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| 氧化鋅 | |
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氧化鋅，俗稱鋅白，是鋅的一種氧化物。難溶於水，可溶於酸和強鹼。氧化鋅是一種常用的化學添加劑，廣泛地應用於塑料、硅酸鹽製品、合成橡膠、潤滑油、油漆塗料、藥膏、粘合劑、食品、電池、阻燃劑等產品的製作中。氧化鋅的能帶隙和激子束縛能較大，透明度高，有優異的常溫發光性能，在半導體領域的液晶顯示器、薄膜晶體管、發光二極管等產品中均有應用。此外，微顆粒的氧化鋅作為一種納米材料也開始在相關領域發揮作用。[1]
基本簡介
氧化鋅是鋅的氧化物，難溶於水，可溶於酸和強鹼。它是白色固體，故又稱鋅白。它能通過燃燒鋅或焙燒閃鋅礦（硫化鋅）取得。在自然中，氧化鋅是礦物紅鋅礦的主要成分。人造氧化鋅有兩種製造方法：由純鋅氧化或烘燒鋅礦石而成。氧化鋅作為添加劑在多種材料和產品有應用，包括塑料、陶瓷、玻璃、水泥、潤滑劑[2]、油漆、軟膏、粘合劑、填隙材料、顏料、食品（ 補鋅劑）、電池、鐵氧體材料、阻燃材料[3]和醫用急救繃帶等。[2]
理化常數
CAS編號 EINECS號 InChI編碼 化學式 分子量 外觀 相對密度 熔點 1314-13-2
215-222-5
InChI=1/O.Zn/rOZn/c1-2 ZnO 81.39 白色固體 5.606 1975 °C（分解）
沸點 在水中溶解度 能帶隙 標準摩爾生成焓 標準摩爾熵 MSDS編號 EU分類 閃點 2360 °C 0.16 mg / 100 mL（30 °C） 3.3eV -348.0 kJ / mol 43.9 J / (K · mol) ICSC 0208
對環境有害（N）
1436 °C
警示性質標準詞
R50/53（對水生生物有劇毒，可能對水生環境造成長期的不良影響）
安全建議標準詞
S60（物質及容器必須按危險廢物放置）、S61（防止排向環境）
基本性質
物理性質
氧化鋅晶體有三種結構：六邊纖鋅礦結構、立方閃鋅礦結構，以及比較罕見的氯化鈉式八面體結構。纖鋅礦結構在三者中穩定性最高，因而最常見。立方閃鋅礦結構可由逐漸在表面生成氧化鋅的方式獲得。在兩種晶體中，每個鋅或氧原子都與相鄰原子組成以其為中心的正四面體結構。 八面體結構則只曾在100億帕斯卡的高壓條件下被觀察到。
纖鋅礦結構、閃鋅礦結構有中心對稱性，但都沒有軸對稱性。晶體的對稱性質使得纖鋅礦結構具有壓電效應和焦熱點效應，閃鋅礦結構具有壓電效應。
纖鋅礦結構的點群為6mm（國際符號表示），空間群是P63mc。晶格常量中，a = 3.25 埃，c = 5.2 埃；c/a比率約為1.60，接近1.633的理想六邊形比例。在半導體材料中，鋅、氧多以離子鍵結合，是其壓電性高的原因之一。
氧化鋅的硬度約為4.5，是一種相對較軟的材料。氧化鋅的彈性常數比氮化鎵等III-V族族半導體材料要小。氧化鋅的熱穩定性和熱傳導性較好，而且沸點高，熱膨脹係數低，在陶瓷材料領域有用武之地。
在各種具有四面體結構的半導體材料中，氧化鋅有着最高的壓電張量。該特性使得氧化鋅成為機械電耦合重要的材料之一。
在室溫下，氧化鋅的能帶隙約為3.3 eV，因此，純淨的氧化鋅是無色透明的。高能帶隙為氧化鋅帶來擊穿電壓高、維持電場能力強、電子噪聲小、可承受功率高等優點。氧化鋅混入一定比例的氧化鎂或氧化鎘，會使能帶隙在3-4 eV之間變化。
即使沒有摻入任何其它物質，氧化鋅具有N型半導體的特徵。N型半導體特徵曾被認為與化合物原子的非整比性有關，而對純淨氧化鋅的研究則成為一個反例。使用鋁、鎵、銦等第III主族元素或氯、碘等鹵素可以調節其N型半導體性能。而要將氧化鋅製成P型半導體則存在一定的難度。可用的添加劑包括鋰、鈉、鉀等鹼金屬元素，氮、磷、砷等第V主族元素，銅、銀等金屬，但都需要在特殊條件下才具有效用。
化學性質
氧化鋅主要以白色粉末或紅鋅礦石的形式存在。紅鋅礦中含有的少量錳元素等雜質使得礦石呈現黃色或紅色。氧化鋅晶體受熱時，會有少量氧原子溢出（800 °C時溢出氧原子占總數0.007%），使得物質顯現黃色。當溫度下降後晶體則恢復白色。
當溫度達1975 °C時氧化鋅會分解產生鋅蒸氣和氧氣。單質碳可用於氧化鋅中鋅的還原，在高溫條件下發生反應：
· ZnO + C → Zn + CO
氧化鋅是一種兩性氧化物，難溶於水或乙醇，但可溶於大多數酸，例如鹽酸：
· ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H₂O
