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Articolo metodologico

L'effetto delle radiazioni ultraviolette sulla bagno chimico deposizione di cristalli di cloruro di cadmio Bis(thiourea) e il conseguente ottenimento di CdS

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DOI:

10.3791/57682

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30 agosto 2018

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1Área Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, 2Área de Materiales Optoelectrónicos, CINVESTAV-IPN, 3CONACyT-Área Académica de Ciencias de la Tierra y Materiales, Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo

In questo articolo

Sommario

Questo articolo presenta un protocollo per la sintesi di bis(thiourea) cristalli di cloruro di cadmio da deposizione di bagno chimico. Vengono descritti due esperimenti: uno aiutata da luce ultravioletta rispetto ad uno senza luce ultravioletta.

Abstract

In questo lavoro, gli effetti sulla preparazione di cristalli di cloruro di cadmio di bis(thiourea) quando illuminato con raggi ultravioletti (UV) luce a lunghezza d'onda di 367 nm utilizzando la tecnica di deposizione di bagno chimico sono studiati comparativamente. Due esperimenti sono eseguiti per fare un confronto: uno senza l'altro con l'aiuto di luce UV e luce UV. Entrambi gli esperimenti vengono eseguiti a parità di condizioni, ad una temperatura di 343 K e con un pH di 3.2. I precursori usati sono cloruro di cadmio (CdCl2) e tiourea [CS (NH2)2], che sono sciolto in 50 mL di acqua deionizzata con un pH acido. In questo esperimento, l'interazione della radiazione elettromagnetica viene chiesta nel momento in cui che avviene la reazione chimica. I risultati dimostrano l'esistenza di un'interazione tra i cristalli e la luce UV; l'assistenza di luce UV provoca escrescenze di cristallo a forma aciculare. Inoltre, il prodotto finale ottenuto è solfuro di cadmio e presenta alcuna differenza evidente quando sintetizzato con o senza l'uso di luce UV.

Introduzione

Un'importante area di ricerca è cristallo singolo; loro crescita si rivolge ad applicazioni diverse. Questi possono essere usati come materiali ottici non lineari applicate nei settori della tecnologia laser, nel campo dell'optoelettronica e per l'archiviazione di informazioni1, che fornisce un'area di opportunità per le loro indagini. Bis(Thiourea) cloruro di cadmio è un metallo-organico materiale e possono essere sintetizzato da due precursori, tiourea e cadmio cloruro, obbedendo la seguente formula chimica: 2CS (NH2)2 + CdCl2 CdCl2-[CS (NH2) 2] 2. questo materiale metallo-organici è stato preparato in condizioni di reazione diversa, come temperatura e pH, ma mai con l'assistenza di luce ultravioletta (UV).

L'influenza del pH sulla struttura del cristallo è stato segnalato; in un pH < 6, è possibile ottenere la formazione di monocristalli. Questi, a loro volta, vengono modificati a seconda del pH. Ad intervalli di 6-4, è possibile ottenere strutture esagonali, per se il pH è < 4, una struttura cristallina ortorombica si ottiene2. La dissociazione dello ione è promossa dal pH acido Cd2 + e Cl– poiché previene la formazione di idrossido di cadmio [Cd(OH)2]. Questo stabilizza il cadmio: un atomo di cadmio si unisce con due radicali senza zolfo e due cloro.

Qui, la sintesi è effettuata utilizzando la tecnica di deposizione di bagno chimico (CBD), controllo delle diverse condizioni che intervengono al momento della reazione chimica3. Nel CBD, i fattori che controllano la reazione chimica sono i seguenti: la temperatura della soluzione, gli ioni di precursore, il pH della soluzione, il numero di reagenti e la velocità di agitazione, per citarne alcuni. D'altra parte, la tecnica rispetto usata qui è chiamata deposizione vasca fotochimica (PCBD) perché utilizza assistenza luce UV. Ci sono stati rapporti in cui assistenza luce UV è stato utilizzato per sintetizzare pellicole di CuSx4,5, ZnS6, CD7e InS8, tra gli altri. Ichimura e Zain9 presenti nel loro lavoro che soluzioni di solfato hanno un picco di assorbimento vicino a 300 nm. A causa di questa gamma di assorbimento, la radiazione ultravioletta è applicata, che si traduce in un intervallo di emissione simile a quello delle soluzioni assorbite.

