Sulfuro de cadmio para niños

Datos para niños   Sulfuro de cadmio
Fórmula molecular	?
Identificadores
Número CAS	1306-23-6
Número RTECS	EV3150000
ChEBI	50833
ChemSpider	7969586
PubChem	9793819 14783, 9793819
UNII	057EZR4Z7Q
InChI InChI=InChI=1S/Cd.S Key: CJOBVZJTOIVNNF-UHFFFAOYSA-N%22 FRLJSGOEGLARCA-UHFFFAOYSA-N, CJOBVZJTOIVNNF-UHFFFAOYSA-N
Propiedades físicas
Masa molar	145,8754295 g/mol

El sulfuro de cadmio es un compuesto inorgánico formado por azufre y cadmio, con la fórmula química CdS. Se presenta como un sólido de color amarillo brillante. En la naturaleza, se encuentra en dos tipos de estructuras cristalinas en minerales poco comunes llamados greenockita y hawleyita.

Sin embargo, es más común encontrarlo como una impureza en el zinc. Por eso, su extracción es más económica a partir de minerales de zinc como la esfalerita y la wurtzita. Como compuesto, es fácil de separar y purificar, lo que lo convierte en la principal fuente de cadmio para usos comerciales. Su color amarillo intenso hizo que se usara como pigmento en pinturas, conocido como "amarillo cadmio", desde el siglo XVIII.

¿Cómo se produce el sulfuro de cadmio?

El sulfuro de cadmio se puede obtener mezclando sales de cadmio (II) que se disuelven en agua con iones de sulfuro. Esta reacción se ha usado en química para medir cantidades de sustancias (análisis gravimétrico) y para identificar elementos (análisis inorgánico cualitativo).

La forma en que se prepara y se trata el producto final afecta su estructura cristalina (cúbica o hexagonal). Si se usan métodos de precipitación química, se obtienen formas con una estructura cúbica.

Para producir pigmentos de cadmio, primero se precipita el CdS. Luego, el sólido se lava y se calienta a altas temperaturas (calcinación) para que cambie a su forma cristalina hexagonal. Finalmente, se muele para obtener un polvo fino. Si el sulfuro de cadmio se precipita junto con sulfuro de selenio (SeS₂), se forma sulfoselenuro de cadmio (CdSSe) durante la calcinación.

A veces, el sulfuro de cadmio se combina con sulfato para reducir ciertas bacterias.

Métodos para crear películas delgadas de CdS

Existen métodos especiales para crear capas muy finas de sulfuro de cadmio. Estas capas se usan en componentes como fotorresistores y celdas solares.

• Deposición química: Se preparan películas delgadas de CdS usando tiourea como fuente de azufre y una solución reguladora de amonio para controlar la acidez (pH).

 :Cd²⁺ + H₂O + (NH₂)₂CS + 2 NH₃ → CdS + (NH₂)₂CO + 2 NH₄⁺

• Depósito de vapor: También se puede producir mediante técnicas de depósito de vapor con procesos químicos organometálicos (MOCVD). Este proceso usa compuestos de azufre y cadmio que se evaporan fácilmente. Un ejemplo es la reacción de dimetilcadmio con dietil sulfuro:

 :Cd(CH₃)₂ + Et₂S → CdS + CH₃CH₃ + C₄H₁₀

Otros métodos para producir estas películas incluyen:

• Sol gel
• Pulverización catódica
• Baño químico
• Depósito electroquímico
• SILAR
• Pulverización con una mezcla de sales de cadmio, un compuesto de azufre y un material adicional (dopante).
• Serigrafía usando una pasta líquida con CdS disperso.

¿Cómo reacciona el sulfuro de cadmio?

