Projekt zur Herstellung empfindlicher Elemente von Fotowiderständen auf Basis von Cadmiumsulfid. Verfahren zur Herstellung von Cadmiumsulfid mittels sulfatreduzierender Bakterien. Bandlücke von Cadmiumsulfid

(Cadmium)Cd , chemisches Element 12 ( IIb ) Gruppen des Periodensystems. Ordnungszahl 48, relative Atommasse 112,41. Natürliches Cadmium besteht aus acht stabilen Isotopen: 106 Cd (1,22 %), 108 Cd (0,88 %), 110 Cd (12,39 %), 111 Cd (12,75 %), 112 Cd (24,07 %), 113 Cd (12,26 %), 114 Cd (28,85 %) und 116 Cd (7,58 %). Oxidationsstufe +2, selten +1.

Cadmium wurde 1817 vom deutschen Chemiker Friedrich Strohmeyer entdeckt (

Stromeyer Friedrich ) (17761835).

Bei der Überprüfung von Zinkoxid, das in einer der Schenebec-Fabriken hergestellt wurde, entstand der Verdacht, dass es eine Beimischung von Arsen enthielt. Als das Arzneimittel in Säure gelöst wurde und Schwefelwasserstoff durch die Lösung geleitet wurde, bildete sich ein gelber Niederschlag, der Arsensulfiden ähnelte. Eine genauere Prüfung ergab jedoch, dass dieses Element nicht vorhanden war. Zur endgültigen Schlussfolgerung wurde eine Probe verdächtigen Zinkoxids und anderer Zinkpräparate (einschließlich Zinkcarbonat) aus derselben Fabrik an Friedrich Strohmeyer geschickt, der ab 1802 den Lehrstuhl für Chemie an der Universität Göttingen innehatte und die Position des Generalinspekteurs innehatte Hannoversche Apotheken.

Durch die Kalzinierung von Zinkcarbonat erhielt Strohmeyer ein Oxid, jedoch nicht weiß, wie es hätte sein sollen, sondern gelblich. Er ging davon aus, dass die Farbe durch eine Beimischung von Eisen entstanden sei, es stellte sich jedoch heraus, dass kein Eisen vorhanden war. Strohmeyer analysierte Zinkpräparate vollständig und stellte fest, dass die gelbe Farbe auf ein neues Element zurückzuführen war. Es wurde nach dem Zinkerz benannt, in dem es gefunden wurde: das griechische Wort

kadmeia , „Cadmiumerde“, alter Name für Smithsonit ZnCO 3. Der Legende nach geht dieses Wort auf den Namen des Phöniziers Cadmus zurück, der angeblich als erster Zinkstein fand und dessen Fähigkeit bemerkte, Kupfer (wenn es aus Erz geschmolzen wurde) eine goldene Farbe zu verleihen. Derselbe Name wurde dem Helden der antiken griechischen Mythologie gegeben: Einer Legende zufolge besiegte Cadmus den Drachen in einem schwierigen Duell und errichtete auf seinem Land die Festung Cadmea, um die herum dann die Stadt Theben mit sieben Toren wuchs.Vorkommen von Cadmium in der Natur und seine industrielle Gewinnung. Der Cadmiumgehalt in der Erdkruste beträgt 1,6·10 5 %. Es kommt ähnlich häufig vor wie Antimon (2·105 %) und ist doppelt so häufig wie Quecksilber (8·106 %). Cadmium ist durch die Migration in heißes Grundwasser zusammen mit Zink und anderen chemischen Elementen gekennzeichnet, die zur Bildung natürlicher Sulfide neigen. Es konzentriert sich in hydrothermalen Sedimenten. Vulkangesteine ​​enthalten bis zu 0,2 mg Cadmium pro kg; unter den Sedimentgesteinen sind Tone am reichsten an Cadmium (bis zu 0,3 mg/kg) und in geringerem Maße auch Kalk- und Sandsteine ​​(ca. 0,03 mg/kg). Der durchschnittliche Cadmiumgehalt im Boden beträgt 0,06 mg/kg.

Cadmium hat sein eigenes Mineral Greenockit

CdS, Otavit CdCO 3, Monteponit CdO . Sie bilden jedoch keine eigenen Einlagen. Die einzige industriell bedeutsame Quelle für Cadmium sind Zinkerze, wo es in einer Konzentration von 0,015 % enthalten ist. Cadmium reichert sich auch in Bleiglanz (bis zu 0,02 %), Chalkopyrit (bis zu 0,12 %), Pyrit (bis zu 0,02 %), Stannit (bis zu 0,2 %) an. Die gesamten weltweiten Cadmiumressourcen werden auf 20 Millionen Tonnen geschätzt, die industriellen auf 600.000 Tonnen.Eigenschaften einer einfachen Substanz und industrielle Produktion von metallischem Cadmium. Cadmium ist ein silbriger Feststoff mit bläulichem Schimmer auf einer frischen Oberfläche, ein weiches, formbares, formbares Metall, das sich leicht zu Platten rollen und leicht polieren lässt. Wie Zinn erzeugen Cadmiumstäbe beim Biegen ein knackendes Geräusch. Schmilzt bei 321,1 °C, siedet bei 766,5 °C, Dichte 8,65 g/cm 3, wodurch es als Schwermetall eingestuft werden kann.

Cadmium ist in trockener Luft stabil. In feuchter Luft verblasst es schnell und reagiert beim Erhitzen leicht mit Sauerstoff, Schwefel, Phosphor und Halogenen. Cadmium reagiert nicht mit Wasserstoff, Stickstoff, Kohlenstoff, Silizium und Bor.

Cadmiumdampf interagiert mit Wasserdampf und setzt Wasserstoff frei. Säuren lösen Cadmium auf und bilden Salze dieses Metalls. Cadmium reduziert Ammoniumnitrat in konzentrierten Lösungen zu Ammoniumnitrit. Es wird in wässriger Lösung durch Kationen einiger Metalle wie Kupfer oxidiert (

II) und Eisen(III ). Im Gegensatz zu Zink interagiert Cadmium nicht mit alkalischen Lösungen.

Die Hauptquellen für Cadmium sind Zwischenprodukte der Zinkproduktion. Metallniederschläge, die nach der Reinigung von Zinksulfatlösungen durch Einwirkung von Zinkstaub erhalten werden, enthalten 212 % Cadmium. Die bei der destillativen Herstellung von Zink entstehenden Fraktionen enthalten 0,7-1,1 % Cadmium und die bei der rektifizierenden Reinigung von Zink erhaltenen Fraktionen enthalten bis zu 40 % Cadmium. Cadmium wird auch aus Staub von Blei- und Kupferhütten gewonnen (er kann bis zu 5 % bzw. 0,5 % Cadmium enthalten). Der Staub wird üblicherweise mit konzentrierter Schwefelsäure behandelt und anschließend das Cadmiumsulfat mit Wasser ausgelaugt.

Cadmiumschwamm wird aus Cadmiumsulfatlösungen durch Einwirkung von Zinkstaub ausgefällt, dann in Schwefelsäure gelöst und die Lösung durch Einwirkung von Zinkoxid oder Natriumcarbonat sowie durch Ionenaustauschmethoden von Verunreinigungen gereinigt. Metallisches Cadmium wird durch Elektrolyse an Aluminiumkathoden oder durch Reduktion mit Zink isoliert.

Um Zink und Blei zu entfernen, wird Cadmiummetall unter einer Alkalischicht geschmolzen. Die Schmelze wird mit Aluminium zur Entfernung von Nickel und Ammoniumchlorid zur Entfernung von Thallium behandelt. Durch zusätzliche Reinigungsmethoden ist es möglich, Cadmium mit einem Verunreinigungsgehalt von 10,5 Gew.-% zu gewinnen.

Jährlich werden etwa 20.000 Tonnen Cadmium produziert. Das Produktionsvolumen hängt weitgehend vom Umfang der Zinkproduktion ab.

Das wichtigste Einsatzgebiet von Cadmium ist die Herstellung chemischer Energieträger. Cadmiumelektroden werden in Batterien und Akkumulatoren verwendet. Die negativen Platten von Nickel-Cadmium-Batterien bestehen aus Eisengeflechten mit Cadmiumschwamm als Wirkstoff. Die positiven Platten sind mit Nickelhydroxid beschichtet. Der Elektrolyt ist eine Lösung von Kaliumhydroxid. Kompaktbatterien für Lenkflugkörper werden ebenfalls auf Basis von Cadmium und Nickel hergestellt, nur werden in diesem Fall nicht Eisen, sondern Nickelnetze als Basis verbaut.

Die in einer Nickel-Cadmium-Alkalibatterie ablaufenden Prozesse können durch die Gesamtgleichung beschrieben werden:

Cd + 2NiO(OH) + 2H 2 O Cd(OH) 2 + 2Ni(OH) 2 Nickel-Cadmium-Alkalibatterien sind zuverlässiger als Blei-Säure-Batterien. Diese Stromquellen zeichnen sich durch hohe elektrische Eigenschaften, stabilen Betrieb und lange Lebensdauer aus. Sie können in nur einer Stunde aufgeladen werden. Allerdings können Nickel-Cadmium-Batterien nicht wieder aufgeladen werden, ohne vorher vollständig entladen zu werden (in dieser Hinsicht sind sie Metallhydrid-Batterien unterlegen).

Cadmium wird häufig zum Auftragen von Korrosionsschutzbeschichtungen auf Metalle verwendet, insbesondere wenn diese mit Meerwasser in Kontakt kommen. Die wichtigsten Teile von Schiffen, Flugzeugen sowie verschiedenen Produkten, die für den Betrieb in tropischen Klimazonen vorgesehen sind, sind mit Cadmium beschichtet. Früher wurden Eisen und andere Metalle durch Eintauchen von Produkten in geschmolzenes Cadmium mit Cadmium beschichtet; heute wird die Cadmiumbeschichtung elektrolytisch aufgetragen.

