Elohopea(II)sulfidi (HgS): ominaisuudet, rakenne ja käyttö

Tutustu Elohopea(II)sulfidi (HgS, sinooperisulfidi) ominaisuuksiin, rakenteeseen ja käyttötarkoituksiin. Löydä fysikaaliset ja kemialliset tiedot sekä turvallisuusohjeet.

Elohopea(II)sulfidi, joka tunnetaan myös nimillä sinooperisulfidi, elohopeasulfidi ja vermilioni, on kemiallinen yhdiste koostuen elohopea- ja sulfidi-ioneista. Sen kemiallinen kaava on HgS, ja elohopea on tässä yhdisteessä hapetusasteeltaan +2. HgS esiintyy sekä luonnossa mineraalina että synteettisesti valmistettuna, ja sillä on useita fysikaalisia muotoja ja käyttötarkoituksia.

Rakenne ja polymorfiat

HgS:llä on tunnettuja polymorfisia muotoja, joista yleisimmät ovat:

• Cinnabar (α-HgS) – luonnossa yleisin muoto, punainen tai tummanpunainen kiteinen mineraali. Rakenne on trigonaalinen ja sillä on voimakas kiderakenteeseen liittyvä pigmenttiominaisuus.
• Metacinnabar (β-HgS) – musta tai harmaa, kuutiollinen (zinkiblendi-tyyppinen) muoto, joka voidaan saada aikaan tietyissä synteesimenetelmissä tai korkeissa lämpötiloissa/erityisissä olosuhteissa.

Näiden polymorfien fysikaaliset ja optiset ominaisuudet eroavat toisistaan, mikä selittää esimerkiksi värin vaihtelut ja eri sovellukset.

Fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet

• Väri: punertava (cinnabar) tai musta/harmaa (metacinnabar).
• Kovuus ja tiheys: HgS on suhteellisen kova ja tiheä verrattuna moniin muihin mineraaleihin (mineraalimuodossa se on painavahko, koska elohopea on raskas alkuaine).
• Liuotettavuus: elohopea(II)sulfidi on käytännössä liukenematon veteen ja moniin orgaanisiin liuottimiin; se on kuitenkin kemiallisesti reagoiva voimakkaiden hapettimien ja tiettyjen kompleksoivien aineiden kanssa.
• Reaktiivisuus: HgS on stabiilimpi kuin monet muut elohopeayhdisteet, mutta kuumennettaessa tai hapettaessa se voi hajota tai reagoida muodostaen elohopeasaltseja ja rikkiyhdisteitä. Roikastettuna se voi vapauttaa elohopeaa, joten käsittelyssä on varovaisuutta.
• Sähkö- ja optiset ominaisuudet: HgS:n eri muodot ovat kiinnostavia materiaalitutkimuksessa ja puolijohdesovelluksissa johtuen niiden elektroonisista ja optisista ominaisuuksista.

Esiintyminen ja valmistus

• Luonnossa HgS esiintyy yleisimmin mineraalina nimeltä cinnabar, joka muodostuu hydrotermisissa malmiliuosympäristöissä usein yhdessä kvartsin, kalkkiitin ja muiden sulfidimineraalien kanssa.
• Teollisessa tai laboratoriosynteesissä HgS voidaan valmistaa saostamalla elohopean (II) suolaliuoksesta sulfidi-ioneilla (esimerkiksi Na2S tai H2S), mikä tuottaa ensin usein tumman saostuman (metacinnabar), joka tietyissä oloissa muuntuu punaiseksi cinnabariksi.
• Historialisesti cinnabaria on myös tuotettu ja käsitelty pigmentin valmistusta varten; tällöin polttaminen tai muu lämpökäsittely vaikutti lopulliseen muotoon ja väriin.

Käyttö

• Pigmentti: Punainen cinnabar tunnetaan antiikin ajoista lähtien pigmenttinä nimellä vermilion tai sinooperi. Sitä on käytetty maalaustaiteessa, keramiikassa ja monumenttien koristelussa. Nykyisin pelkästään myrkyllisyyden takia luonnollisen HgS:n käyttö pigmenttinä on rajoittunutta.
• Elohopean talteenotto: Cinnabaria on käytetty elohopean malmina; kuumennettaessa HgS voi vapauttaa elohopeaa, joka kerätään talteen. Tämä prosessi on kuitenkin ympäristö- ja terveysriskien vuoksi tarkasti säännelty.
• Tutkimus ja teknologia: HgS:n erilaisia ominaisuuksia tutkitaan puolijohde- ja optoelektroniikkakäytössä sekä materiaalitutkimuksessa. Myös nanopartikkeleita ja ohutkalvoja tutkitaan potentiaalisina komponentteina tiettyihin laitteisiin.

Turvallisuus ja ympäristö

Elohopea(II)sulfidi sisältää elohopeaa, joka on myrkyllinen alkuaine. Vaikka HgS on kiinteässä muodossa ja suhteellisen vähän liukeneva, se voi aiheuttaa vakavia terveys- ja ympäristövaikutuksia, jos sitä käsitellään huolimattomasti tai jos se pääsee ympäristöön muuttuen helposti liukenevammiksi tai haihtuviksi elohopeayhdisteiksi.

• Käsittely: Käytä suojavarusteita (käsineet, suojalasit, työskentely haitallisille aineille tarkoitetussa huoneessa tai vetokaapissa) ja vältä pölyn tai höyryjen hengittämistä.
• Varastointi ja hävitys: Säilytä suljetuissa, merkittyissä astioissa ja noudata paikallisia määräyksiä elohopeaa sisältävien jätteiden käsittelystä ja hävittämisestä.
• Ympäristö: Elohopea- ja rikkiyhdisteet voivat aiheuttaa pitkäaikaisia haittoja vesistöihin ja ravintoketjuihin, joten päästöjen ehkäisy on tärkeää.

Yhteenveto

Elohopea(II)sulfidi (HgS) on merkittävä kemiallinen yhdiste sekä historiallisen pigmentin että elohopea-malmin roolissa. Sen eri polymorfit selittävät monipuoliset fysikaaliset ja optiset ominaisuudet. Samalla HgS:n sisältämän elohopean myrkyllisyys tekee käsittelystä ja käytöstä vaativaa; turvallisuus ja ympäristönsuojelu ovat keskeisiä näkökohtia sen kanssa työskenneltäessä.

Esiintyminen

Elohopea(II)sulfidia esiintyy mineraalina sinooperina. Se on yleisin elohopeamineraali ja elohopeamalmi. Se on kirkkaanpunainen mineraali. Se on pehmeää ja raskasta.

 
Lisää sinooperia  

Hae kirjaimella