El mineral que forma el sulfuro de zinc, ZnS, recibe dos nombres: esfalerita, del griego sphaleros -engañoso-; o blenda, del alemán blenden -engañar-. Esto es así por su tendencia a aparecer en varias formas que pueden confundirse con otros minerales, en especial, con la galena.
Produce cristales transparentes de color rojo o rojo pardusco y que, en ocasiones, se llaman zinc rubí o blenda rubí. Cuando los cristales son opacos y negros se les suele denominar black jack.
La esfalerita también puede contener hierro, que llega a representar hasta el 25 por ciento de su contenido metálico. Es el mineral de zinc más frecuente y su mena principal. Aparece en filones hidrotermales, en zonas de metamorfismo de contacto y en depósitos de substitución a temperaturas elevadas. También se encuentran pequeñas cantidades de esfalerita en meteoritos y en rocas lunares. Los principales yacimientos de este mineral se encuentra en el valle del Mississippi, Canadá, México, Rusia y España (Áliva en Cantabria y antiguamente también en Motril, Granada).
En la foto se observan cristales de esfalerita asociados a cuarzo y pirita entre otros.
La principal fuente de obtención de ZnS es la extracción desde su mena más importante, la esfalerita. En el laboratorio lo podemos sintetizar teniendo Zn2+ en disolución y saturándola con iones S2-. En estas condiciones precipita ZnS.
Otra forma es mezclando azufre y zinc en polvo y proporcionándole energía de activación en forma de calor. Hay que tener precaución, ya que la reacción es muy exotérmica, como se observa en el siguiente video.
Se genera un sólido amarillento de ZnS.
El sulfuro de zinc presenta polimorfía. La forma estable a baja temperatura es la blenda; la transformación a wurtzita se realiza a 1020º C. Ambas formas constituyen estructuras tipo.
La wurtzita es, por tanto, metaestable a la temperatura ordinaria; pero el contenido de energía de las dos formas es muy próximo. Aunque la blenda de zinc está favorecida termodinámicamente a 298K en 13kJmol-1, la transición de wurtzita a blenda es extraordinariamente lenta, permitiendo que ambos minerales existan en la naturaleza. Por encima de la temperatura de transformación, a unos 1200º C, sublima.
Es un empaquetamiento cúbico compacto centrado en las caras y generado por iones sulfuro S2-, con la mitad de los huecos tetraédricos ocupados por cationes zinc Zn2+. El índice de coordinación es 4 para ambas especies, habiendo 4 átomos de azufre y 4 de zinc por celdilla unidad. Según el cálculo de Pauling, el enlace es aproximádamente 87% covalente. Aquí se denota que el enlace no es totalmente iónico ni covalente. La distancia de enlace Zn─S es 235pm.
Estructura blenda de zinc.
En el video se ve más claramente la estructura blenda.
Otra forma de describir esta estructura es haciendo una comparación con la estructura tipo fluorita CaF2. Se pone de manifiesto la relación entre ambas estructuras al eliminar la mitad de los aniones en la fluorita para dar la blenda. La relación catión:anión pasa de 1:2 a 1:1 en la blenda de zinc.
Una descripción alternativa es relacionar la blenda con una estructura tipo diamante, donde el carbono, además de formar la estructura cúbica, está en posición tetraédrica. En la blenda de zinc, una de cada dos posiciones de la disposición tipo diamante está ocupada por un centro de zinc o azufre.
La wurtzita tiene empaquetamiento hexagonal compacto, a diferencia del cúbico que presenta la blenda, con los átomos de zinc y azufre apilados según la secuencia ABABAB. Existe un máximo empaquetamiento de aniones, ocupando los cationes Zn2+ la mitad de los huecos tetraédricos. Tanto Zn como S tienen coordinación tetraédrica, es decir, cada átomo está rodeado por cuatro átomos del otro elemento. La distancia de enlace Zn─S es 236pm, muy similar a la cúbica. También existe claro carácter covalente.
Estructura tipo wurtzita.
En el video observamos una estructura wurtzita.
Estas son algunas de las propiedades físicas y químicas que presenta el ZnS. Cabe destacar que es un compuesto bastante inerte.
El ZnS es blanco, sin embargo, puede presentar distintos colores debido a impurezas. En el video de obtención anterior podemos apreciar que se genera un sólido amarillo que puede ser debido a azufre sin reaccionar.
Presenta una dureza de 3 a 4 en la escala de Mohs y una densidad de 4,090 g/cm3.
La solubilidad en agua del ZnS es muy baja, siendo prácticamente insoluble. Esto es visible en el producto de solubilidad:
El ZnS puede precipitar en medio ácido, pero sólo si el ácido es muy diluido o es débil.