Cadmiumbeschichtungen haben gegenüber Zinkbeschichtungen einige Vorteile: Sie sind korrosionsbeständiger und lassen sich leichter gleichmäßig und glatt machen. Die hohe Duktilität solcher Beschichtungen gewährleistet die Dichtheit von Gewindeverbindungen. Darüber hinaus ist Cadmium im Gegensatz zu Zink in alkalischer Umgebung stabil.

Allerdings bringt die Cadmiumbeschichtung ihre eigenen Probleme mit sich. Beim elektrolytischen Auftragen von Cadmium auf ein Stahlteil kann der im Elektrolyten enthaltene Wasserstoff in das Metall eindringen. Es führt bei hochfesten Stählen zu einer sogenannten Wasserstoffversprödung, die unter Belastung zu einem unerwarteten Versagen des Metalls führt. Um dieses Phänomen zu verhindern, wird in Cadmiumbeschichtungen ein Titanzusatz eingebracht.

Darüber hinaus ist Cadmium giftig. Obwohl Cadmiumzinn recht häufig verwendet wird, ist es daher verboten, es für die Herstellung von Küchenutensilien und Lebensmittelbehältern zu verwenden.

Etwa ein Zehntel der weltweiten Cadmiumproduktion wird für die Herstellung von Legierungen aufgewendet. Cadmiumlegierungen werden hauptsächlich als Gleitwerkstoffe und Lote verwendet. Die Legierung, die 99 % Cadmium und 1 % Nickel enthält, wird zur Herstellung von Lagern verwendet, die in Automobil-, Flugzeug- und Schiffsmotoren bei hohen Temperaturen betrieben werden. Da Cadmium nicht ausreichend beständig gegen Säuren ist, einschließlich der in Schmiermitteln enthaltenen organischen Säuren, werden Lagerlegierungen auf Cadmiumbasis manchmal mit Indium beschichtet.

Durch das Legieren von Kupfer mit geringen Zusätzen von Cadmium ist es möglich, Drähte in elektrischen Transportleitungen verschleißfester zu machen. Kupfer mit Cadmiumzusatz unterscheidet sich in der elektrischen Leitfähigkeit kaum von reinem Kupfer, ist jedoch in Festigkeit und Härte deutlich überlegen.

Cadmium ist in Woods Metall enthalten, einer niedrig schmelzenden Legierung mit 50 % Wismut, 25 % Blei, 12,5 % Zinn, 12,5 % Cadmium. Woods Legierung kann in kochendem Wasser geschmolzen werden. Es ist merkwürdig, dass die Anfangsbuchstaben von Die Bestandteile der Wood-Legierung bilden die Abkürzung VOSK. Sie wurde 1860 von dem nicht sehr berühmten englischen Ingenieur B. Wood erfunden (

B. Holz ). Diese Erfindung wird oft fälschlicherweise ihrem Namensgeber, dem berühmten amerikanischen Physiker, zugeschrieben Robert Williams Wood, der nur acht Jahre später geboren wurde. Niedrig schmelzende Cadmiumlegierungen werden als Werkstoff zur Herstellung dünner und komplexer Gussteile, in automatischen Brandschutzsystemen und zum Verlöten von Glas mit Metall verwendet. Cadmiumhaltige Lote sind gegenüber Temperaturschwankungen recht resistent.

Ein starker Anstieg der Nachfrage nach Cadmium begann in den 1940er Jahren und war mit der Verwendung von Cadmium in der Atomindustrie verbunden; es wurde entdeckt, dass es Neutronen absorbiert, und man begann, daraus Steuer- und Notströme von Kernreaktoren herzustellen. Die Fähigkeit von Cadmium, Neutronen streng definierter Energien zu absorbieren, wird bei der Untersuchung der Energiespektren von Neutronenstrahlen genutzt.

Cadmiumverbindungen. Cadmium bildet binäre Verbindungen, Salze und zahlreiche komplexe, auch metallorganische Verbindungen. In Lösungen sind die Moleküle vieler Salze, insbesondere Halogenide, verbunden. Aufgrund der Hydrolyse weisen die Lösungen ein leicht saures Milieu auf. Bei Einwirkung alkalischer Lösungen fallen ab pH 78 basische Salze aus.

Cadmiumoxid

CdO gewonnen durch Wechselwirkung einfacher Stoffe oder durch Kalzinierung von Cadmiumhydroxid oder -carbonat. Abhängig von der „Wärmegeschichte“ kann es grünlich-gelb, braun, rot oder fast schwarz sein. Dies liegt zum Teil an der Partikelgröße, ist aber größtenteils auf Gitterfehler zurückzuführen. Oberhalb von 900 °C ist Cadmiumoxid flüchtig und bei 1570 °C sublimiert es vollständig. Es hat Halbleitereigenschaften.

Cadmiumoxid ist in Säuren leicht löslich und in Laugen schlecht löslich. Es lässt sich leicht durch Wasserstoff (bei 900 ° C), Kohlenmonoxid (über 350 ° C) und Kohlenstoff (über 500 ° C) reduzieren.

Als Elektrodenmaterial wird Cadmiumoxid verwendet. Es ist in Schmierölen und Chargen zur Herstellung von Spezialgläsern enthalten. Cadmiumoxid katalysiert eine Reihe von Hydrierungs- und Dehydrierungsreaktionen.

Cadmiumhydroxid

Cd(OH ) 2 fällt aus wässrigen Lösungen von Cadmiumsalzen als weißer Niederschlag aus( II ) bei Zugabe von Alkali. Bei Einwirkung sehr konzentrierter Alkalilösungen entstehen Hydroxocadmate, wie z Na2[Cd(OH ) 4 ]. Cadmiumhydroxid reagiert mit Ammoniak unter Bildung löslicher Komplexe:Cd(OH) 2 + 6NH 3 H 2 O = (OH) 2 + 6H 2 ODarüber hinaus geht Cadmiumhydroxid unter dem Einfluss von Cyaniden alkalischer Elemente in Lösung. Oberhalb von 170 °C zerfällt es zu Cadmiumoxid. Die Wechselwirkung von Cadmiumhydroxid mit Wasserstoffperoxid in einer wässrigen Lösung führt zur Bildung von Peroxiden unterschiedlicher Zusammensetzung.

Cadmiumhydroxid wird zur Gewinnung anderer Cadmiumverbindungen und auch als analytisches Reagenz verwendet. Es ist Bestandteil von Cadmiumelektroden in Stromquellen. Darüber hinaus wird Cadmiumhydroxid in dekorativen Gläsern und Emails verwendet.

Cadmiumfluorid

CdF 2 ist in Wasser leicht löslich (4,06 Gew.-% bei 20 °C), in Ethanol unlöslich. Es kann durch Einwirkung von Fluor auf ein Metall oder Fluorwasserstoff auf Cadmiumcarbonat gewonnen werden.

Als optisches Material wird Cadmiumfluorid verwendet. Es ist Bestandteil einiger Gläser und Leuchtstoffe sowie fester Elektrolyte in chemischen Stromquellen.

Cadmiumchlorid

CdCl 2 ist in Wasser gut löslich (53,2 Gew.-% bei 20 °C). Seine kovalente Natur bestimmt seinen relativ niedrigen Schmelzpunkt (568,5 °C) sowie seine Löslichkeit in Ethanol (1,5 % bei 25 °C).

Cadmiumchlorid wird durch Reaktion von Cadmium mit konzentrierter Salzsäure oder Chlorierung des Metalls bei 500 °C gewonnen.

Cadmiumchlorid ist Bestandteil von Elektrolyten in galvanischen Cadmiumzellen und Sorptionsmitteln in der Gaschromatographie. Es ist Teil einiger Lösungen in der Fotografie, Katalysatoren in der organischen Synthese und Flussmitteln für die Züchtung von Halbleiterkristallen. Es wird als Beizmittel beim Färben und Bedrucken von Stoffen verwendet. Organocadmiumverbindungen werden aus Cadmiumchlorid gewonnen.

Cadmiumbromid

CdBr 2 bildet schuppige Kristalle mit perlmuttartigem Glanz. Es ist sehr hygroskopisch und gut löslich in Wasser (52,9 Gew.-% bei 25 °C), Methanol (13,9 Gew.-% bei 20 °C) und Ethanol (23,3 Gew.-% bei 20 °C).

Cadmiumbromid wird durch Bromierung des Metalls oder durch Einwirkung von Bromwasserstoff auf Cadmiumcarbonat gewonnen.

Cadmiumbromid dient als Katalysator in der organischen Synthese, ist ein Stabilisator fotografischer Emulsionen und Bestandteil vibrierender Zusammensetzungen in der Fotografie.

Cadmiumiodid

CdI 2 bildet glänzende blattförmige Kristalle, sie haben eine geschichtete (zweidimensionale) Kristallstruktur. Es sind bis zu 200 Polytypen von Cadmiumiodid bekannt, die sich in der Schichtfolge mit hexagonaler und kubischer dichtester Packung unterscheiden.

Im Gegensatz zu anderen Halogenen ist Cadmiumiodid nicht hygroskopisch. Es ist gut wasserlöslich (46,4 Gew.-% bei 25 °C). Cadmiumjodid wird durch Jodierung des Metalls durch Erhitzen oder in Gegenwart von Wasser sowie durch Einwirkung von Jodwasserstoff auf Cadmiumcarbonat oder -oxid gewonnen.

Cadmiumiodid dient als Katalysator in der organischen Synthese. Es ist Bestandteil pyrotechnischer Zusammensetzungen und Schmierstoffe.

Cadmiumsulfid CdS war wahrscheinlich die erste Verbindung dieses Elements, für die sich die Industrie interessierte. Es bildet zitronengelbe bis orangerote Kristalle. Cadmiumsulfid hat halbleitende Eigenschaften.

Diese Verbindung ist in Wasser praktisch unlöslich. Es ist außerdem beständig gegen Laugen und die meisten Säuren.

