Summary
Este artículo presenta un protocolo para la síntesis de bis(thiourea) cristales de cloruro de cadmio por deposición química del baño. Se describen dos experimentos: uno con la ayuda de luz ultravioleta, comparada con uno sin la luz ultravioleta.
Abstract
En este trabajo, los efectos en la preparación de cristales de cloruro de cadmio bis(thiourea) cuando se ilumina con radiación ultravioleta (UV) la luz en una longitud de onda de 367 nm utilizando la técnica de deposición química del baño se estudian comparativamente. Se realizan dos experimentos para hacer una comparación: uno sin la luz ultravioleta y el otro con la ayuda de luz ultravioleta. Ambos experimentos se realizan en igualdad de condiciones, a una temperatura de 343 K y con un pH de 3,2. Los precursores utilizados son el cloruro de cadmio (CdCl2) y tiourea [CS (NH2)2], que se disuelven en 50 mL de agua desionizada con un pH ácido. En este experimento, se busca la interacción de la radiación electromagnética en el momento de la reacción química se lleva a cabo. Los resultados demuestran la existencia de una interacción entre los cristales y la luz UV; la asistencia de luz UV causa crecimientos de cristal en forma acicular. Además, el producto final obtenido es sulfuro de cadmio y no muestra evidentes diferencias cuando sintetiza con o sin el uso de la luz UV.
Introduction
Un área importante de investigación es solos cristales; su crecimiento está dirigido a diferentes aplicaciones. Éstos se pueden utilizar como materiales ópticos no lineales aplicados en las áreas de tecnología láser, en el campo de la optoelectrónica y para el almacenamiento de información1, que proporciona un área de oportunidad para su investigación. Bis(Thiourea) cloruro de cadmio es un material metal-orgánicos y pueden ser sintetizado a partir de dos precursores, tiourea y cadmio cloruro, obedeciendo a la siguiente fórmula química: 2CS (NH2)2 + CdCl2 CdCl2-[CS (NH2) 2] 2. se ha preparado este material metal-orgánico en condiciones de reacción diferentes, tales como temperatura y pH, pero nunca con la ayuda de luz ultravioleta (UV).
La influencia del pH sobre la estructura del cristal se ha divulgado; en un pH < 6, es posible obtener la formación de monocristales. Estos, a su vez, se modifican dependiendo de la gama del pH. En un intervalo de 6 a 4, es posible obtener estructuras hexagonales, para si el pH es < 4, una estructura cristalina ortorrómbica se obtiene2. La disociación de iones es promovida por el pH ácido Cd2 + y el Cl– ya que evita la formación de hidróxido de cadmio [Cd(OH)2]. Esto estabiliza el cadmio: un átomo de cadmio se une a dos radicales sulfuro-libre y dos dosificadora.
Aquí, la síntesis se lleva a cabo mediante la técnica de deposición de baño químico (CBD), controlando las distintas condiciones que intervienen en el momento de la reacción química3. En CBD, los factores que controlan la reacción química son las siguientes: la temperatura de la solución, los iones precursores, el pH de la solución, el número de reactivos y la velocidad de agitación, para nombrar unos pocos. Por otro lado, la técnica en comparación con usado aquí se llama deposición de baño fotoquímica (PCBD) porque utiliza la ayuda de luz UV. Ha habido informes que asistencia de luz UV se ha utilizado para sintetizar películas de CuSx4,5, ZnS6, CD7y InS8, entre otros. Ichimura y Gunasekaran9 de presente en su obra que las soluciones de sulfato tienen un borde de absorción cerca de 300 nm. Debido a esta gama de absorción, se aplica la radiación ultravioleta, que se traduce en una gama de emisiones similar al de las soluciones absorbidas.
Otra propiedad de cloruro de cadmio bis(thiourea) es su degradación cuando se calienta. Presenta una descomposición inicial en temperaturas de 512 K o más, formando sulfuro de cadmio (CdS). La reacción de degradación es la siguiente: [Cd (CS [NH2])2] Cl2 → Δ CD + HNCS + NH3 + NH4SCN. Esta degradación produce ácido thiocyanuric y varios tiocianatos10,11. También, en el grupo de investigación, algunos efectos provocados por la radiación UV fueron estudiados12. Por último, en este trabajo, un procedimiento de síntesis comparativa para bis(thiourea) cristales de cloruro de cadmio se describe, así como los efectos de la luz UV.
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Protocol
PRECAUCIÓN: Los productos químicos utilizados en el presente Protocolo son tóxicos y cancerígenos; por lo tanto, las recomendaciones de seguridad y los procedimientos deben seguirse cuidadosamente. Use equipo de protección adecuado y consulte cualquier hoja materiales relevantes de seguridad (MSDS).