Un'altra proprietà di bis(thiourea) cloruro di cadmio è sua degradazione quando riscaldato. Esibisce una decomposizione iniziale a temperature di 512 KB e, soprattutto, formando solfuro di cadmio (CD). La reazione di degradazione è come segue: [Cd (CS [NH2])2] Cl2 → Δ CD + HNCS + NH3 + NH4SCN. Questa degradazione genera acido thiocyanuric e vari tiocianati10,11. Inoltre, nel gruppo di ricerca, alcuni effetti provocati dalle radiazioni UV erano studiati12. Infine, in questo lavoro, una procedura di sintesi comparativa per cristalli di cloruro di cadmio bis(thiourea) è descritto, così come gli effetti dei raggi UV.

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Protocollo

Attenzione: I prodotti chimici utilizzati in questo protocollo sono tossiche e cancerogene; Pertanto, le raccomandazioni di sicurezza e le procedure devono essere seguite attentamente. Indossare dispositivi di protezione appropriati e consultare qualsiasi scheda di dati di sicurezza pertinenti materiali (MSDS).

1. sintesi di Bis(thiourea) cloruro di cadmio

  1. Preparazione della soluzione precursore
    1. Versare 500 mL di acqua deionizzata in un becher da 1 litro con costante agitazione; aggiungere 0,3 mL di acido cloridrico ad una concentrazione di 36,5%, assicurandosi che il pH della soluzione è il più vicino possibile a 3, utilizzando un pH-metro.
      Attenzione: Per evitare qualsiasi salute effetti, eseguire questa azione all'interno di una cappa aspirante sono altamente raccomandati.
    2. Versare 50 mL di soluzione precursore preparata come indicato al punto 1.1.1 in ciascuno dei due bicchieri di 100 mL (qui di seguito, queste coppe potranno essere denominate A e B).
      Nota: Due esperimenti (A e B, dipende il becher usato) sono effettuati simultaneamente. Solo esperimento B sarà esposto a luce UV.
  2. Pesare 2,29 g del CdCl2 per ogni bicchiere (A e B).
    Attenzione: Eseguire questa azione all'interno della cappa fumi come il materiale utilizzato è identificato come pericoloso. Il cadmio è altamente tossico e identificato come cancerogeno se inalato; esso deve essere maneggiato con cura.
  3. Pesare 1,33 g di CS (NH2)2 per ogni bicchiere (A e B).
    Attenzione: Eseguire questa azione all'interno della cappa fumi come il materiale utilizzato è pericolosamente insalubre. Tiourea è altamente tossica una volta inalato e deve essere maneggiato con cura.
  4. Aggiungere 2,29 g di CdCl2 e 1,33 g di CS (NH2)2 per ogni bicchiere (A e B) contenente 50 mL della soluzione precursore.

2. comparativo sintesi di Bis(thiourea) cloruro di cadmio

  1. Disposizione sperimentale senza luce UV (A).
    1. Porre il becher (A) sulla piastra calda mescolando e scaldarlo fino a 343 K. Set la piastra su una moderata velocità di agitazione.
      Attenzione: Eseguire questa azione all'interno della cappa fumi.
    2. Mantenere la soluzione nel becher (A) moderatamente mescolando per 2 h sulla piastra alla 343 K.
  2. Disposizione sperimentale con luce UV (B).
    1. Porre il becher B sulla piastra e riscaldare fino a 343 K. Set della velocità dell'agitatore su un livello moderato e accendere la sorgente di luce UV.
      Nota: La disposizione sperimentale è illustrata nella Figura 1.
      Attenzione: Eseguire questa azione all'interno della cappa fumi.
    2. Mantenere la temperatura e le condizioni di agitazione come descritto al punto 2.2.1 per 2 h.

3. ottenimento di cristalli di cloruro di cadmio Bis(thiourea)