Cadmiumsulfid entsteht durch die Wechselwirkung von Cadmium- und Schwefeldämpfen, die Ausfällung aus Lösungen unter dem Einfluss von Schwefelwasserstoff oder Natriumsulfid sowie durch Reaktionen zwischen Cadmium und Organoschwefelverbindungen.

Cadmiumsulfid ist ein wichtiger mineralischer Farbstoff, früher Cadmiumgelb genannt.

In der Malerbranche wurde Cadmiumgelb in der Folge immer häufiger eingesetzt. Insbesondere Personenkraftwagen wurden damit lackiert, da dieser Lack neben anderen Vorteilen auch den Lokomotivrauch gut abwehrte. Cadmiumsulfid wurde auch als Farbstoff bei der Textil- und Seifenherstellung verwendet. Zur Herstellung farbiger transparenter Gläser wurden entsprechende kolloidale Dispersionen eingesetzt.

In den letzten Jahren wurde reines Cadmiumsulfid durch günstigere Pigmente wie Cadmopon und Zink-Cadmium-Lithopon ersetzt. Cadmopon ist eine Mischung aus Cadmiumsulfid und Bariumsulfat. Es wird durch Mischen zweier löslicher Salze gewonnen: Cadmiumsulfat und Bariumsulfid. Dadurch entsteht ein Niederschlag, der zwei unlösliche Salze enthält:

CdSO 4 + BaS = CdS

Ç + BaSO 4 Ç

Zink-Cadmium-Lithopon enthält auch Zinksulfid. Bei der Herstellung dieses Farbstoffes fallen gleichzeitig drei Salze aus. Lithopone-Creme oder Elfenbeinfarbe.

Durch die Zugabe von Cadmiumselenid, Zinksulfid, Quecksilbersulfid und anderen Verbindungen entstehen aus Cadmiumsulfid thermisch stabile Pigmente mit leuchtenden Farben von hellgelb bis dunkelrot.

Cadmiumsulfid verleiht der Flamme eine blaue Farbe. Diese Eigenschaft wird in der Pyrotechnik genutzt.

Darüber hinaus wird Cadmiumsulfid als aktives Medium in Halbleiterlasern verwendet. Es kann als Material für die Herstellung von Fotozellen, Solarzellen, Fotodioden, LEDs und Leuchtstoffen verwendet werden.

Cadmiumselenid CdSe bildet dunkelrote Kristalle. Es ist wasserunlöslich und zersetzt sich mit Salz-, Salpeter- und Schwefelsäure. Cadmiumselenid wird durch Verschmelzung einfacher Stoffe oder aus gasförmigem Cadmium und Selen sowie durch Ausfällung aus einer Lösung von Cadmiumsulfat unter Einwirkung von Selenwasserstoff, durch Reaktion von Cadmiumsulfid mit seleniger Säure und durch Wechselwirkung zwischen Cadmium und Organoselenverbindungen gewonnen .

Cadmiumselenid ist ein Leuchtstoff. Es dient als aktives Medium in Halbleiterlasern und ist ein Material zur Herstellung von Fotowiderständen, Fotodioden und Solarzellen.

Cadmiumselenid ist ein Pigment für Emails, Glasuren und künstlerische Farben. Rubinglas ist mit Cadmiumselenid gefärbt. Dies und nicht Chromoxid wie im Rubin selbst machte die Sterne des Moskauer Kremls rubinrot.

Cadmiumtellurid Die Farbe von CdTe kann von dunkelgrau bis dunkelbraun reichen. Es ist in Wasser nicht löslich, wird aber durch konzentrierte Säuren zersetzt. Es entsteht durch die Wechselwirkung von flüssigem oder gasförmigem Cadmium und Tellur.

Cadmiumtellurid, das Halbleitereigenschaften hat, wird als Röntgen- und Röntgenstrahler verwendet

G -Strahlung und Quecksilber-Cadmium-Tellurid haben breite Anwendung (insbesondere für militärische Zwecke) in IR-Detektoren für die Wärmebildgebung gefunden.

Wenn die Stöchiometrie verletzt wird oder Verunreinigungen eingeführt werden (z. B. Kupfer- und Chloratome), erhält Cadmiumtellurid lichtempfindliche Eigenschaften. Es wird in der Elektrofotografie verwendet.

Organocadmiumverbindungen CdR 2 und CdRX (R = CH 3, C 2 H 5, C 6 H 5 und andere Kohlenwasserstoffreste, X-Halogene, OR, SR usw.) werden üblicherweise aus den entsprechenden Grignard-Reagenzien erhalten. Sie sind thermisch weniger stabil als ihre Gegenstücke aus Zink, sind aber im Allgemeinen weniger reaktiv (normalerweise nicht brennbar an der Luft). Ihre wichtigste Anwendung ist die Herstellung von Ketonen aus Säurechloriden.

Biologische Rolle von Cadmium. Cadmium kommt im Organismus fast aller Tiere vor (bei Landtieren sind es etwa 0,5 mg pro 1 kg Masse, bei Meerestieren 0,15 bis 3 mg/kg). Gleichzeitig gilt es als eines der giftigsten Schwermetalle.

Cadmium ist im Körper hauptsächlich in den Nieren und der Leber konzentriert, wobei der Cadmiumgehalt im Körper mit zunehmendem Alter ansteigt. Es reichert sich in Form von Komplexen mit Proteinen an, die an enzymatischen Prozessen beteiligt sind. Von außen in den Körper eindringend, wirkt Cadmium hemmend auf eine Reihe von Enzymen und zerstört diese. Seine Wirkung beruht auf der Bindung der SH-Gruppe von Cysteinresten in Proteinen und der Hemmung von SH-Enzymen. Es kann auch die Wirkung zinkhaltiger Enzyme hemmen, indem es Zink verdrängt. Aufgrund der Nähe der Ionenradien von Kalzium und Cadmium kann es Kalzium im Knochengewebe ersetzen.

Menschen werden durch Cadmium durch Trinkwasser vergiftet, das mit cadmiumhaltigen Abfällen kontaminiert ist, sowie durch Gemüse und Getreide, das auf Grundstücken in der Nähe von Ölraffinerien und Hüttenwerken wächst. Pilze haben eine besondere Fähigkeit, Cadmium anzureichern. Einigen Berichten zufolge kann der Cadmiumgehalt in Pilzen Einheiten, Dutzende und sogar 100 oder mehr Milligramm pro kg ihres Eigengewichts erreichen. Cadmiumverbindungen gehören zu den Schadstoffen im Tabakrauch (eine Zigarette enthält 12 µg Cadmium).

Ein klassisches Beispiel für eine chronische Cadmiumvergiftung ist eine Krankheit, die erstmals in den 1950er Jahren in Japan beschrieben und „Itai-itai“ genannt wurde. Die Erkrankung ging mit starken Schmerzen im Lendenbereich und Muskelschmerzen einher. Es traten auch charakteristische Anzeichen einer irreversiblen Nierenschädigung auf. Hunderte Itai-Itai-Todesfälle wurden registriert. Die Krankheit verbreitete sich aufgrund der damals hohen Umweltverschmutzung in Japan und der spezifischen Ernährung der Japaner – hauptsächlich Reis und Meeresfrüchte (sie können Cadmium in hohen Konzentrationen anreichern). Studien haben gezeigt, dass Personen mit „Itai-Itai“ bis zu 600 µg Cadmium pro Tag konsumierten. In der Folge gingen durch Umweltschutzmaßnahmen Häufigkeit und Schwere von Syndromen wie „Itai-Itai“ deutlich zurück.

In den USA wurde ein Zusammenhang zwischen dem Cadmiumgehalt in der Atmosphäre und der Häufigkeit von Todesfällen durch Herz-Kreislauf-Erkrankungen festgestellt.

Es wird angenommen, dass etwa 1 µg Cadmium pro 1 kg Körpergewicht pro Tag in den menschlichen Körper gelangen können, ohne die Gesundheit zu schädigen. Trinkwasser sollte nicht mehr als 0,01 mg/l Cadmium enthalten. Das Gegenmittel bei einer Cadmiumvergiftung ist Selen, aber der Verzehr von Lebensmitteln, die reich an diesem Element sind, führt zu einer Verringerung des Schwefelgehalts im Körper, wodurch Cadmium erneut gefährlich wird.

Elena Savinkina

LITERATUR Beliebte Bibliothek chemischer Elemente. M., Nauka, 1977
Karapetyants M.Kh., Drakin S.I. Allgemeine und anorganische Chemie. M., Chemie, 1992
Greenwood N.N., Earnshaw A. Chemie der Elemente, Oxford: Butterworth, 1997

Bereiten Sie Cadmiumsulfid mit Schwefelwasserstoffwasser als Fällungsmittel vor. Beachten Sie die Farbe und den Charakter des Sediments. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung. Lassen Sie die Flüssigkeit aus dem Niederschlag ab und fügen Sie eine verdünnte Lösung hinzu HCl. Kommt es zu einer Auflösung des Niederschlags? Erklären Sie anhand der Werte des Löslichkeitsprodukts, warum Zinksulfid und Cadmiumsulfid unterschiedlich behandelt werden HCl.

Experiment 8. Komplexe Cadmiumverbindungen

Geben Sie der Cadmiumsulfatlösung tropfenweise Ammoniaklösung hinzu, bis sich der zunächst gebildete Niederschlag auflöst. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung und berücksichtigen Sie dabei, dass die Koordinationszahl von Cadmium in der resultierenden Komplexverbindung vier beträgt. Schreiben Sie die Gleichung der elektrolytischen Dissoziation der resultierenden Komplexverbindung und den Ausdruck für die Instabilitätskonstante des Komplexions.

Experiment 9. Hydrolyse von Cadmiumsalzen

A) Testen Sie die Reaktion der Cadmiumsulfatlösung mit einer neutralen Lackmuslösung. Erklären Sie das beobachtete Phänomen. Schreiben Sie die Gleichung für die Hydrolysereaktion in molekularer und ionischer Form.

