم علم البلورات ، يُظهر مركب ZnO الهياكل البلورية sphalerite و wurtzite. وهكذا فإنه يظهر هندسة وشكل رباعي السطوح في خلية الوحدة الخاصة به.

تهجين هيكل ZnO

تختلط المدارات الذرية للذرات أو الجزيئات مع بعضها البعض لإنتاج مدار هجين جديد بطاقة مماثلة يسمى التهجين. ألق نظرة على تفاصيل تهجين ZnO.

يُظهر جزيء ZnO تهجين 's' و 'sp3'. نظرًا لأن جزيئات ZnO تظهر شكلين مختلفين ، أي خطي ورباعي السطوح. يرجع تهجين ZnO إلى الطبيعة ثنائية الذرة لوجود ذرتين متصلتين بجانب بعضهما البعض. تهجين 'sp3' لـ ZnO يرجع إلى تنسيقه رقم 4.

كل زد2+ أيون يحيط بـ 4 O2- وكل س2- يحيط بـ 4 زن2+ الأيونات في زوايا أ منتظم رباعي السطوح. تتداخل المدارات الذرية Zn و O مع بعضها البعض وتنتج مدارات هجينة جديدة من نوع 'sp3' من الطاقة المكافئة.

زاوية هيكل ZnO

تشكل الروابط البديلة خلف الذرة المركزية زاوية أو فجوة تعرف بزاوية الرابطة. دعونا نرى وصفًا تفصيليًا موجزًا ​​لزاوية رابطة جزيء ZnO.

يحتوي ZnO على زوايا رابطة 180 درجة و 109.5 درجة. زاوية الرابطة 180 درجة موجودة في الهندسة الخطية للهيكل البلوري ZnO ، بينما توجد زاوية الرابطة 109.5 درجة في الهندسة رباعية السطوح للهيكل البلوري ZnO.

هل أكسيد الزنك صلب أم غاز؟

تسمى المركبات التي تحتوي على ترتيبات مغلقة من الذرات والتي تكون صلبة بطبيعتها بالمركبات الصلبة. دعونا نرى ما إذا كان ZnO مركبًا صلبًا أم غازيًا.

ZnO مركب صلب. Zn2+ و يا2- تتراكم الأيونات بشكل وثيق مع بعضها البعض برابطة تساهمية طفيفة بسبب تداخل المدارات الذرية لذرات الزنك والأكسجين. كما أنه يشكل بنية بلورية مثل هيكل wurtzite ومتوفر في شكل مسحوق حبيبي أصفر أو أبيض.

هل يذوب ZnO في الماء؟

إن اعتماد المذاب على الذوبان في محلول مائي بأقصى قدر له يسمى قابلية ذوبان الماء.

مركب ZnO غير قابل للذوبان في الماء. إذا أضفنا ZnO إلى الماء يشكل محلولًا عكرًا ويستقر أخيرًا في القاع. يحتوي ZnO على طاقة شعرية أكثر من طاقة الماء الخاصة به. وبالتالي لا يمكن للروابط بين مركبات ZnO أن تنفصل لتكوين رابطة هيدروجينية مع جزيئات الماء وتبقى غير قابلة للذوبان.

هل ZnO قطبي أم غير قطبي؟

يحدد توزيع الإلكترون وتماثل الذرات والشحنة المعاكسة عليه الجزيء القطبي أو غير القطبي. دعونا نرى ما إذا كان ZnO قطبيًا أم غير قطبي.

مركب ZnO قطبي بطبيعته. لها قيمة فرق كهرسلبية تبلغ 1.79 بين ذرات Zn و O. هذا يدل على أن ZnO مركب قطبي للغاية. لا يُظهر أي توزيع إلكترون مكافئ على ذرات Zn و O نظرًا لأنه يحتوي على الشكل والهندسة غير المتماثلين.

تجتذب كل كثافة الإلكترون نحو ذرة O كهربية أكثر. وبالتالي ، يولد صافي ثنائيات الأقطاب عليه مكونًا شحنتين متعاكستين ، أي شحنة موجبة جزئية على ذرات الزنك وشحنة سالبة جزئية على ذرات O مما يؤكد أنه جزيء قطبي.

هل مركب ZnO الجزيئي؟

المركبات التي تحتوي على روابط تساهمية قوية مع وجود جزيئات صغيرة مختلفة تسمى المركبات الجزيئية. دعونا نرى ما إذا كان ZnO جزيئيًا أم لا.

ZnO ليس مركبًا جزيئيًا. إنه مركب أيوني. لا يمكن أن تحتوي على أي رابطة تساهمية سيجما قوية لأنها تحتوي على رابطة أيونية قوية بسبب تبادل الإلكترونات مع بعضها البعض. أيضًا ، لا تظهر صيغته الجزيئية وجود جزيئات أخرى صغيرة فيه.

هل حمض ZnO أم قاعدته؟

يُظهر متقبل البروتون الطبيعة الأساسية ويظهر المتبرع بالبروتون الطبيعة الحمضية للمركبات. أدناه لدينا مناقشة موجزة حول ما إذا كان ZnO حمض أو قاعدة في الطبيعة.

لا يُظهر ZnO طبيعة حمضية أو أساسية. إنه ملح طبيعي. إنها أكسيد الفلز الذي يأتي تحت أكاسيد مذبذبة ويتفاعل مع كل من المركبات الحمضية والقاعدية مثل حمض الهيدروكلوريك (HCl) وهيدروكسيد الصوديوم (NaOH). تفاعلات ZnO مع حمض HCl وقاعدة NaOH مذكورة أدناه.