El sulfuro de cadmio es soluble en ácidos. Esta propiedad se ha estudiado para extraer el pigmento de residuos plásticos, como los de tuberías de HDPE:

CdS + 2 HCl → CdCl₂ + H₂S

Cuando se añade hidrógeno a soluciones con partículas de CdS dispersas, ocurre una reacción:

H₂S → H₂ + S ΔH_f = +9.4 kcal/mol

Se cree que el proceso funciona así: cuando el sulfuro de cadmio absorbe luz, se crean pares de electrones y "agujeros" (espacios sin electrones). Estos reaccionan con el agua y el sulfuro:

• Producción de un par electrón/agujero:

 :: CdS + hν → e− ⁺ Agujero+

• Reacción del electrón:

 ::2e⁻ + 2H₂O → H₂ + 2OH⁻

• Reacción del agujero:

 ::2agujero⁺ + S²⁻ → S

Estructura y características físicas del sulfuro de cadmio

Al igual que el sulfuro de cinc, el sulfuro de cadmio tiene dos formas cristalinas. La más estable es la estructura hexagonal, que se encuentra en el mineral greenockita. También existe una forma con estructura sistema cristalino cúbico, presente en el mineral Hawleyite. En ambas formas, los átomos de cadmio y azufre están conectados a cuatro otros átomos. A muy altas presiones, también puede formarse una estructura similar a la del cloruro de sodio (sal de mesa).

Es un semiconductor con una brecha energética directa de 2.42 eV. El tamaño de esta brecha de energía es lo que le da su color.

Además, tiene otras características importantes:

• Su capacidad para conducir electricidad aumenta cuando recibe luz, por eso se usa en fotorresistores.
• Cuando se combina con otro tipo de semiconductor, forma el centro de una celda solar. La combinación de CdS y Cu2S fue una de las primeras celdas solares eficientes (creada en 1954).
• Si se le añaden pequeñas cantidades de otros elementos (proceso llamado dopaje) como Cu+ y Al3+, el CdS brilla cuando es excitado por rayos catódicos (catodoluminiscencia).
• Ambas formas cristalinas son piezoeléctricas (generan electricidad al ser presionadas) y la forma hexagonal también es piroeléctrica (genera electricidad con cambios de temperatura).
• Puede producir luz cuando se le aplica electricidad (electroluminiscencia).
• Un cristal de CdS puede funcionar como un láser de estado sólido.
• En forma de película delgada, el CdS se puede combinar con otras capas para usarlo en ciertos tipos de celdas solares. También fue uno de los primeros materiales semiconductores usados en transistores de película delgada (TFTs). Sin embargo, el interés en estos TFTs disminuyó con la aparición de la tecnología de silicio amorfo a finales de los años setenta.

Usos del sulfuro de cadmio

Como pigmento en pinturas

Pigmento amarillo cadmio

Los pigmentos de cadmio, que se basan en el sulfuro de cadmio, son muy apreciados. Esto se debe a que son muy estables al calor y a la luz, resisten bien los químicos y cubren muy bien. Como pigmento, el CdS se conoce como amarillo cadmio (CI pigmento amarillo 37). Desde 1982, se producen aproximadamente 2000 toneladas al año, lo que representa cerca del 25% del cadmio usado en el comercio. También se utiliza como pigmento en plásticos.

Uso en el arte a lo largo de la historia

El sulfuro de cadmio estuvo disponible comercialmente a partir de 1840. Esto permitió que artistas famosos como Van Gogh, Monet (en su serie de Londres y otras obras) y Matisse (en su obra Bañistas en el río de 1916–1919) lo usaran en sus pinturas. La presencia de cadmio en una pintura puede indicar que fue creada después del siglo XIX, lo que ayuda a detectar si una obra de arte es falsa si se dice que es más antigua.

Mezclas de CdS y CdSe

El sulfuro de cadmio (CdS) y el seleniuro de cadmio (CdSe) pueden formar mezclas sólidas. Si se añade más seleniuro de cadmio, los pigmentos cambian a tonos rojizos. Por ejemplo, se obtienen el CI naranja de pigmento 20 y el CI rojo de pigmento 108.

Seguridad al usar sulfuro de cadmio

El sulfuro de cadmio puede ser perjudicial, especialmente si se inhala como polvo. En general, los compuestos de cadmio se consideran sustancias que pueden causar ciertos problemas de salud.

Véase también

En inglés: Cadmium sulfide Facts for Kids