B) Natriumcarbonatlösung zur Cadmiumsulfatlösung hinzufügen. Beobachten Sie die Bildung eines Niederschlags. Der resultierende Stoff ist das Produkt welcher Hydrolysestufe? Schreiben Sie molekulare und ionische Gleichungen für die Reaktionen der Hydrolyse von Cadmiumcarbonat in Schritten.

Experiment 10. Hydrolyse von QUECKSILBERSALZEN (II)

A) Lösen Sie mehrere Kristalle Quecksilber(II)-sulfat oder -nitrat in einer kleinen Menge Wasser auf. Beobachten Sie die Bildung eines Niederschlags aus basischem Salz. Testen Sie die Reaktion des Mediums mit Lackmus. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung.

B) Führen Sie das gleiche Experiment durch, nachdem Sie das Wasser zuvor mit einer verdünnten Lösung angesäuert haben HNO3. Vergleichen Sie die Ergebnisse. Erklären Sie das beobachtete Phänomen.

Experiment 11. Herstellung von Quecksilber(I)-oxid

Zur Lösung Hg(NO3)2 Alkalilösung hinzufügen. Was ist los? Beachten Sie die Farbe des gebildeten Niederschlags. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung und die Strukturformel Hg2O.

Experiment 12. Kalomel erhalten

Aus einem löslichen Quecksilbersalz (I) erhält man Kalomel. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung.

KUPFER, Silber, Gold.

Laborarbeit Nr. 6

Ziel: 1) experimentell die Eigenschaften von Kupfer und seinen Verbindungen untersuchen;

2) Untersuchen Sie die Eigenschaften von Silberverbindungen.

Erleben Sie 1. Eigenschaften von Kupfer

(Arbeiten Sie unter einem Abzug)

a) Wechselwirkung von Kupfer mit Säuren

Verdünnte und konzentrierte Säurelösungen zu einer kleinen Menge Kupferspänen in separaten Reagenzgläsern hinzufügen. HCl, H2SO4 und HNO3.

Beobachten Sie die auftretenden Phänomene. Erhitzen Sie die Reagenzgläser, in denen die Reaktion noch nicht begonnen hat ( sorgfältig!). Reagiert Kupfer mit allen Säuren? Achten Sie auf die Farbe der Lösung. Welches Ion verursacht diese Farbe? Identifizieren Sie die bei der Reaktion freigesetzten Gase anhand ihres charakteristischen Geruchs und ihrer Farbe.

Schreiben Sie Reaktionsgleichungen und erklären Sie die Auswahl der Koeffizienten.

Ziehen Sie eine Schlussfolgerung über die reduzierenden Eigenschaften von Kupfer.

b) Wechselwirkung von Kupfer mit Ionen weniger aktiver Metalle

Bestimmen Sie anhand der elektrochemischen Spannungsreihe von Metallen, welche Metallionen in Lösungen ihrer Salze Kupfer oxidieren können.

Tauchen Sie das zuvor mit Sandpapier gereinigte Ende eines Kupferdrahtes in eine Lösung aus Quecksilber(II)-nitrat. Was sind die Anzeichen einer chemischen Reaktion? Schreiben Sie die Reaktionsgleichung.

Experiment 2. Herstellung und Eigenschaften von Kupfer(II)-hydroxid

A) Erhalten Sie einen Niederschlag aus Kupfer(II)-hydroxid. Beachten Sie die Farbe und den Charakter des Sediments. Schreiben Sie die Reaktionsgleichung.

B) Beweisen Sie experimentell, dass Kupfer(II)-hydroxid amphotere Eigenschaften aufweist. Schreiben Sie Reaktionsgleichungen in molekularer und ionischer Form.

V) Erhalten Sie einen Kupferhydroxid-Niederschlag. Die Flüssigkeit mit dem Bodensatz schütteln und zum Kochen bringen. Warum veränderte sich die Farbe des Sediments? Schreiben Sie die Reaktionsgleichung. Welche Schlussfolgerung lässt sich über die thermische Stabilität von Kupfer(II)-hydroxid ziehen?

Experiment 3. Hydrolyse von Kupfer(II)-Salzen

A) Testen Sie die Kupfer(II)-Salzlösung mit einem Indikatorpapier. Wie reagiert die Umgebung? Schreiben Sie die Gleichung für die Hydrolysereaktion.

B) Natriumcarbonatlösung zur Kupfer(II)sulfatlösung hinzufügen. Welche Anzeichen einer chemischen Reaktion werden beobachtet? Schreiben Sie die Reaktionsgleichung für die Wechselwirkung von Kupfer(II)sulfat mit Natriumcarbonat unter Beteiligung von Wasser.

Erleben Sie 4. Erhalten und Eigenschaften

Komplexes Kupfer(II)-Salz

Geben Sie tropfenweise Ammoniaklösung zur Kupfer(II)sulfat-Lösung hinzu, bis sich der zunächst ausfallende Niederschlag des basischen Salzes aufgelöst hat. Schreiben Sie die Reaktionsgleichungen. Welches Ion enthält Kupferatome? Welche Farbe hat das resultierende Ion? Erstellen Sie eine Gleichung für die elektrolytische Dissoziation des resultierenden Komplexsalzes und schreiben Sie einen Ausdruck für die Instabilitätskonstante des Komplexions. Beweisen Sie experimentell, dass die Lösung Sulfationen enthält.

Wählen Sie anhand der Löslichkeitsprodukttabelle ein Reagenz aus, das zum Nachweis von Kupfer(II)-Ionen in einer komplexen Salzlösung verwendet werden kann.

Experiment 5. Silberhalogenide

A) Erhalten Sie Silberhalogenide. Achten Sie auf die Art und Farbe der resultierenden Verbindungen. Schreiben Sie die Reaktionsgleichungen. Testen Sie das Verhältnis von Niederschlag zu HNO3. Warum lösen sich Silberhalogenide nicht in HNO3?

B) Erhalten Sie Niederschläge von Silberhalogeniden, filtrieren Sie und waschen Sie mit Wasser. Testen Sie die Wirkung von Licht (vorzugsweise direktes Sonnenlicht). Schreiben Sie die Reaktionsgleichungen.

Cadmiumsulfid ist eines der am häufigsten untersuchten Dünnschicht-Halbleitermaterialien. Die Abscheidung qualitativ geeigneter Schichten für die Herstellung von Solarzellen erfolgt mit verschiedenen Methoden. Dazu gehören: Vakuumverdampfung, Zerstäubung mit anschließender Pyrolyse, Ionensputtern, Molekularstrahl- und Gasepitaxie, Gastransportabscheidung mit quasi-begrenztem Volumen, chemische Gasphasenabscheidung, Siebdruck, Lösungsabscheidung, Anodisierung und Elektrophorese.

3.2.7.1 Struktureigenschaften

Durch Vakuumverdampfung gewonnene Filme, die zur Herstellung von Solarzellen bestimmt sind, haben üblicherweise eine Dicke von 15...30 µm und ihre Abscheidung erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 0,5...3 µm/min bei einer Substrattemperatur von 200°C. ..250 °C und eine Verdampfertemperatur 900...1050 °C. Unter diesen Bedingungen kristallisieren die Filme in der Wurtzitstruktur und werden so ausgerichtet, dass die (002)-Ebene parallel und die c-Achse senkrecht zur Substratoberfläche verläuft. Wie in Abb. 4.2 haben die Filme eine säulenförmige Struktur, wobei jede Säule ein eigenes Korn darstellt. Die Korngröße in solchen Filmen variiert typischerweise zwischen 1 und 5 μm, obwohl auch über größere Körner mit einer Größe von bis zu 10 μm berichtet wurde. Es ist zu beachten, dass dünnere Filme aus kleineren, fehlorientierten Körnern bestehen. Die Kristallstruktur und Mikrostruktur von Filmen wird maßgeblich von der Temperatur des Substrats während des Abscheidungsprozesses beeinflusst.

Vankar et al. und Das untersuchten die Abhängigkeit der strukturellen Eigenschaften von durch Vakuumverdampfung erhaltenen Filmen von der Temperatur des Substrats und stellten fest, dass die kristallographische Struktur und die Parameter des Kristallgitters von Filmen weitgehend von der Temperatur ihrer Abscheidung bestimmt werden. Filme, die bei einer Substrattemperatur im Bereich von Raumtemperatur bis 150 °C erhalten werden, weisen eine Sphaleritstruktur auf, während bei einer Substrattemperatur von 170 °C und mehr Filme in einer Wurtzitstruktur kristallisieren. Im Temperaturbereich von 150 bis 170 °C weisen die Filme eine zweiphasige Struktur auf, die aus einer Mischung von Sphalerit und Wurtzit besteht. Bei Abscheidungstemperaturen von 200 °C oder mehr werden Filme mit einer bevorzugten Kornorientierung gebildet. Eine Erhöhung der Filmabscheidungstemperatur führt zu einer Vergrößerung der Korngröße. Die Ausmaße der Oberflächenunregelmäßigkeiten der Filme nehmen zunächst mit zunehmender Substrattemperatur zu und nehmen dann bei Temperaturen über 150 °C ab, wahrscheinlich aufgrund wiederholter Verdampfung. Schalen wurden in Filmen gefunden, die bei Temperaturen über 200 °C abgeschieden wurden.

Um Körner mit Größen von 100 bis 800 Mikrometern zu erhalten, rekristallisierten Fraaz et al. durch Vakuumverdampfung erhaltene Filme durch Wärmebehandlung in einem Fluss. In diesem Fall änderte sich die Ausrichtung der c-Achse des Kristallgitters und es kam zur Zerstörung des Kristallgitters Es wurde eine säulenförmige Mikrostruktur der Filme beobachtet. Nach den Ergebnissen von Amit wird mit zunehmender Filmdicke eine Kornvergrößerung, eine Zunahme des Grades ihrer Vorzugsorientierung sowie des Orientierungsgrades der c-Achse in Richtung des Verdampfers beobachtet; Darüber hinaus nimmt die Größe der Oberflächenunregelmäßigkeiten zu. Hall weist darauf hin, dass in Filmen unmittelbar nach der Abscheidung die c-Achse der Körner normalerweise um einen durchschnittlichen Winkel von 19° von der Normalen zur Substratoberfläche abweicht. Die Verteilungskurve des Abweichungswinkels der c-Achse relativ zum Durchschnittswert hat eine glatte Form und die Halbwertsbreite der Verteilung auf der Ebene, die dem halben Maximum entspricht, beträgt 10...12°. Durch die anschließende Wärmebehandlung der Filme bei einer Temperatur von 190 °C und hohem Druck verringert sich die Halbwertsbreite der angegebenen Verteilung auf dem Niveau des Halbmaximums auf 3°.