ZnO (s) + 2 HCl (aq) → ZnCl2 (ق) + ح2O (ل) (رد فعل أساسي من ZnO)

ZnO (s) + 2 NaOH (aq) → Na2أكسيد الزنك2 (ق) + ح2O (l) (تفاعل حمضي لـ ZnO)

هل المنحل بالكهرباء ZnO؟

يسمى المركب الذي يتأين بإضافة الماء لتوصيل الكهرباء بالكهرباء. ألق نظرة مفصلة موجزة على طبيعة التحليل الكهربائي ZnO الواردة أدناه.

ZnO هو مركب إلكتروليتي. لأنه مركب أيوني. لا يمكن أن يتأين بسهولة في الماء ، فهناك حاجة إلى طاقة خارجية مثل الحرارة لإذابه في الماء. عند التأين ، يمكن أن يكون بمثابة إلكتروليت ويمكنه توصيل الكهرباء على تطبيق التيار الخارجي.

هل ملح ZnO؟

الأملاح عبارة عن مركبات بلورية صلبة تتشكل بسبب تفاعلات حمض - قاعدية في شكل راسب. دعونا نرى أدناه بالتفصيل ما إذا كان مركب ZnO ملحًا أم لا.

ZnO مركب موجود في شكل ملح. إنه مزيج من المعدن وغير المعدني. عندما تتفاعل العناصر المعدنية وغير المعدنية مع بعضها البعض فإنها تشكل الملح كمنتج. يحدث بشكل طبيعي في شكل الزنكيت. يظهر تفاعل تكوين أكسيد الزنك أدناه.

Zn + O → ZnO

Zn2+ + س2- → ZnO

الزنك (OH)2 → ZnO + H.2O

هل ZnO أيوني أم تساهمي؟

تُظهر قوة الجذب الكهروستاتيكية داخل الذرات مركبات أيونية وتظهر الروابط التساهمية سيجما داخل الذرات مركبات تساهمية. دعونا نرى ما إذا كان ZnO أيوني أم تساهمي.

ZnO مركب أيوني. تبرعت ذرة Zn بإلكترونين تكافؤين لذرة O لتشكيل +2 شحنة عليها. تكتسب ذرة O إلكترونين تكافؤين من ذرة Zn مكونة شحنة -2. إنه يشكل رابطة أيونية قوية داخل ذرات Zn و O بسبب قوة الجذب الكهروستاتيكية وليس بواسطة a تساهمية منسقة.

هل ZnO مذبذب؟

المركبات التي يمكن أن تتفاعل مع كل من المركبات الحمضية والقاعدية تسمى المركبات المذبذبة. أدناه نحن نناقش على مركب ZnO هو مذبذب أم لا.

ZnO له طبيعة مذبذبة. العناصر المنتمية يمكن أن تشكل مجموعات الجدول الدوري الثاني والثالث عشر والرابع عشر والخامس عشر أكسيد مذبذب. ينتمي معدن الزنك إلى المجموعة الثانية ويتفاعل مع ذرات O يشكل أكسيد مذبذب. وبالتالي يمكن أن يتفاعل مع حمض قوي مثل (H2SO4) وقواعد قوية مثل (KOH).

تفاعل ZnO مع حامض الكبريتيك (H2SO4) وهيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) أدناه.

ZnO + H.2SO4 → ZnSO4 + H2O

ZnO + 2 KOH → K.2أكسيد الزنك2 + H2O

هل ZnO أشباه الموصلات؟

أشباه الموصلات هي المركبات التي لها قيم بين الموصلات ، أي المعادن والعوازل ، أي اللافلزات. ألقِ نظرة على التفاصيل حول ما إذا كان ZnO هو أشباه الموصلات أم لا.

ZnO هو ملف أشباه الموصلات. إنه يعمل كأشباه موصلات من النوع n بسبب الشوائب مثل P ، As ، إلخ. الموجودة في الثقوب أو الأماكن الشاغرة لذرة O في التركيب البلوري الذي يسمى العيب الجوهري. لديها قيمة فجوة النطاق العريضة 3.3 فولت.

لديها إلكترونات حرة بسبب الشوائب والإلكترونات الحرة هي ناقلات شحن لتوصيل الكهرباء.

الخلاصة:

يُظهر ZnO بنية Wurtzite البلورية في شكلها المستقر. لديها 8 إلكترونات تكافؤ وإلكترونات زوج وحيد. يعرض الأشكال الخطية ورباعية السطوح مع تهجين "s" و "sp3" بزوايا رابطة 180 و 109.5 درجة. هو ملح إلكتروليتي صلب غير قابل للذوبان في الماء. لها طبيعة مذبذبة للتفاعل مع الحمض والقاعدة على حد سواء. يمكن أن يكون بمثابة أشباه الموصلات من النوع n.

د. شروتي رامتكي

مرحباً بالجميع ، أنا دكتور شروتي إم رامتيك ، لقد حصلت على درجة الدكتوراه في الكيمياء. لديّ خمس سنوات من الخبرة في التدريس لـ 11-12 معيارًا و B و Sc و MSc في مادة الكيمياء. لقد نشرت ما مجموعه خمس مقالات بحثية خلال الدكتوراه في عملي البحثي ولدي زمالة من UGC للحصول على درجة الدكتوراه. ماجستير في الكيمياء غير العضوية وتخرجي في مواد الكيمياء وعلم الحيوان وعلوم البيئة. شكرا

آخر المقالات