Al formarse un sulfuro con un elemento metálico con carácter noble, como es el Zn, el enlace tiene mayor participación covalente y la sustancia es más volátil. Así, el ZnS sublima a 1200º C. No tiene punto de ebullición, ya que descompone.
Vemos como se refleja el carácter reductor del metal en el potencial normal de la semirreacción al sulfuro en medio básico.
Están relacionados con la conductividad ciertos fenómenos ópticos como la luminiscencia. El fenómeno consiste en que hay sólidos que emiten luz al absorber radiaciones. Entre estos se cuenta el ZnS. Si estas sustancias se iluminan, la absorción de un cuanto de radiación puede originar el paso de un electrón de la banda de valencia a la banda de conductividad. La sustancia se hace conductora y el fenómeno se llama fotoconductividad.
Si la sustancia ha sido sometida a ciertos tratamientos que provocan defectos reticulares y hay presentes ciertas impurezas, emite luz intensa al ser iluminada por radiaciones. El fenómeno se llama fluorescencia. En el caso del ZnS, el compuesto toma un color gris con la exposición a luz ultravioleta, provocada probablemente por la disociación de los elementos; pero este proceso puede ser inhibido adicionando trazas de sales de cobalto al ZnS.
Otro fenómeno, en cierto modo semejante a la fluorescencia, es la fosforescencia. Difieren -entre otros aspectos- en que el tiempo que dura la emisión de radiaciones por el sólido, después de cesar la excitación, es largo en la fosforescencia (en el ZnS, puede durar de 1 a 3 horas); en cambio, en la fluorescencia ese tiempo es corto.
Gracias a esta propiedad el ZnS tiene múltiples aplicaciones.
El ZnS es fotoluminiscente.
Se emplea el llamado "lithopone", que es una mecla de ZnS y BaSO4 que da lugar a un pigmento blanco. Se obtiene en medio acuoso mediante la siguiente reacción:
El precipitado de ZnS se disuelve fácilmente en ácidos minerales con desprendimiento de H2S, pero tostado hace que sea mucho menos reactivo, haciéndolo un pigmento aceptable en pinturas para juguetes infantiles, ya que es inofensivo si se ingiere.
Los rayos catódicos, rayos X y la radioactividad también producen fluorescencia o luminiscencia en una variedad de colores que puede ser aumentada con la adición de trazas de varios metales o reemplazando Zn por Cd y S por Se. El ZnS es extensamente usado en este ámbito, para entre otros usos, la manufactura de tubos de rayos catódicos y pantallas para radares.
Ocasionalmente también se utiliza en pantallas de televisión.
El ZnS se puede utilizar en conjugación con compuestos parecidos en estructura como son ZnSe (amarillo) y ZnTe (marrón) para dar lugar a sustancias que presentan fenómenos de luminiscencia. Esto incluye fosforescencia y fluorescencia.
Esta propiedad tiene muchas aplicaciones como en pinturas que se dejan ver en la oscuridad, siendo muy útil en materiales como relojes, señales de emergencia y elementos de decoración. Cuando se añade como agente activador plata, el resultado el un color azul brillante. Con manganeso el color obtenido es naranja rojizo. Si ponemos cobre proporciona el típico color verdoso que brilla en la oscuridad. El dopaje de ZnS con Cu es usado también en paneles de electroluminiscencia.
Estas son las reacciones que se dan:
La obtención de Zn metal es una de las apliaciones más importantes de ZnS, siendo una de las menas principales de este metal. El Zn tiene numerosos usos, algunos son estos:
-El zinc por sus propiedades anticorrosivas es utilizado como recubrimiento anticorrosivo de metales. Esto se puede hacer mediante zincado electrolítico, metalización o galvanización. Es muy usuado el galvanizado de hierro y acero con zinc, que se necesitan en construcción e industria automovilística.
-En baterías, que representan una fuente de energía limpia y durarea. Son utilizadas en informática.
-También son muy importantes las aleaciones de zinc con otros metales como Cu, Ni, Al, Mg, etcétera. Confiere al material buenas propiedades mecánicas, estabilidad dimensional y buena resistencia a la corrosión, entre otras. El latón es un ejemplo de aleacion de zinc y cobre.
-El zinc también es empleado para hacer troquelados, que son moldes de metal para muchos artículos.
-Además el zinc es un elemento esencial y vital para el cuerpo humano, así, hay que ingerirlo en las cantidades necesarias en la dieta.
El ZnS puede tener alguna aplicación como propulsor de cohetes, al menos en artefactos caseros, y también en gravimetría.
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