Basierend auf den Ergebnissen elektronenmikroskopischer Untersuchungen kam Tseng zu dem Schluss, dass die obere Schicht von Filmen mit Wurtzitstruktur Körner mit geneigten Grenzen enthält und ihr Fehlorientierungswinkel zwischen 9 und 40° variiert. Der Hauptteil der Korngrenzen verläuft parallel zueinander. Dare und Parik stellten fest, dass der Grad der Ordnung der Struktur, die Perfektion des Kristallgitters und die Qualität

Die Kristallitfacettierung nimmt zu, wenn während der Filmabscheidung ein tieferes Vakuum erzeugt wird. Romeo et al. untersuchten die Auswirkung des Verhältnisses der Atomkonzentrationen auf die Eigenschaften von Filmen, die mit zwei Verdampfern abgeschieden wurden. Die Autoren zeigten, dass qualitativ hochwertige Filme in einem weiten Bereich von Konzentrationsverhältnissen erhalten werden können; die besten Ergebnisse liefert jedoch ein Verhältnis von 1,5. Darüber hinaus weisen Filme, in denen die Konzentration des Dotierstoffs (in diesem Fall Indium) die Löslichkeitsgrenze erreicht, eine perfektere Kristallstruktur auf.

Der wichtigste Parameter, der die kristallographischen Eigenschaften und die Mikrostruktur von Filmen beeinflusst, die durch Sprühen und anschließende Pyrolyse erhalten werden, ist die Temperatur des Substrats während des Abscheidungsprozesses. Die Größe der Körner und der Grad ihrer Orientierung (wenn eine geordnete Struktur wächst) hängen jedoch auch von einer Reihe anderer Faktoren ab, darunter der Zusammensetzung des in der Sprühlösung enthaltenen Salzes und dem Verhältnis der Konzentrationen von Kationen und Anionen sowie die Art des Dotierstoffs.

Reis. 3.14 veranschaulicht den Einfluss des Konzentrationsverhältnisses der Substrattemperatur, der Filmdicke, des Dotierstoffs, des Vorhandenseins anderer Schichten auf dem Substrat und des nach der Abscheidung durchgeführten Glühens auf den Grad der Filmorientierung. Es ist zu beachten, dass diese Ergebnisse nicht allgemeingültig sind Natur und dass verschiedene Autoren unter ähnlichen Abscheidungsbedingungen Filme mit unterschiedlichen Orientierungsrichtungen erhalten haben. Mit einer Lösung von Essigsäuresalzen abgeschiedene Filme bestehen aus sehr kleinen Körnern. Bei Verwendung von Chloridlösungen entstehen größere Körner mit einer bestimmten Ausrichtung der c-Achse. Typischerweise beträgt die Korngröße bei Filmen, die durch Sprühen und anschließende Pyrolyse gewonnen werden, Berichten einiger Autoren zufolge kann sie jedoch bis zu 100 % betragen. Unlösliche Verunreinigungen wie z. B. , die in signifikanter Konzentration vorhanden sind, verhindern die Rekristallisation von Filmen und führen außerdem zu einer starken Abnahme der Korngröße und einer Verletzung ihrer Vorzugsorientierung.

Durch die Ausfällung an den Korngrenzen erhält die Oberfläche der Filme eine labyrinthartige Struktur. Das Oberflächenrelief von Filmen aus undotiertem Cadmiumsulfid und mit einer Verunreinigung ist in Abb. dargestellt. und Bube stellen fest, dass Filme durch anschließendes Sprühen abgeschieden werden

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Pyrolyse auf Substraten mit niedrigen und hohen Temperaturen kristallisiert in der Struktur von Sphalerit bzw. Wurtzit. Laut Banerjee et al. hängt die Art der gebildeten Kristallstruktur jedoch nicht von der Filmabscheidungstemperatur ab. Die besonderen Eigenschaften der mit dieser Methode erhaltenen Filme sind ihre hohe Haftung auf dem Untergrund und das Vorhandensein von Kontinuität auch bei geringer Dicke.

Mittels Ionensputtern abgeschiedene Filme zeichnen sich im Vergleich zu durch Vakuumverdampfung erhaltenen Filmen durch einen höheren Grad an c-Achsen-Orientierung aus. Darüber hinaus enthalten durch Ionensputtern hergestellte Filme bei gleicher Dicke eine geringere Anzahl durchgehender Poren. Diese Filme bestehen meist aus kleineren Körnern, haben jedoch eine säulenförmige Struktur. Beim Ionensputtern gebildete Filme kristallisieren immer in einer hexagonalen Struktur mit einer vorherrschenden Ausrichtung der c-Achse relativ zur Normalen zur Substratoberfläche. Peel und Murray stellen fest, dass sie bei dieser Methode der Filmabscheidung während des Wachstumsprozesses eingefangene ionisierte Gaspartikel enthalten, in denen eine Entladung angeregt wird. Mitchell et al. erzielten mithilfe der Gastransportabscheidung in einem quasi geschlossenen Volumen Filme mit einer Dicke von 1 bis 3 μm und einer Korngröße im gleichen Bereich und fanden keinen Zusammenhang zwischen der Korngröße und der Substrattemperatur im Bereich. Nach den Ergebnissen von Yoshikawa und Sakai hat die Substrattemperatur einen Einfluss auf die Morphologie der Oberfläche von Filmen, die mit dieser Methode abgeschieden werden, und um eine glatte Oberfläche zu erhalten, muss das Substrat auf eine hohe Temperatur erhitzt werden. Bei sehr hohen Temperaturen wird jedoch das Wachstum von Whisker-Kristallen beobachtet. Bei der Gastransportabscheidung von Filmen in einem quasi geschlossenen Volumen ist die c-Achse ihres Kristallgitters nahezu senkrecht zur Substratebene ausgerichtet.

Epitaxiefilme wurden auf Spinellsubstraten erhalten. Filme, die durch Molekularstrahlepitaxie auf der Spinelloberfläche gezüchtet wurden, haben eine Wurtzitstruktur und bei Verwendung von Substraten eine Sphaleritstruktur. Zur Abscheidung hexagonaler einkristalliner Schichten wurde die Gasepitaxie-Methode verwendet

Modifikationen auf den (111)-, (110)- und (100)-Flächen von Kristallen werden die folgenden Arten von heteroepitaktischem Wachstum festgestellt:

Aus der Lösung abgeschiedene Filme bestehen aus kleinen Körnern, die nicht größer sind. Wenn die Filmwachstumsrate abnimmt und die Badtemperatur steigt, werden größere Körner gebildet. Die Struktur der so gewachsenen Filme kann sich je nach Abscheidungsbedingungen ändern. Filme, die aus einer Lösung mit einer Komplexverbindung erhalten werden, kristallisieren bei Änderung der Parameter des Abscheidungsprozesses in der Sphalerit-, Wurtzit- oder Mischstruktur, während die Verwendung von Lösungen mit Komplexverbindungen immer zur Bildung von Filmen mit Wurtzitstruktur mit der führt c-Achse senkrecht zum Substrat.

3.2.7.2 Elektrische Eigenschaften

Veränderte Abscheidungsbedingungen verändern die elektrischen Eigenschaften dünner Filme dramatisch. Filme, die durch Vakuumverdampfung hergestellt und in Solarzellen verwendet werden, haben normalerweise einen spezifischen Widerstand von Ohm cm und eine Ladungsträgerkonzentration von . Filme haben immer eine Leitfähigkeit vom Typ -, was auf die Abweichung ihrer Zusammensetzung von der stöchiometrischen Zusammensetzung aufgrund des Vorhandenseins von Schwefelfehlstellen und einer überschüssigen Menge an Cadmium zurückzuführen ist. Die Trägermobilität beträgt . Den Messergebnissen zufolge variiert die Diffusionslänge von Minoritätsträgern in durch Vakuumverdampfung abgeschiedenen Filmen zwischen 0,1 und 0,3 μm. Die Trägerkonzentration steigt mit zunehmender Filmwachstumsrate und zunehmender Filmdicke 1113]; in diesem Fall wird eine entsprechende Abnahme des spezifischen Widerstands beobachtet.

Die elektrischen Eigenschaften von Filmen hängen weitgehend vom Verhältnis der Atomkonzentrationen während des Verdampfungsprozesses sowie vom Vorhandensein von Dotierstoffen ab. Bei der Abscheidung mit einem Konzentrationsverhältnis von 1,5 dotierte Filme zeichnen sich durch höchste elektrische und strukturelle Eigenschaften aus. Für Filme mit einer Indiumkonzentration entsprechend Abb. wurden niedrige Widerstandswerte von Ohm cm bei Ladungsträgermobilität erhalten. Abbildung 3.15 zeigt die Abhängigkeit des spezifischen Widerstands und der Ladungsträgermobilität vom Konzentrationsverhältnis

Reis. 3.15. Abhängigkeiten des spezifischen Widerstands und der Ladungsträgermobilität in durch Vakuumverdampfung erhaltenen und mit Indium dotierten Filmen vom Verhältnis der Atomkonzentrationen in einer Dampfströmungskonzentration

für zwei Filme mit unterschiedlichen Konzentrationen, die durch Vakuumverdampfung abgeschieden wurden. Wang berichtete, dass bei einer Erhöhung des Massenanteils auf etwa 1 die Konzentration der Träger um fast drei Größenordnungen zunimmt und auch ihre Mobilität deutlich zunimmt. Bei einem höheren Dotierstoffgehalt nimmt die Konzentration der Träger nicht zu und ihre Mobilität nimmt leicht ab. Bei geringer Indiumdotierung zeichnen sich Filme jedoch durch niedrige Werte sowohl der Ladungsträgerkonzentration als auch der Ladungsträgermobilität aus. Während der Abscheidung dotierter Filme (mit einem Indiumgehalt von -2 %) nimmt die Konzentration der Ladungsträger und ihre Beweglichkeit zu, wie in Abb. 3.16 hängen in einem weiten Temperaturbereich nur sehr wenig von der Temperatur des Substrats ab. Die Dotierung von Filmen mit Kupfer führt zum gegenteiligen Effekt – einer Verringerung der Ladungsträgerkonzentration und einer Erhöhung des spezifischen Widerstands um mehrere Größenordnungen. Darüber hinaus nimmt die Elektronenmobilität ab.