同時可以與強鹼反應生成可溶性鋅酸鹽，例如與氫氧化鈉反應：
· ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4]
氧化鋅在脂肪酸中可發生緩慢的反應，生成相應的羧酸鹽，如油酸鹽和硬脂酸鹽。氧化鋅可以與硫化氫發生反應，在工業生產中該反應常用來除去混合氣體中的硫化氫：
· ZnO + H2S → ZnS + H2O
氧化鋅與濃氯化鋅水溶液混合時生成鹼式氯化鋅，具有類似水泥的硬化性質，常用於牙科手術。氧化鋅和磷酸反應生成的四水合磷酸鋅（Zn3(PO4)2·4H2O）也具有相同的性質。
氧化鋅與鎂粉、鋁粉、氯化橡膠、亞麻籽油接觸會發生劇烈反應，發生起火或爆炸的危險。含有氧化鋅的軟膏與水混合暴露在紫外線光下則可產生過氧化氫。
製法
工業製法
每年會生產用於工業用途的氧化鋅105噸，生產方法主要有三個途徑。
間接法（法國）
純的金屬鋅在石墨坩堝中熔化後，在高於907℃（通常在1000℃左右）的溫度下蒸發形成鋅的蒸汽，蒸汽在空氣中被氧氣氧化產生氧化鋅，這個氧化過程會發出閃亮的光同時伴隨着溫度的降低，隨後氧化鋅顆粒通過一根冷卻傳送管被收集在一個集塵室里。這個合成方法是在1844年被法國人LeClaire普及推廣開的，因此該法也被稱作法國法。此法得到的產品一般是平均尺寸0.1至幾個毫米的氧化鋅顆粒。按重量計，世界上大部分的氧化鋅是由這個方法製造的。
直接法（美國）
直接法以不純的含鋅化合物比如爐甘石或金屬鋅精煉後的副產物為原料的，原料先用碳（比如無煙煤）加熱還原生成鋅蒸汽，接着蒸汽用間接法氧化成氧化鋅。因為原料的純度較低，所以直接法得到的最終產物相比間接法的產品質量要低一些。
化學濕法
一小部分的工業產品是以純的鋅鹽水溶液為原料通過化學反應產生碳酸鋅或氫氧化鋅沉澱。沉澱經過過濾、洗滌、乾燥後在800°C左右的溫度下焙燒得到產品。
實驗室製法
有許多專門用於合成科研和某些特定用途的氧化鋅的方法。可將這些方法根據所得氧化鋅的形態（塊狀氧化鋅、氧化鋅薄膜、氧化鋅納米線）、合成溫度（接近室溫的低溫或溫度接近1000 °C的高溫）、處理方法（氣相沉積或溶液生長）或其他參數分為多種。
大體積的單晶（體積達幾個立方厘米）通常是用氣相轉移法（氣相沉積法）、水熱合成法或熔融生長法製備。但是因為氧化鋅的蒸汽壓很高，所以熔融生長法不適用於培養氧化鋅單晶。氣相轉移法生長氧化鋅單晶較難控制，這使得在製備氧化鋅的單晶時傾向於使用水熱法。氧化鋅薄膜的製備方法包括化學氣相沉積法、有機金屬化學氣相沉積法、電化學沉積法（Electrophoretic deposition）、脈衝激光沉積法、濺射、溶膠凝膠法、原子層沉積法、噴霧熱解法等。
實驗室中通常是用鋅棒作為陽極電解碳酸氫鈉水溶液的方法來合成氧化鋅白色粉末的。這個方法會生成氫氧化鋅和氫氣。氫氧化鋅加熱分解成氧化鋅。
Zn + 2 H2O → Zn(OH)2 + H2
Zn(OH)2 → ZnO + H2O
基本用途
標定乙二胺四乙酸二鈉的基準物質在錳的氧化還原容量法測定中用以沉澱鹽類易水解的元素，如鐵、鉻、釩、鈦和鋯等用作硫化氫吸收劑、顏料、半導體。
用於靜電濕法複印、干法轉印、激光傳真通訊、電子。
注意事項
一、健康危害
侵入途徑：吸入、食入。
健康危害：吸入氧化鋅煙塵引起鋅鑄造熱。其症狀有口內金屬味、口渴、咽干、食欲不振、胸部發緊、乾咳、頭痛、頭暈、四肢酸痛、高熱惡寒。大量氧化鋅粉塵可阻塞皮脂腺管和引起皮膚丘疹、濕疹。
二、毒理學資料及環境行為
急性毒性：LD507950mg/kg(小鼠經口)
危險特性：與鎂、亞麻子油發生劇烈反應。與氯化橡膠的混合物加熱至215℃以上可能發生爆炸。受高熱分解，放出有毒的煙氣。
燃燒(分解)產物：自然分解產物未知。
相關措施
防護措施
呼吸系統防護：作業工人建議佩戴防塵口罩。
眼睛防護：必要時可採用安全面罩。
防護服：穿緊袖工作服，長筒膠鞋。
手防護：戴防護手套。
其它：工作現場嚴禁吸煙、進食和飲水。工作後，淋浴更衣。注意個人清潔衛生。
急救措施
皮膚接觸：用肥皂水及清水徹底沖洗。就醫。
眼睛接觸：拉開眼瞼，用流動清水沖洗15分鐘。就醫。
吸入：脫離現場至空氣新鮮處。就醫。
食入：誤服者，口服牛奶、豆漿或蛋清，洗胃。就醫。
滅火方法：不燃。火聲周圍可用的滅火介質。
安全信息
包裝等級：III 海關編碼：3824909990 危險品運輸編碼：UN30779/PG3 WGKGermany：2 危險類別碼：R50/53 安全說明：S60-S61-S7/9 RTECS號：ZH4810000 危險品標誌：N:Dangerousfortheenvironment