  1. Montare 2 imbuti in vetro con carta da filtro (n. 40, Ø = 125 mm), ciascuno sopra un matraccio tarato da 100 mL, per la A e b. Per evitare la formazione di cristalli in questa fase; non lasciare raffreddare la soluzione prima filtrandola.
  2. Filtrare le soluzioni A e B attraverso la carta, ciascuno nel proprio matraccio da 100 mL.
    Attenzione: Eseguire questa azione all'interno della cappa fumi.
  3. Lasciare entrambe le soluzioni all'interno di palloni volumetrici raffreddino a temperatura ambiente.
    Nota: I cristalli iniziano a crescere nei primi minuti dentro i matracci tarati.
  4. Preparare il filtro nuovo assembly (punto 3.1) con un nuovo filtro di carta.
  5. Filtrare le soluzioni con i cristalli attraverso la carta da filtro in matracci tarati da separato.
    Attenzione: Eseguire questa azione all'interno della cappa fumi.
  6. Trasferire i cristalli su carta da filtro per il rispettivo vetro d'orologio.
    Nota: A questo punto, ci sono 2 vetri da orologio, 1 per la A e 1 per B.
  7. Confermare la presenza di cristalli di cloruro di cadmio bis(thiourea) di diffrattometria di raggi x (XRD) e spettroscopia Raman, come riportato in Trujillo et al. 12.

4. calcinazione dei cristalli per ottenere CD

  1. Posizionare i cristalli ottenuti nel passaggio 3,7 in 2 diversi crogioli, 1 per la A e 1 per B.
  2. Preriscaldare un forno elettrico per laboratorio e stabilizzare la temperatura a 773 K o superiore.
  3. Posizionare i crogioli di passaggio 4.1 all'interno del forno preriscaldato.
    Attenzione: I vapori rilasciati durante la calcinazione sono tossici. Assicurarsi che il forno è in una cappa a causa dei vapori tossici che si sarà esaurito.
  4. Lasciate che il supporto materiale all'interno del forno per 1 h a K. 773 Quindi, spegnere il forno e lasciarlo raffreddare a temperatura ambiente. Dopo di che, è necessario rimuovere i crogioli dal forno.

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Risultati

Spettri di assorbimento di riflettanza di diffusione di UV-Vis in entrambe le soluzioni precursore, A e B, mostrano l'esistenza di un cloruro di cadmio bis(thiourea) complesso — CdCl2-(CS (NH2)2)2. Ciò è evidenziato da una banda di assorbimento ampia all'interno della gamma di 250-500 nm in Figura 2C. A sua volta, Figura 2C è la combinazione tra le bande di assorbimento principale del i...

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Discussione

La discussione ha presentata in questa sezione si concentra solo sul protocollo e non sui risultati già mostrati nei risultati rappresentativi.

Una delle parti più critiche del protocollo è la preparazione della soluzione precursore. È fondamentale per mantenere un pH acido per evitare la formazione di2 Cd(OH). Se il pH non è acido, conduce alla formazione diretta di CD a causa la dissociazione di tiourea e la formazione di2 Cd(OH).
Il secondo più importante passo è pa...

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Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Ringraziamenti

L.E. Trujillo e F.J. Willars Rodríguez grazie CONACYT per le borse di studio. E.A.. Chavez-Urbiola grazie CONACYT per il programma "Catedras CONACYT". Autori riconoscono anche l'assistenza tecnica di C.A. Avila Herrera, M. A. Hernández Landaverde, J.E. Urbina Alvárez e A. Jiménez Nieto.

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Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Reagenti
Cloruro di cadmio Anh. ACS, 99,4 %FermontPQ24291
Tiourea altamente tossico grado tecnico, 99,9 %ReasolR5913tossico
Acido cloridrico, 36,5 – 38,0 %J.T.BakerMFCD00011324Liquido altamente corrosivo
Materiale
Carta da filtroWhatman1440 12540, senza ceneri, Cerchi, 125 mm
BicchiereKimax1400da 100 mL
Kimax28012-100Classe A Imbuto in Vetro da 100 mL
Kimax28980-150Imbuto di addizione, gambo lungo, 60 gradi Angolo, parte superiore larga. Tipo I, Classe B.
Occhiali da vistaPyrex9985-150Corning, 150  mm
CrogioliFisherbrandFB-965-DPorcellana ad alta forma
Attrezzatura
FornaceBriteg Instrumentos Cientificos S.A. de C.V.1010
Cappe aspirantiFisher Alders, S.A. de C.V.F1124
MisuratorePhilipsPL-S 9W UV-A/2P 1CT/6X 10 CC
OAKTONWD-35419-10
Piastra riscaldante con agitatore magneticoCole-ParmerJZ-04660-75
Pallone Volumetrico di pH

Riferimenti

  1. Venkataramanan, V., Maheswaran, S., Sherwood, J. N., Bhat, H. L. Crystal growth and physical characterization of the semiorganic bis(thiourea) cadmium chloride. Journal of Crystal Growth. 179 (3-4), 605-610 (1997).
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