Mehrere Autoren haben den Mechanismus des Ladungsträgertransports in durch Vakuumverdampfung hergestellten Filmen untersucht. Dappy und Kassing verbinden die Besonderheiten der elektrischen Eigenschaften von Filmen mit dem vorherrschenden Einfluss tiefer Schichten des gleichen Typs, deren Auftreten durch Schwefelfehlstellen verursacht wird. Die Energieeigenschaften dieser Niveaus werden durch die Anzahl der Schwefelleerstellen bestimmt, und wenn ihre Konzentration niedrig ist, durch die lokalen Niveaus

Reis. 3.16. Abhängigkeiten der Trägerkonzentration und -mobilität von der Substrattemperatur für undotierte und indiumdotierte Filme, die durch diskrete Verdampfung erhalten werden.

von der Kante des Leitungsbandes entfernt. Es wurde berichtet, dass bei einer hohen Konzentration an Leerstellen ein Verunreinigungsband gebildet wird. Dare und Parik entdeckten ein Energieniveau mit einer Aktivierungsenergie und Bube bemerkte, dass in Filmen, die durch Verdampfen gewonnen wurden und flache Donorniveaus enthalten, bei fehlender Beleuchtung die Elektronenkonzentration im Temperaturbereich von 200 bis 330 K praktisch unabhängig von der Temperatur ist. Die aus der Temperaturabhängigkeit der Elektronenkonzentration ermittelte Aktivierungsenergie variiert von bis. Entsprechend der Temperaturabhängigkeit der Ladungsträgermobilität, deren präexponentieller Faktor gleich den Aktivierungsenergiewerten ist, liegen sie im Bereich von 0,11 bis 0,19 eV. In mit dieser Methode abgeschiedenen Filmen wird der Prozess der Ladungsträgerübertragung maßgeblich von den Struktureigenschaften und elektrischen Eigenschaften der Korngrenzen beeinflusst. Filme sind unmittelbar nach der Verdunstung lichtunempfindlich. Nachdem jedoch Kupferatome (durch Diffusion) in den Film eingeführt wurden, wird eine erhebliche Photoleitfähigkeit beobachtet, und unter Bedingungen hoher Photoanregung ist die Elektronenkonzentration niedriger und ihre Mobilität höher als in Filmen, die kein Kupfer enthalten .

Die elektrischen Eigenschaften von Filmen, die durch Sprühen und anschließende Pyrolyse erhalten werden, werden hauptsächlich durch die Besonderheiten des Prozesses der Sauerstoff-Chemisorption an Korngrenzen bestimmt, begleitet von einer Abnahme beider

Konzentration und Mobilität der Träger. Aufgrund des Vorhandenseins von Schwefelfehlstellen weisen solche Filme immer eine Leitfähigkeit vom Typ - auf, und ihr spezifischer Widerstand kann in einem sehr weiten Bereich schwanken und sich um bis zu acht Größenordnungen unterscheiden. Das anschließende Tempern der Filme an der Luft führt zu einer Erhöhung ihres spezifischen Widerstands auf etwa 100 °C und dem Auftreten einer starken Photoleitfähigkeit. Nach Messungen im Labor der Autoren steigt die Leitfähigkeit der Filme etwa 1 ms nach dem Einschalten der Lichtquelle mit Intensität um einen Faktor an. Durch das Vakuumglühen von Filmen sinkt ihr spezifischer Widerstand auf , und auch die Photoleitfähigkeit wird gelöscht, was auf die Reversibilität der Prozesse der Chemisorption und Desorption von Sauerstoff hinweist. Die Abhängigkeit des Filmwiderstands von der Glühtemperatur ist in Abb. dargestellt. 3.17, a.

Eine detaillierte experimentelle Untersuchung der Parameter des Elektronentransferprozesses in Filmen wurde von mehreren Autoren durchgeführt. Ma und Bueb entdeckten die oszillierende Natur von Änderungen der elektrischen Leitfähigkeit, der Ladungsträgerkonzentration und ihrer Mobilität in Abhängigkeit von der Abscheidungstemperatur der Filme. Die Abkühlgeschwindigkeit von Filmen (am Ende ihres Wachstums) beeinflusst die Kinetik der Chemisorption und damit auch den Prozess des Elektronentransfers. Kwok und Sue, die Filme untersuchten, die durch Sprühen und anschließende Pyrolyse hergestellt wurden, stellten fest, dass mit zunehmender Dicke und gleichzeitiger Vergrößerung der Körner die Dunkelkonzentration und Mobilität der Träger zunimmt. In Abb. Abbildung 3.17b zeigt die Abhängigkeit der Ladungsträgerkonzentration und -mobilität von der Filmdicke bei Anwesenheit und Abwesenheit von Beleuchtung. Messungen des Hall-Effekts und der Thermo-EMK. Mit. in beleuchteten Proben zeigen, dass es unter Lichteinfluss zu einer Änderung der Konzentration oder Mobilität von Trägern und möglicherweise beider Parameter gleichzeitig kommt. Welche davon sich stärker ändert, hängt vom relativen Einfluss der Eigenschaften der Mikrostruktur (Korngröße) und der Wärmebehandlung des abgeschiedenen Films (Anwesenheit von chemisorbiertem Sauerstoff) auf den Stromflussprozess ab. Messungen zufolge beträgt die Diffusionslänge von Löchern in Filmen, die durch Sprühen und anschließende Pyrolyse erhalten werden, 0,2...0,4 µm.

Filme haben unmittelbar nach der Abscheidung durch Ionensputtern einen hohen spezifischen Widerstand, der 108 Ohm-cm erreicht. Durch Co-Sputtern entstehen Filme mit einem spezifischen Widerstand von 1 Ohm-cm und einer Ladungsträgermobilität von etwa gleich

Reis. 3.17. Temperaturabhängigkeiten des Dunkelwiderstands von durch Sprühen und anschließender Pyrolyse abgeschiedenen Filmen während des Temperns im Vakuum und in einer Atmosphäre verschiedener Gase (a). Punkt A bestimmt den spezifischen Widerstand von Filmen unmittelbar nach der Abscheidung, die Kurve der Änderung des spezifischen Widerstands von Filmen während des Glühens im Vakuum, die Kurve des spezifischen Widerstands von Filmen, die im Vakuum oder in einer Atmosphäre aus Inertgasen getempert wurden, gemessen bei verschiedenen Temperaturen Punkt des spezifischen Widerstands von im Vakuum getemperten Filmen, gemessen bei Raumtemperatur. Vakuum.

Abhängigkeit der Mobilität und Konzentration von Trägern von der Dicke von Filmen, die durch Sprühen und anschließende Pyrolyse unter Licht und im Dunkeln erhalten werden.

Lichtensteiger erhielt dotierte Filme mit Lochbeweglichkeit. Die Ladungsträgerkonzentration in Filmen, die mit Indium (Atomgehalt) dotiert waren, beträgt laut Messungen etwa hängt von der Substrattemperatur im Prozess ihrer Abscheidung ab. In Bezug auf die elektrischen Eigenschaften von Filmen, die durch Ionensputtern erhalten werden, ähneln sie Filmen, die durch Verdampfen erzeugt werden. Peel und Murray nutzen den Poole-Frenkel-Effekt, um die Ergebnisse von Leitfähigkeitsmessungen zu interpretieren ein starkes elektrisches Feld. Nach Hill's Daten in abgeschiedenen Filmen

Durch Ionensputtern und hochmobile Ladungsträger beträgt die Diffusionslänge von Elektronen

Durch chemische Abscheidung aus einer Lösung erhaltene Filme haben eine Leitfähigkeit vom Typ -, und ihr spezifischer Widerstand, der nach dem Tempern im Vakuum beträgt, sinkt auf . Diese Abnahme des spezifischen Widerstands, die auch für durch Sprühen erzeugte Filme charakteristisch ist, ist mit der Sauerstoffdesorption verbunden. Durch anschließendes Erhitzen der Filme an der Luft oder in einer Sauerstoffatmosphäre können die ursprünglichen Widerstandswerte wiederhergestellt werden. Nach den experimentellen Daten von Pawaskar et al. ist in beleuchteten Proben die Konzentration der Träger ungefähr gleich und ihre Mobilität ungefähr gleich. Durch das Tempern an der Luft erhalten aus Lösung abgeschiedene Filme eine hohe Lichtempfindlichkeit. Durch Siebdruck hergestellte Filme weisen ebenfalls eine hohe Lichtempfindlichkeit auf, und das Verhältnis des spezifischen Widerstands bei Abwesenheit und Anwesenheit von Beleuchtung (bei Strahlungsintensität) beträgt für sie. Durch Elektrophorese abgeschiedene Filme haben einen spezifischen Widerstand innerhalb von .