1. síntesis de cloruro de cadmio Bis(thiourea)
-
Preparación de la solución precursora
- Vierta 500 mL de agua desionizada en un vaso de precipitados de 1 L con agitación constante; agregar 0,3 mL de ácido clorhídrico a una concentración de 36.5%, asegurándose de que el pH de la solución está tan cercano como posible a 3, usando un medidor de pH.
PRECAUCIÓN: Para evitar cualquier salud efectos, realizar esta acción dentro de una campana de humos es muy recomendable. - Verter 50 mL de la solución precursora preparada como se indica en el paso 1.1.1 en cada uno de los dos vasos de precipitado de 100 mL (en lo sucesivo, estos vasos se llamado A y B).
Nota: Dos experimentos (A y B, depende el vaso utilizado) se llevan a cabo simultáneamente. Sólo experimento B se expondrá a la luz UV.
- Vierta 500 mL de agua desionizada en un vaso de precipitados de 1 L con agitación constante; agregar 0,3 mL de ácido clorhídrico a una concentración de 36.5%, asegurándose de que el pH de la solución está tan cercano como posible a 3, usando un medidor de pH.
- Peso 2,29 g de CdCl2 para cada vaso (A y B).
PRECAUCIÓN: Realizar esta acción dentro de la campana como el material utilizado se identifica como peligrosos. El cadmio es altamente tóxico e identificados como cancerígenos cuando se inhala; debe ser manipulado con cuidado. - Peso 1,33 g de CS (NH2)2 para cada vaso (A y B).
PRECAUCIÓN: Realizar esta acción dentro de la campana como el material utilizado es peligrosamente insalubre. Tiourea es altamente tóxico cuando se inhala y debe manejarse con cuidado. - Añadir a cada vaso de precipitados (A y B) 2,29 g de CdCl2 y 1,33 g de CS (NH2)2 50 ml de la solución precursora.
2. comparativa síntesis de cloruro de cadmio Bis(thiourea)
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Arreglo experimental sin luz UV (A).
- Coloque el vaso (A) en la placa de agitación y calor hasta 343 K. conjunto la placa a una moderada velocidad de agitación.
PRECAUCIÓN: Realizar esta acción dentro de la campana de humos. - Mantener la solución en el vaso (A) moderado revolviendo durante 2 h en la placa a 343 K.
- Coloque el vaso (A) en la placa de agitación y calor hasta 343 K. conjunto la placa a una moderada velocidad de agitación.
-
Arreglo experimental con luz UV (B).
- Coloque el vaso B en la placa y calentar hasta 343 K. sistema la velocidad de agitación en un nivel moderado y encender la fuente de luz UV.
Nota: El arreglo experimental se muestra en la figura 1.
PRECAUCIÓN: Realizar esta acción dentro de la campana de humos. - Mantener las condiciones de agitación y temperatura como se describe en el paso 2.2.1 por 2 h.
- Coloque el vaso B en la placa y calentar hasta 343 K. sistema la velocidad de agitación en un nivel moderado y encender la fuente de luz UV.
3. obtención de cristales de cloruro de cadmio Bis(thiourea)
- Montar 2 embudos de vidrio con papel filtro (nº 40, Ø = 125 mm), cada una en un matraz aforado de 100 mL, para el A y B. Para evitar la formación de cristales en esta etapa; No deje que el frío de la solución antes de lo filtrado.
- Filtrar las soluciones A y B a través del papel, cada uno en su propio frasco de 100 mL.
PRECAUCIÓN: Realizar esta acción dentro de la campana de humos. - Deje ambas soluciones dentro de los matraces aforados se enfríen a temperatura ambiente.
Nota: Los cristales comienzan a crecer en los primeros minutos dentro de los matraces aforados. - Preparan Asamblea filtra nuevamente (paso 3.1) con un nuevo filtro de papel.
- Filtrar las soluciones con los cristales a través del papel filtro en diferentes matraces aforados.
PRECAUCIÓN: Realizar esta acción dentro de la campana de humos. - Transferencia de los cristales en el papel de filtro para el vidrio de reloj correspondiente.
Nota: en este punto, hay 2 vidrios de reloj, 1 para el A y 1 B. - Para confirmar la presencia de cristales de cloruro de cadmio bis(thiourea) polvo difracción de rayos x (DRX) y espectroscopia de Raman, como se informó en Trujillo et al. 12.
4. la calcinación de los cristales para obtener CdS
- Colocar los cristales obtenidos en el paso 3.7 en 2 diferentes crisoles, 1 para el A y 1 B.
- Precalentar un horno de laboratorio eléctrico y estabilizar su temperatura a 773 K o superior.
