كبريتيد الرصاص الثنائي – PbS

في الكيمياء إن مركب كبريتيد الرصاص وفي الإنجليزية (Lead(II) sulfide) وهو مركب غير عضوي يمتلك الصيغة الكيميائية التالية: (PbS)، ويُعرف أيضًا باسم (galena)، وهو عبارة عن خام أساسي ومركب مهم للرصاص، وهو عبارة عن واحد من أقدم المواد التي تم استعمالها كأشباه موصلات لأنها تميل إلى التبلور في كلوريد الصوديوم، ويعتبر كبريتيد الرصاص سامًا إذا تم تسخينه للتحلل، مما يؤدي إلى تكوين أكاسيد الرصاص والكبريت.

معلومات عامة عن كبريتيد الرصاص الثنائي

• يظهر مركب كبريتيد الرصاص الثاني باللون الأسود إلى مسحوق فضي أو صلب بلوري، ويمكن ترسيب (PbS) من محلول ملح الرصاص (II) وكبريتيد الهيدروجين، والصيغة الكيميائية لكبريتيد الرصاص هي (PbS) وكتلتها المولية 239.26 جم لكل مول، ويتكون كبريتيد الرصاص من الكاتيون (Pb +2) وأنيون (S -2)، ويحتوي كبريتيد الرصاص (II) على بنية بلورية مكعبة تتكون خلايا الوحدة من أنيون واحد محاط بـ 6 كاتيونات (ويمكن أيضًا اعتباره كاتيونًا واحدًا محاطًا بـ 6 أنيونات).

• يوجد مركب كبريتيد الرصاص (II) في التكوينات الجيولوجية ولا سيما في الخامات المعدنية التي تسمى غالينا، وتوجد أيضًا في الفضاء الخارجي على سبيل المثال على كوكب الزهرة، ويتم استخلاص مركب كبريتيد الرصاص (II) من خامات الجالينا، ومع ذلك فإن هناك بعض الطرق الكيميائية من أجل تحضير هذا المركب غير العضوي، كما وتم تحضيره بشكل أساسي عن طريق تفاعل الإحلال بين غاز كبريتيد الهيدروجين ومحلول نترات الرصاص كما في المعادلة التالية:

H2S + Pb (NO3) 2 → PbS + 2 HNO3

• الخصائص الفيزيائية: مركب كبريتيد الرصاص (II) هو عبارة عن مادة صلبة بلورية سوداء أو مسحوق فضي، وكثافته تساوي 7.5 غرام لكل مول، ودرجة انصهاره مقدارها 1114 درجة مئوية ونقطة الغليان مقدارها 1281 درجة مئوية، كما وأنه غير قابل للذوبان في الماء وقابل للذوبان في حامض النيتريك الساخن وحمض الهيدروكلوريك.

• الخواص الكيميائية: إن مركب كبريتيد الرصاص (II) عبارة عن مادة شبه موصلة وموصل ضوئي وأشعة تحت الحمراء، وترجع سعتها إلى أن ذرة الرصاص عبارة عن عناصر معدنية ما بعد الانتقال وتوضع في المجموعة 14 والفترة 6 من الجدول الدوري بين عناصر الفلزات، بحيث يكون طابعها المعدني ضعيفًا ولها بعض خصائص أشباه الفلزات مثل الموصلية شبه أو الضوئية، وعلاوة على ذلك فإن كبريتيد الرصاص الثاني عبارة عن مركب خامل جدًا وهو مفيد جدًا في إنتاج المكونات الإلكترونية.

• يجد مركب كبريتيد الرصاص تطبيقات في ما يلي: كاشفات الأشعة تحت الحمراء وفي تطبيقات الصور البصرية وفي معدل خاصية الانزلاق المستخدم في صناعة الاحتكاك لتعزيز التوصيل الحراري وتنظيم معامل الاحتكاك، علما أن مركب كبريتيد الرصاص (II) خطير عن طريق الاستنشاق أو الابتلاع، ويمكن أن يسبب تهيجًا قويًا للعين وتدميرًا للقرنية، وهو غير قابل للاشتعال، وتنبعث منه أبخرة شديدة السمية عند تسخينها.