Epitaxiefilme zeichnen sich durch eine sehr hohe Ladungsträgermobilität aus. Die elektrischen Eigenschaften von Filmen, die während einer chemischen Transportreaktion in einem quasi geschlossenen Volumen epitaktisch auf GaAs-Substraten abgeschieden werden, hängen weitgehend von ihren Wachstumsbedingungen ab, vor allem von der Temperatur des Substrats. Mit steigender Substrattemperatur steigt die Trägerkonzentration exponentiell an. Dadurch erhöht sich auch die Beweglichkeit der Elektronen. Das Maximum der erhaltenen Mobilitätswerte beträgt: Wenn die Substrattemperatur variiert, kann der spezifische Widerstand der Filme von bis variieren. Durch Molekularstrahlepitaxie abgeschiedene undotierte Epitaxiefilme haben einen spezifischen Widerstand, der mit zunehmender Temperatur exponentiell abnimmt, und zeichnen sich durch eine Aktivierungsenergie von 1,6 eV aus. In mit Indium dotierten Filmen beträgt die Ladungsträgerkonzentration und ihre Hall-Beweglichkeit. Epitaxiefilme, die durch ein chemisches Verfahren aus der Dampfphase unmittelbar nach der Abscheidung gewonnen werden, weisen einen spezifischen Widerstand auf. Das Glühen von Filmen in einer Atmosphäre oder bei einer Temperatur von 400 °C führt zu einer Verringerung der spezifischen Widerstandswerte. Die Trägermobilität in hochohmigen Filmen beträgt

Reis. 3.18. Spektrale Abhängigkeiten der Brechungs- und Absorptionsindizes von Filmen, die durch Vakuumverdampfung bei drei verschiedenen Substrattemperaturen erhalten wurden. 1 - Raumtemperatur;

3.2.7.3 Optische Eigenschaften

Die optischen Eigenschaften von Filmen hängen maßgeblich von ihrer Mikrostruktur und damit von den Abscheidungsbedingungen ab. Während der Verdampfung bilden sich glatte, spiegelnd reflektierende Filme, aber mit zunehmender Dicke wird das Oberflächenrelief rauer und die Reflexion der Strahlung von dicken Filmen ist überwiegend diffuser Natur. Kvaya und Tomlin haben den Reflexionsgrad und die Durchlässigkeit von durch Verdampfung abgeschiedenen Filmen gemessen und ihre optischen Konstanten im Wellenlängenbereich von 0,25 bis 2,0 μm bestimmt, wobei sie den Effekt der Strahlungsstreuung durch die Oberfläche berücksichtigten.

Die Analyse der erhaltenen Ergebnisse (siehe Abb. 3.18) zeigt, dass die Absorption von Licht mit einer Energie von 2,42...2,82 eV von direkten optischen Übergängen begleitet wird und bei Energien über 2,82 eV sowohl direkte als auch indirekte Übergänge möglich sind. Die Werte hängen von der Temperatur des Substrats während der Filmabscheidung ab. Bei einer hohen Substrattemperatur, die das Wachstum großer Körner gewährleistet, nähert sich der Brechungsindex des Films dem für ein Einkristallmaterial charakteristischen Wert. Durch Ionensputtern hergestellte Filme weisen einen Bereich starker Änderungen der Durchlässigkeit bei einer Wellenlänge von etwa 0,52 μm auf, was der Bandlücke entspricht. Im langwelligen Bereich des Spektrums weisen Filme eine hohe Transparenz auf. Bei Filmen, die durch Sprühen und anschließende Pyrolyse hergestellt werden, hängen die Bandlücke und die spektrale Lage der Kante der Hauptabsorptionsbande nicht von der Mikrostruktur ab. Der Anteil des diffus reflektierten Lichts und damit die Transparenz von Folien

Reis. 3.19. Spektrale Abhängigkeiten der Durchlässigkeit von durch Sprühen und anschließender Pyrolyse abgeschiedenen Filmen unter verschiedenen Bedingungen – Substrattemperatur; Schichtdicke; Atomkonzentrationsverhältnis

werden wie in Abb. 3.19, ihre Dicke, Substrattemperatur und Konzentrationsverhältnis. Mit zunehmender Filmdicke überwiegt die diffuse Strahlungsreflexion, die jedoch bei Filmen, die bei erhöhten Temperaturen gewachsen sind, abgeschwächt wird (aufgrund einer Zunahme der Korngrößen und des Grades ihrer Orientierung). Bei sehr hohen Abscheidungstemperaturen (wahrscheinlicher) kommt es zu einer erheblichen Änderung der Kinetik des Filmwachstums, wodurch ihre Oberfläche rau wird und Strahlung streut.

Berg et al. stellen fest, dass die Merkmale der Kornstruktur und Morphologie von Filmen (3...4 μm dick), die durch Sprühen und anschließende Pyrolyse abgeschieden werden, eine starke Lichtstreuung und große Werte des effektiven Absorptionskoeffizienten bei Wellenlängen verursachen Energien kleiner als die Bandlücke. Bei aus Lösung abgeschiedenen Filmen liegt die optische Absorptionskante im gleichen Wellenlängenbereich wie die von massiven Cadmiumsulfidkristallen. Aufgrund der diffusen Streuung des Lichts durch Filme mit feinkörniger Struktur weist die spektrale Abhängigkeit des Absorptionskoeffizienten in diesem Bereich jedoch einen viel flacheren, glatteren Verlauf auf.

3.2.7.4 Legierungsfilme...

Die strukturellen, elektrischen und optischen Eigenschaften von Legierungsfilmen werden am stärksten von ihrer Zusammensetzung beeinflusst. Legierungsfilme werden durch Vakuumverdampfung, Sprühen mit anschließender Pyrolyse und Ionensputtern hergestellt. In der Regel bilden sie im gesamten möglichen Bereich ihrer relativen Konzentrationen eine feste Lösung und kristallisieren unabhängig von der Abscheidungsmethode bei Konzentrationen bis zum Legierungsfilm in der Wurtzitstruktur. Wenn die Konzentration 80 % übersteigt, weisen die Filme eine kubische Sphaleritstruktur auf. Bei der Konzentration kristallisieren die Filme in beiden Strukturmodifikationen. Bei der Filmabscheidung durch Vakuumverdampfung bei einer Konzentration darunter wird ein Wurtzit-Kristallgitter gebildet, dessen c-Achse senkrecht zur Substratebene verläuft.

Vankar et al. fanden heraus, dass die Art der Kristallstruktur und die Gitterparameter von durch Verdampfen erhaltenen Filmen weitgehend von ihrer Abscheidungstemperatur bestimmt werden. Der Gitterparameter a ändert sich gleichmäßig mit Variationen in der Filmzusammensetzung (siehe Abb. 3.20, a). Kane et al. berichten, dass bei diesen Zusammensetzungen, bei denen die Filme eine Mischung aus Wurtzit und kubischer Phase sind, der Abstand zwischen den kristallographischen Ebenen (002) der hexagonalen Struktur und (111) der kubischen Struktur gleich ist. Daher kann für jede Legierungszusammensetzung die kubische Struktur durch äquivalente Parameter a und c einer hexagonalen Zelle charakterisiert werden, die durch Berechnung bestimmt werden. Die Existenz eines Zusammenhangs zwischen den Kristallgitterparametern von Legierungsfilmen und der Abscheidungstemperatur wird qualitativ durch die Abweichung ihrer Zusammensetzung von der Stöchiometrie aufgrund einer übermäßigen Anzahl von Metallatomen erklärt.

Sie werden durch Sprühen und anschließende Pyrolyse gewonnen und variieren je nach Zusammensetzung gleichmäßig. Auf diese Weise abgeschiedene Legierungsfilme stellen eine einkristalline Phase (hexagonal oder kubisch) dar, deren Art durch die Zusammensetzung der Filme bestimmt wird. Im Gegensatz zu Legierungsfilmen, die durch Vakuumverdampfung abgeschieden werden, hängen die Eigenschaften der Kristallstruktur von Filmen, die durch Aufsprühen erhalten werden, nicht von der Abscheidungstemperatur ab. Wenn die Zinkkonzentration geringer ist als bei Filmen

Reis. 3.20. d. Abhängigkeit der optischen Bandlücke von Filmen vom Parameter.

Beim Sprühen beträgt das Verhältnis ihrer elektrischen Leitfähigkeitswerte in Gegenwart und Abwesenheit von Beleuchtung 104 für Filme aus reinem Cadmiumsulfid und 1 für Filme aus reinem Zinksulfid. Diese Ergebnisse sind in Abb. dargestellt. 3,20, geb. Der Dunkelwiderstand dieser Filme nimmt mit zunehmender Konzentration zu. Durch das Glühen nimmt der spezifische Widerstand der Legierungsfilme ab, während, wie aus Abb. Bei ca. 3,20 V ist der Ausheileffekt bei reinen Filmen maximal und bei vernachlässigbar gering

Was die optischen Eigenschaften von Legierungsfilmen betrifft, so ändern sie sich bei Variationen in der Zusammensetzung gleichmäßig. Filme jeglicher Zusammensetzung sind Halbleiter mit „direkter Bandlücke“, und die Abhängigkeit der Bandlücke von der Zusammensetzung beim Übergang von rein zu rein, wie aus Abb. 3,20 g, anders als linear. Die beobachtete Vergrößerung der Bandlücke mit zunehmender Konzentration in der Legierung trägt zu einem Anstieg der Leerlaufspannung von Solarzellen bei

Traditionell wurde Cadmiumsulfid als Farbstoff verwendet. Es ist in den Gemälden so großer Künstler wie Van Gogh, Claude Monet und Matisse zu sehen. In den letzten Jahren wurde das Interesse daran mit der Verwendung von Cadmiumsulfid als Filmbeschichtung für Solarzellen und in lichtempfindlichen Geräten in Verbindung gebracht. Diese Verbindung zeichnet sich durch einen guten ohmschen Kontakt zu vielen Materialien aus. Sein Widerstand hängt nicht von der Stärke und Richtung des Stroms ab. Dadurch ist das Material vielversprechend für den Einsatz in der Optoelektronik, Lasertechnik und LEDs.

allgemeine Beschreibung

Cadmiumsulfid ist eine anorganische Verbindung, die natürlicherweise in den seltenen Mineralien Zinkblende und Howleyit vorkommt. Für die Industrie sind sie uninteressant. Die Hauptquelle für Cadmiumsulfid ist die künstliche Synthese.