- Colocar los crisoles de paso 4.1 dentro del horno precalentado.
PRECAUCIÓN: Los vapores liberados durante la calcinación son tóxicos. Asegúrese de que el horno está en una capilla del humo debido a los vapores tóxicos que se agotará. - Que el soporte material dentro del horno durante 1 h a 773 K. Luego, apague el horno y déjelo enfriar a temperatura ambiente. Después de eso, sacar los crisoles del horno.
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Representative Results
Espectros de absorción de reflectancia de la difusión de UV-Vis en ambos disoluciones precursoras, A y B, muestran la existencia de un cloruro de cadmio bis(thiourea) complejo, CdCl2-(CS (NH2)2)2. Esto se evidencia por una banda de absorción ancha dentro de la gama de 250-500 nm en c Figura 2. A su vez, c de la figura 2 es la combinación de las bandas de absorción principal de la aislada CdCl2 y CS (NH2)2 en la solución como se muestra en la Figura 2a y 2b, respectivamente. Además, una banda de secundaria en el rango de 600-700 nm es notablemente visible en los espectros de ambos reactivos (Figura 2a y 2b), y no es detectable en el espectro de absorción UV-Vis del complejo (figura 2C). Esta última característica también es determinante para asignar c Figura 2 como un ejemplo del espectro característico de complejo CdCl2-[CS (NH2)2]2.
El espectro Raman de los cristales obtenidos en el paso 3.6 del Protocolo se muestra en la figura 3. Muestra los picos correspondientes a lo Cd-Cl, N-C-S y los bonos C-S (217 cm-1y cm 469-1715 cm-1, respectivamente), que de acuerdo con los resultados obtenidos por S. Selvasekarapandian et al. 14. por otra parte, P. M. Ushasree et al. 3 había divulgado previamente que el cambio en los espectros es debido a un aumento en el recuento de enlaces Cl-Cd-S que se mantienen juntos en la estructura final de CdCl2-[CS (NH2)2]2. Que cuenta más alta provoca un aumento en la magnitud en el espectro de Raman cuando se utiliza la UV. Esto es debido a la formación de zwitterion. Un zwitterion es un compuesto químico eléctricamente hilo neutro que tiene cargas formales positivas y negativas sobre átomos diferentes. Selvasekarapandian,S., et al. 14 informó que zwitterion mantiene la estabilidad de la tiourea y permite a la Unión a los iones de cadmio. Aunque figura 3 exhibe los mismos bonos para ambos experimentos, para que sin la ayuda de UV (CDB), dichas intensidades son inferiores, lo que indica un menor número de bonos.
Difracción de rayos x (DRX) y análisis análisis de microscopia electrónica (SEM) se realizaron en el mismo polvos mencionados (en el paso 3.6 del Protocolo). En primer lugar, figura 4a muestra el patrón de DRX. El patrón totalmente índices con los datos hoja 18-1962 CdCl2-[CS (NH2)2]2, corroborando la presencia del complejo. También se muestra el crecimiento preferencial (020) y (001) los aviones cuando se utiliza la luz UV, que corresponden a átomos de azufre y cadmio dentro de la estructura, respectivamente. En segundo lugar, observando la morfología de los cristales en las imágenes de SEM de la Figura 4b y 4C, el efecto de la luz UV puede verse: cristales aciculares 4 x - 6 x son más grande se forma cuando se utiliza luz UV (figura 4 c). En tercer lugar, en la Figura 4b, cristales típicos obtenidos se muestran, y los resultados están en buen acuerdo con el informe de la P. M. Ushasree et al. 2. posteriormente, los cristales obtenidos en el paso 3.6 del protocolo fueron analizados mediante análisis termogravimétrico (TGA) para determinar su comportamiento antes de calcinación. El análisis TGA obtenido aparece en la figura 5 presenta un comportamiento similar para ambos experimentos, cuando UV es usado (PCBD) y cuando no es (CDB), y ambos están en buen acuerdo con los resultados obtenidos por Venkataramanan V. et al. 1.
Entonces, para obtener CdS, calcinación a 773 K fue realizada en ambos experimentos en condiciones similares a lo que Ushasree,P.M., et al. 3 registrados. A continuación, en la Figura 6a, DRX del complejo calcinado muestra ningunas diferencias representativas en los CD obtenidos por CDB vs PCBD. Mediante SEM, figura 6b y 6C muestran un tamaño de partícula promedio ligeramente más prominente para el PCBD (Figura 6C) que por el CDB (figura 6b). Por lo tanto, se concluye que la luz UV promueve la incorporación del sulfuro de cadmio y esto causa un crecimiento preferencial en la estructura cristalina de CdCl2-[CS (NH2)2]2. Finalmente, los CD obtenido después de la calcinación no muestran evidentes diferencias.