الخصائص الكيميائية لكبريتيد الرصاص

يتم توفير الخصائص الكيميائية لمركب كبريتيد الرصاص الثاني في الجدول أدناه:

الخصائص الكهربائية لكبريتيد الرصاص

يتم توفير الخصائص الكهربائية لمركب كبريتيد الرصاص الثاني في الجدول أدناه:

الخصائص الحرارية والميكانيكية والبصرية لكبريتيد الرصاص

ترد الخواص الحرارية والميكانيكية والبصرية لمركب كبريتيد الرصاص الثاني في الجداول أدناه:

تطبيقات كبريتيد الرصاص الثاني

• كبريتيد الرصاص هو مركب كيميائي غالبًا ما يتم تنقيته من معدن (galena) وأملاح الرصاص المختلفة التالية: (PbS و PbSe و PbTe) هي أشباه موصلات من عائلة IV-VI، وكبريتيد الرصاص سام بسبب محتوى الرصاص، ويتم استخدام مركب كبريتيد الرصاص الثاني والعديد من مركبات الرصاص الأخرى كمواد لعنصر الكشف في أجهزة استشعار الأشعة تحت الحمراء المختلفة، ومن بين هؤلاء (كبريتيد الرصاص) هو واحد من أقدمها وأكثرها استخدامًا، ويتم استخدامه على سبيل المثال ككاشفات الأشعة تحت الحمراء.

• عند استخدامه للأشعة تحت الحمراء فإنه يتم تصنيف عنصر الكشف هذا على أنه كاشفات الفوتون وعلى عكس أجهزة الكشف الحرارية (النوع الرئيسي الآخر) تستجيب كاشفات الأشعة تحت الحمراء مباشرة للإشعاع الساقط، وتستجيب الكاشفات الحرارية فقط لتغير درجة حرارة المادة الناتج عن الطاقة من الفوتونات، وبسبب هذا الاختلاف فإنه يمكن قياس الإشعاع بطريقتين إما عن طريق الكشف عن التيار الضوئي الصغير أو عن طريق قياس التغيير في المقاومة الكهربائية للمواد، ويعد قياس تغير المقاومة الطريقة الأكثر استخدامًا.

• في درجة حرارة الغرفة تكون عناصر كبريتيد الرصاص الثاني حساسة للإشعاع عند أطوال موجية تتراوح بين 1 و 2.5 ميكروميتر تقريبًا، ويتوافق هذا النطاق مع الأطوال الموجية الأقصر في نطاق الأشعة تحت الحمراء ويسمى بالقرب من الأشعة تحت الحمراء وهو عبارة عن مصطلح يشير إلى حقيقة أنه قريب من أطوال موجات الضوء المرئي، وفقط الأجسام شديدة السخونة هي التي تصدر إشعاعات في هذه الأطوال الموجية.

• يؤدي خفض حرارة عناصر كبريتيد الرصاص الثاني وتبريدها، على سبيل المثال باستعمال غاز مضغوط أو مسال أو نظام عنصر بلتيير، إلى حدوث تغير لنطاق حساسيته إلى ما بين 2 و 4 ميكروميتر تقريبًا، ويجب أن تكون الأجسام التي تنبعث منها إشعاعات في هذه الأطوال الموجية ساخنة جدًا أي عدة مئات من الدرجات المئوية، ولكن ليست ساخنة مثل تلك التي يمكن اكتشافها بواسطة أجهزة استشعار غير مبردة.

• تشتمل المركبات الأخرى المستعملة لهذا الغرض على مضاد الإنديوم (InSb) و (HgCdTe)، والتي لها خصائص أفضل إلى حد ما للكشف عن أطوال موجات الأشعة تحت الحمراء الطويلة، كما ويؤدي ثابت العزل الكهربائي العالي لـ كبريتيد الرصاص الثاني إلى كاشفات بطيئة نوعا ما (عند مقارنتها بالسيليكون أو الجرمانيوم أو مركب (InSb) أو (HgCdTe)، ويمكن تشكيل كبريتيد الرصاص الثاني على شكل بلورات نانوية.

• تم استخدام كبريتيد الرصاص (II) خلال سنوات عديدة كمصدر للرصاص، والطريقة الرئيسية للحصول على الرصاص هي صهر كبريتيد الرصاص وبعد ذلك يتم اختزال أكسيد الرصاص (II) الناتج إلى الرصاص وأول أكسيد الكربون كما في المعادلات التالية:

2PbS + 3 O₂ → 2 PbO + 2 SO₂

PbO + C → Pb + CO

• علاوة على ذلك فإنه يستخدم كبريتيد الرصاص (II) كأشباه موصلات وموصل ضوئي بسبب خصائصه الكيميائية، كما أنها تستخدم كصبغة سوداء، وفي السنوات الأخيرة تم استخدامه للحصول على الجسيمات النانوية لاستخدامها في الأجهزة الإلكترونية أو الكهربائية.