Dem Aussehen nach ist diese Verbindung ein gelbes Pulver. Die Farbtöne können von Zitronen- bis Orangerot variieren. Aufgrund seiner leuchtenden Farbe und der hohen Widerstandsfähigkeit gegenüber äußeren Einflüssen wird Cadmiumsulfid als hochwertiger Farbstoff verwendet. Die Substanz wurde ab dem 18. Jahrhundert allgemein verfügbar.

Die chemische Formel der Verbindung lautet CdS. Es gibt zwei Strukturformen von Kristallen: hexagonal (Wurtzit) und kubisch (Zinkblende). Unter dem Einfluss von hohem Druck entsteht auch eine dritte Form, wie Steinsalz.

Cadmiumsulfid: Eigenschaften

Ein Material mit hexagonaler Gitterstruktur weist folgende physikalische und mechanische Eigenschaften auf:

• Schmelzpunkt - 1475 °C;
• Dichte - 4824 kg/m3;
• linearer Ausdehnungskoeffizient - (4,1-6,5) μK -1;
• Härte auf der Mohs-Skala - 3,8;
• Sublimationstemperatur - 980 °C.

Diese Verbindung ist ein direkter Halbleiter. Bei Bestrahlung mit Licht erhöht sich seine Leitfähigkeit, was die Verwendung des Materials als Fotowiderstand ermöglicht. Bei der Dotierung mit Kupfer und Aluminium wird ein Lumineszenzeffekt beobachtet. CdS-Kristalle können in Festkörperlasern verwendet werden.

Die Löslichkeit von Cadmiumsulfid in Wasser fehlt, in verdünnten Säuren ist sie schwach und in konzentrierter Salz- und Schwefelsäure gut. Auch Cd löst sich darin gut auf.

Der Stoff zeichnet sich durch folgende chemische Eigenschaften aus:

• fällt aus, wenn die Lösung Schwefelwasserstoff oder Alkalimetallen ausgesetzt wird;
• bei der Reaktion mit Salzsäure entstehen CdCl 2 und Schwefelwasserstoff;
• Beim Erhitzen in einer Atmosphäre mit überschüssigem Sauerstoff oxidiert es zu Sulfat oder Oxid (dies hängt von der Temperatur im Brennofen ab).

Quittung

Cadmiumsulfid wird auf verschiedene Weise synthetisiert:

• während der Wechselwirkung von Cadmium- und Schwefeldämpfen;
• bei der Reaktion von Organoschwefel und cadmiumhaltigen Verbindungen;
• Fällung aus Lösung unter dem Einfluss von H 2 S oder Na 2 S.

Filme auf Basis dieses Stoffes werden mit speziellen Verfahren hergestellt:

• chemische Fällung unter Verwendung von Thiocarbamid als Quelle für Sulfidanionen;
• Zerstäubung mit anschließender Pyrolyse;
• die Methode der Molekularstrahlepitaxie, bei der Kristalle unter Vakuumbedingungen gezüchtet werden;
• als Ergebnis des Sol-Gel-Prozesses;
• durch Ionensputtern;
• Anodisierung und Elektrophorese;
• im Siebdruckverfahren.

Um das Pigment herzustellen, wird das ausgefällte feste Cadmiumsulfid gewaschen, kalziniert, um eine hexagonale Kristallgitterform zu erzeugen, und dann zu einem Pulver gemahlen.

Anwendung

Farbstoffe auf Basis dieser Verbindung weisen eine hohe Hitze- und Lichtbeständigkeit auf. Durch Zusätze aus Selenid, Cadmiumtellurid und Quecksilbersulfid können Sie die Farbe des Pulvers in grün-gelb und rot-violett ändern. Pigmente werden bei der Herstellung von Polymerprodukten verwendet.

Es gibt weitere Einsatzgebiete von Cadmiumsulfid:

• Detektoren (Recorder) für Elementarteilchen, einschließlich Gammastrahlung;
• Dünnschichttransistoren;
• piezoelektrische Wandler, die im GHz-Bereich arbeiten können;
• Herstellung von Nanodrähten und -röhren, die als Leuchtmarkierungen in der Medizin und Biologie eingesetzt werden.

Cadmiumsulfid-Solarzellen

Dünnschicht-Solarmodule sind eine der neuesten Erfindungen im Bereich der alternativen Energie. Die Entwicklung dieser Industrie wird immer wichtiger, da die Reserven an Mineralien, die zur Stromerzeugung verwendet werden, schnell zur Neige gehen. Die Vorteile von Solarzellen auf Basis von Cadmiumsulfid sind folgende:

• geringere Materialkosten bei ihrer Herstellung;
• Steigerung der Effizienz bei der Umwandlung von Sonnenenergie in elektrische Energie (von 8 % bei herkömmlichen Batterietypen auf 15 % bei CdS/CdTe);
• die Möglichkeit, Energie ohne direkte Strahlung zu erzeugen und Batterien in nebligen Gebieten und an Orten mit hoher Staubbelastung zu verwenden.

Die zur Herstellung von Solarzellen verwendeten Folien sind nur 15–30 Mikrometer dick. Sie haben eine körnige Struktur, die Größe der Elemente beträgt 1-5 Mikrometer. Wissenschaftler glauben, dass Dünnschichtbatterien aufgrund ihrer unprätentiösen Betriebsbedingungen und langen Lebensdauer in Zukunft eine Alternative zu polykristallinen Batterien werden können.

Cadmium(II)-oxid

Beim Erhitzen an der Luft entzündet sich Cadmium und bildet Cadmiumoxid CdO (Molekulargewicht 128,41). Das Oxid kann auch durch Kalzinierung von Cadmiumnitrat oder Kohlendioxidsalzen gewonnen werden. Auf diese Weise wird das Oxid in Form eines braunen Pulvers erhalten, das zwei Modifikationen aufweist: amorph und kristallin. Beim Erhitzen wird ein amorphes Oxid kristallin und kristallisiert in einem kubischen System: Es adsorbiert Kohlendioxid und verhält sich wie eine starke Base. Die Umwandlungswärme von CdO AMORPH CdO CRYST beträgt 540 cal.

Die Dichte künstlich hergestellter Oxide liegt zwischen 7,28 und 8,27 g/cm 3 . In der Natur bildet CdO auf Galmea einen schwarzen Belag, der eine Dichte von 6,15 g/cm 3 aufweist. Schmelzpunkt 1385°.

Cadmiumoxid wird durch Wasserstoff, Kohlenstoff und Kohlenmonoxid reduziert. Wasserstoff beginnt CdO bei 250–260 °C gemäß einer reversiblen Reaktion zu reduzieren:

CdO+H 2 Cd+H 2 O,

Was bei 300° schnell endet.

Cadmiumoxid löst sich gut in Säuren und in einer Zinksulfatlösung gemäß einer reversiblen Reaktion:

CdO + H 2 O + ZnSO 4 CdSO 4 + Zn(OH) 2.

Cadmiumsulfid

Sulfid (CdS, Molekulargewicht 144,7) ist eine der wichtigen Cadmiumverbindungen. Es löst sich in konzentrierten Lösungen von Salz- und Salpetersäure, in siedender verdünnter Schwefelsäure und in Lösungen von Eisen(III)-Eisen; in der Kälte löst es sich schlecht in Säuren und ist in verdünnter Schwefelsäure unlöslich. Das Löslichkeitsprodukt von Sulfid beträgt 1,4·10 -28. Kristallines Sulfid kommt in der Natur in Form von Grenakit als Beimischung in Erzen von Schwer- und Nichteisenmetallen vor. Es kann künstlich durch die Fusion von Schwefel mit Cadmium oder Cadmiumoxid hergestellt werden. Wenn metallisches Cadmium mit Schwefel verschmolzen wird, wird die Entwicklung der Sulfidbildungsreaktion durch CdS-Schutzfilme gehemmt. Reaktion

2CdO+3S=2CdS+SO 2

beginnt bei 283° und verläuft bei 424° mit hoher Geschwindigkeit.

Es sind drei Modifikationen von CdS bekannt: amorph (gelb) und zwei kristallin (rot und gelb). Die rote Variante des kristallinen Sulfids ist schwerer (spezifisches Gewicht 4,5) als die gelbe (spezifisches Gewicht 3). Beim Erhitzen auf 450° wird amorphes CdS kristallin.

Cadmiumsulfid wird beim Erhitzen in einer oxidierenden Atmosphäre je nach Brenntemperatur zu Sulfat oder Oxid oxidiert.

Cadmiumsulfat

Cadmiumsulfat (CdSO 4 , Molekulargewicht 208,47) ist ein weißes kristallines Pulver, das im orthorhombischen System kristallisiert. Es ist in Wasser leicht löslich, in Alkohol jedoch unlöslich. Das Sulfat kristallisiert aus einer wässrigen Lösung in einem monoklinen System mit 8/3 Wassermolekülen (CdSO 4 8/3H 2 O), ist bis 74 ° stabil, wandelt sich jedoch bei höheren Temperaturen in Monohydratsulfat (CdSO 4 H 2 O) um. . Mit steigender Temperatur nimmt die Löslichkeit von Sulfat leicht zu, bei weiterer Temperaturerhöhung nimmt sie jedoch ab, wie in Tabelle 3 dargestellt:

Tisch 3

Es wurde die Existenz von drei Sulfatmodifikationen nachgewiesen: b, c und d. Nach der Freisetzung des letzten Wassermoleküls bei 200° aus dem kristallinen Hydrat 3CdSO 4 · 8H 2 O entsteht eine b-Modifikation, die bis 500° stabil ist; Bei weiterer Temperaturerhöhung entsteht die β-Modifikation, die sich bei Temperaturen über 735° in die g-Modifikation umwandelt. Hochtemperaturmodifikationen (c und d) wandeln sich beim Abkühlen in die b-Modifikation um.