Solfuro di cadmio: proprietà, sintesi, reazioni

Il solfuro di cadmio CdS è un composto  presente in natura nei minerali greenockite e hawleyite che differiscono tra loro nella struttura cristallina. Presenta  quindi polimorfismo: nella greenockite forma cristalli esagonali mentre nella hawleyite forma cristalli cubici.

Proprietà

È un solido di colore giallo scarsamente solubile in acqua con un valore del prodotto di solubilità di 8 · 10-28.
Si dissocia secondo l’equilibrio eterogeneo:
CdS(s) ⇄ Cd2+(aq) + S2-(aq)

L’espressione del prodotto di solubilità è:
Kps = [Cd2+][S2-]
Detta x la solubilità molare all’equilibrio si ha:
[Cd2+]=[S2-]

Sostituendo nell’espressione del Kps:

Kps = 8 · 10-28 = (x)(x) = x2
Da cui x  = √8 · 10-28 = 3· 10-14 mol/L
pertanto la solubilità espressa in g/L vale 3· 10-14 mol/L · 144.46  g/mol = 4 ·10-12  g/L

Sintesi

Stante la sua scarsa solubilità in acqua può essere ottenuto tramite una reazione di precipitazione facendo reagire, ad esempio, il cloruro di cadmio con il solfuro di sodio:
CdCl2(aq) + Na2S(aq)→ CdS(s) + 2 NaCl(aq)

Reazioni

Alla temperatura di 800°C reagisce con l’ossigeno per dare ossido di cadmio e anidride solforosa secondo la reazione:
2 CdS(s) +3 O2(g) → 2 CdO(s) + 2 SO2(g)

In presenza di acido solforico dà luogo alla formazione di solfato di cadmio e solfuro di idrogeno:
CdS(s) + H2SO4(aq) → CdSO4(s) + H2S(g)

Semiconduttore

Il solfuro di cadmio è un semiconduttore con un intervallo di banda di 2.42 eV e un picco di assorbimento massimo di lunghezza d’onda di 514 nm.

Esso può quindi assorbire la luce visibile e la luce U.V. entro una lunghezza d’onda di ≤ 514 nm. Inoltre, la posizione del gap di banda dei semiconduttori CdS è adatta per molte reazioni fotocatalitiche, come la decomposizione dell’acqua e la riduzione di CO2 .

Fotoresistori

I fotoresistori sono componenti elettronici fotosensibili che riescono a variare il loro valore ohmico in funzione dell’intensità di luce che ricevono. Nello specifico hanno una resistenza inversamente proporzionale alla quantità di luce che le colpisce.

Nella loro struttura sul supporto isolante che può essere di ceramica o mica è depositato un sottile strato di solfuro di cadmio, che rappresenta l’elemento sensibile alla luce. Esso, piuttosto che liberare elettroni esternamente al materiale stesso, come accadeva nelle fotocellule, li libera internamente, favorendo la conduzione elettrica, cioè variando la propria resistenza.

Pigmento

Il solfuro di cadmio fu sintetizzato per la prima volta in Germania nel 1817 e successivamente commercializzato come pigmento artistico a metà del XIX secolo. Molti artisti moderni, come Vincent van Gogh, James Ensor, Edward Munch, Henri Matisse e Pablo Picasso utilizzarono questo pigmento detto giallo cadmio.

Tuttavia si è notato il degrado delle vernici giallo cadmio in importanti opere d’arte come L’urlo di Edward Munch realizzate nel periodo storico compreso tra la fine del XIX e l’inizio del XX secolo. Gli studi condotti hanno portato a ipotizzare che il motivo della reattività del solfuro di cadmio possa essere ricondotto alla sua natura di semiconduttore. Esso, infatti, presenta un forte assorbimento di luce nel campo del visibile. Questo assorbimento conferisce al pigmento un suo colore altamente saturo, ma genera anche processi di fotoattività. Inoltre i metodi di sintesi attuati all’epoca utilizzando H2S quale agente precipitante hanno grani piccoli e quindi a causa del loro rapporto superficie/volume maggiore, mostrano una reattività maggiore rispetto alle particelle più grandi

Nanoparticelle di solfuro di cadmio

Le nanoparticelle di solfuro di cadmio hanno proprietà uniche dovute alle dimensioni e alla forma e usate nei campi della fotocatalisi, delle applicazioni ottiche, della biomedicina e usate per il rilascio controllato di farmaci

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