Figura 1: arreglo Experimental con luz UV. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 2: espectros de absorción ópticos de la solución precursora. (a) CdCl, (b) CS (NH2)2, (c) CdCl2 + CS (NH2)2. a), b) y c) muestra la absorción parcial de la UV luz. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 3: espectros Raman. Comparación de espectros de bis(thiourea) cloruro de cadmio con (PCBD) y sin ayuda de UV (CBD). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 4: XRD. Difractogramas de cloruro de cadmio bis(thiourea) CBD y PCBD aparecen en una). Un esquema de los cristales obtenidos y SEM imágenes sin ayuda de UV b) y con él en c). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 5: análisis termogravimétrico. Comparación TGA de cristales de cloruro de cadmio bis(thiourea) obtenidos por CDB y PCBD (experimentos A y B respectivamente). Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
Figura 6: obtener CD. En una) se muestra la comparación de DRX de CDB vs PCBD. b) y c) exhibe imágenes de SEM del producto final obtenido tras calcinación a 773 K. haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.
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Discussion
La discusión presentada en esta sección se centra sólo en el protocolo y no en los resultados que ya se muestra en los resultados representativos.
Una de las partes más importantes del protocolo es la preparación de la solución precursora. Es fundamental para mantener un pH ácido para evitar la formación de2 Cd(OH). Si el pH no es ácido, conduce a la formación directa de CdS debido a la disociación de la tiourea y la formación de2 Cd(OH).
El segundo paso es paso 3.2, el filtrado de las soluciones que se deben realizar antes de enfríen las soluciones, porque de lo contrario, el de reconsideración causa la formación de los cristales para empezar.
En el presente Protocolo, el rápido crecimiento de CdCl2- se divulga [CS (NH2)2] 2 , que se produce en un momento menos de 10 minutos. Otros investigadores (ver Ushasree et al. 2,3) Informe creciendo a veces hasta 45 días para monocristales.
Debido al relativamente bajo control en la reacción, no es posible generar solos cristales. Por el contrario, esta técnica induce varios defectos en el cristal cuando se utiliza la luz UV. Porque la luz UV causa defectos en el cristal, cualquier aplicación que necesite una incorporación de defectos puede ser un potencial. Futuras investigaciones pueden incluir el control de los defectos en el cristal usando diferentes fuentes de luz. También, para realizar dopaje, usando el CdCl2-[CS (NH2)2]2 con diferentes semiconductores, los defectos podrían ser útiles para finalmente incorporar nanopartículas o quantum puntos a los CdS.
El método de la síntesis de CdCl2-[CS (NH2)2]2 usando luz UV cuando se realiza la reacción (PCBD) se divulga en forma amplia y detallada por primera vez en el presente Protocolo.
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Disclosures
Los autores no tienen nada que revelar.
Acknowledgments
L.E. Trujillo y Rodríguez F.J. Willars gracias a CONACYT para sus becas. E.A. Chávez-Urbiola agradece a CONACYT para el programa "Catedras CONACYT". Los autores también reconocen la asistencia técnica de C.A. Avila Herrera, M. A. Hernández Landaverde, J.E. Urbina Alvárez y A. Jiménez Nieto.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Reagents | |||
| Cadmium chloride Anh. ACS, 99.4 % | Fermont | PQ24291 | Highly toxic |
| Thiourea technical grade, 99.9 % | Reasol | R5913 | Toxic |
| Hydrochloric acid, 36.5 – 38.0 % | J.T.Baker | MFCD00011324 | Highly corrosive liquid |
| Material | |||
| Filter paper | Whatman | 1440 125 | 40, Ashless, Circles, 125 mm |
| Beaker | Kimax | 1400 | 100 mL |
| Volumetric Flask | Kimax | 28012-100 | Class A 100 mL |
| Glass Funnel | Kimax | 28980-150 | Addition Funnel, Long Stem, 60° Angle, Wide Top. Type I, Class B. |
| Watch glasses | Pyrex | 9985-150 | Corning, 150 mm |
| Crucibles | Fisherbrand | FB-965-D | High-Form Porcelain |
| Equipment | |||
| Furnace | Briteg Instrumentos Cientificos S.A. de C.V. | 1010 | |
| Fume Hood | Fisher Alders, S.A. de C.V. | F1124 | |
| Light surce | Philips | PL-S 9W UV-A/2P 1CT/6X 10 CC | |
| pH meter | OAKTON | WD-35419-10 | |
| Hotplate whit magnetic stirrer | Cole-Parmer | JZ-04660-75 |
References
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