Solfuro di cadmio: proprietà, sintesi, reazioni

Il solfuro di cadmio (CdS) è un composto presente in natura nei minerali greenockite e hawleyite, caratterizzati da differenti strutture cristalline. Mentre la greenockite forma cristalli esagonali, la hawleyite forma cristalli cubici, mostrando così polimorfismo.

Caratteristiche

Questo solido di colore giallo è scarsamente solubile in acqua, con un valore del prodotto di solubilità di 8 · 10^-28. La sua dissociazione segue l’equilibrio eterogeneo: CdS(s) ⇄ Cd^2+(aq) + S^2-(aq). L’espressione del prodotto di solubilità, Kps = [Cd^2+][S^2-], indica che la solubilità molare all’equilibrio, rappresentata da x, è pari a x = √8 · 10^-28 = 3· 10^-14 mol/L. Di conseguenza, la solubilità espressa in g/L equivale a 4 ·10^-12 g/L.

Sintesi

Date le limitate proprietà solubili in acqua, il solfuro di cadmio può essere sintetizzato mediante una reazione di precipitazione come ad esempio facendo reagire il cloruro di cadmio con il solfuro di sodio: CdCl_2(aq) + Na_2S(aq) → CdS(s) + 2 NaCl(aq).

Reazioni

A 800°C, reagisce con l’ossigeno producendo ossido di cadmio e anidride solforosa: 2 CdS(s) + 3 O_2(g) → 2 CdO(s) + 2 SO_2(g). In presenza di acido solforico, si forma solfato di cadmio e solfuro di idrogeno: CdS(s) + H_2SO_4(aq) → CdSO_4(s) + H_2S(g).

Applicazioni come Semiconduttore

Il solfuro di cadmio è un semiconduttore con un intervallo di banda di 2.42 eV e un picco di assorbimento massimo a una lunghezza d’onda di 514 nm. La sua capacità di assorbire sia la luce visibile sia quella U.V. consente varie reazioni fotocatalitiche come la decomposizione dell’acqua e la riduzione di CO_2.

Fotoresistori

I fotoresistori sono dispositivi elettronici sensibili alla luce che modificano la loro resistenza in base all’intensità luminosa ricevuta. Composti da un sottile strato di solfuro di cadmio su un supporto isolante in ceramica o mica, rappresentano componenti chiave per varie applicazioni tecnologiche.

Il ruolo del solfuro di cadmio come semiconduttore sensibile alla luce

Il solfuro di cadmio, a differenza delle fotocellule tradizionali che rilasciano elettroni esternamente al materiale, libera elettroni internamente, modificando così la sua resistenza e favorendo la conduzione elettrica.

Storia e impiego del pigmento di solfuro di cadmio

Il solfuro di cadmio fu sintetizzato per la prima volta in Germania nel 1817 e successivamente commercializzato come pigmento artistico nel XIX secolo. Artisti come Vincent van Gogh, James Ensor e Pablo Picasso hanno utilizzato questo pigmento noto come giallo cadmio nelle loro opere. Tuttavia, è stato osservato il degrado dei dipinti che usavano questo pigmento, come nel celebre dipinto “L’urlo” di Edward Munch, realizzati tra la fine del XIX secolo e l’inizio del XX secolo.

La reattività del solfuro di cadmio e le nanoparticelle

Il solfuro di cadmio, grazie alla sua natura di semiconduttore, assorbe fortemente la luce nel campo visibile, conferendo al pigmento un colore saturo ma generando anche processi di fotoattività. Le nanoparticelle di solfuro di cadmio, con le loro dimensioni e forma uniche, vengono utilizzate in diversi settori come la fotocatalisi, le applicazioni ottiche, la biomedicina e il rilascio controllato di farmaci. Queste nanoparticelle presentano proprietà particolari che le rendono estremamente versatili e utili in molteplici contesti scientifici e tecnologici.