SENG OKSIDA: Fungsinya Tidak Sekadar Filter Rokok dan Aditif Makanan

Seng oksida adalah senyawa anorganik dengan rumus ZnO. Ini adalah bubuk putih yang tidak larut dalam air. Serbuk ini banyak digunakan sebagai bahan aditif dan banyak produk termasuk plastik, keramik, kaca, semen, karet (misalnya, ban mobil), pelumas, cat, salep, perekat, sealant, pigmen, makanan (sumber Zn nutrisi ), baterai, pemadam kebakaran, dll.  ZnO terdapat dalam kerak bumi sebagai mineral zinkit, namun, ZnO yang paling banyak digunakan secara komersial adalah ZnO sintetik.

Dalam ilmu bahan , ZnO merupakan semikonduktor dengan pita celah lebar dari semikonduktor golongan II-VI (karena seng dan oksigen milik golongan 2 dan 6 dari daftar berkala , masing-masing). Doping asli dari semikonduktor (karena kekosongan oksigen) adalah tipe-n. Semikonduktor ini memiliki beberapa sifat yang menguntungkan: transparansi yang baik, mobilitas elektron yang tinggi, celah pita lebar, luminesen suhu-ruang yang kuat, dll. Sifat-sifat ini telah digunakan dalam aplikasi untuk elektroda transparan dalam layar kristal cair dan hemat energi atau pendela pelindung-panas, dan aplikasi elektronik ZnO sebagai transistor lapis-tipis dan dioda pemancar cahaya masa depan tahun 2009.

Nama lain Seng oksida ialah Seng putih, calamine.

Adapun sifat-sifatnya adalah:

  • Rumus molekul: ZnO
  • Berat molekul: 81,408 gr / mol
  • Penampilan: Zat padat putih
  • Bau: Tidak berbau
  • Densitas: 5,606 gr / cm 3
  • Titik lebur: 1975 °C (terurai)
  • Titik didih: 2360 °C
  • Kelarutan dalam air: 0,16 mg/100 ml (30 °C)
  • Celah pita: 3,3 eV (langsung)
  • Indeks bias (nD): 2,0041
  • Entalpi pembentukan standar Δ f H o 298: -348,0 KJ / mol
  • Entropi molar standar S 298 o : 43,9 J ° K -1 mol -1
  • Indeks Uni Eropa: 030-013-00-7
  • Klasifikasi Uni Eropa: Berbahaya bagi lingkungan (N)
  • Titik nyala: 1436 ° C

 

Sifat Kimia

ZnO terjadi sebagai serbuk putih yang dikenal sebagai seng putih atau sebagai mineral zinkit. Mineral ini biasanya mengandung sejumlah unsur mangan dan lainnya yang memberikan warna kuning sampai merah. Kristal seng oksida adalah termokromik, berubah dari putih ke kuning ketika dipanaskan dan di udara berubah menjadi putih pada pendinginan. Perubahan warna ZnO ini disebabkan oleh kekurangan oksigen yang sangat kecil pada suhu tinggi untuk membentuk non-stoikiometrik Zn 1 + x O, di mana pada suhu 800 °C, x = 0,00007.

Seng oksida adalah oksida amfoter. Oksida ini hampir tidak larut dalam air dan alkohol, tetapi  tetapi larut dalam (terdegradasi oleh) asam sangat kuat , seperti  asam klorida:

ZnO + 2 HCl → ZnCl 2 + H2O

Dengan basa juga menghasilkan zat padat berupa zinkat larut:

ZnO + 2 NaOH + H2O → Na2 [Zn(OH)4]

ZnO bereaksi lambat dengan asam lemak dalam minyak untuk menghasilkan karboksilat yang sesuai, seperti oleat atau stearat. ZnO membentuk produk seperti-semen bila dicampur dengan larutan berair yang kuat dari seng klorida dan ini menggambarkan dengan baik sebagai seng hidroksi klorida. Semen ini digunakan dalam kedokteran gigi.

ZnO juga membentuk produk seperti-semen ketika diperlakukan  dengan asam fosfat, bahan terkait yang digunakan dalam kedokteran gigi. Satu komponen utama dari semen seng fosfat yang dihasilkan oleh reaksi ini adalah hopeite, Zn3(PO4) 2 · 4H2O.

ZnO terurai menjadi uap seng dan oksigen hanya pada suhu sekitar 1975 °C, yang mencerminkan stabilitasnya yang cukup tinggi. Pemanasan dengan karbon mengubah seng oksida menjadi logam, yang lebih stabil daripada oksidanya.

ZnO + C → Zn + CO

Seng oksida dapat bereaksi hebat dengan serbuk aluminium dan magnesium, dengan karet terklorinasi dan minyak biji rami di atas api pemanas menyebabkan bahaya dan ledakan.

Seng oksida bereaksi dengan hidrogen sulfida yang menghasilkan sulfida; reaksi ini digunakan secara komersial dalam menghilangkan H2S menggunakan serbuk ZnO (misalnya, sebagai deodoran).

ZnO + H2S → ZnS2 + H2O

Ketika salep yang mengandung ZnO dan air mencair dan terkena cahaya ultraviolet, menghasilkan hidrogen peroksida.

Sifat-sifat Fisika

Struktur

Seng oksida mengkristal dalam dua bentuk utama , wurtzite heksagonal dan sengblende kubus. Struktur wurtzite sangat stabil pada kondisi biasa dan dengan demikian paling umum. Bentuk sengblende dapat distabilkan dengan menumbuhkan ZnO pada substrat dengan struktur kisi kubus. Dalam kedua kasus, seng oksida dan pusat tetrahedral, geometri yang paling karakteristik untuk Zn(II).

Selain polimorf wurtzite dan sengblende, ZnO dapat mengkristal dalam motif garam batuan pada tekanan relatif tinggi sekitar 10 GPa.

Polimorf heksagonal dan sengblende tidak memiliki inversi simetri (refleksi dari suatu kristal relatif terhadap setiap titik yang diberikan tidak mengubahnya menjadi dirinya sendiri). Hasil ini dan simetri kisi sebagai sifat-sifat piezoelektrik dari heksagonal dan sengblewnde ZnO, dan sebagai piroelektrisitas ZnO heksagonal.

Struktur heksagonal memiliki gugus titik 6 mm (notasi Hermann-Mauguin) atau C 6V (notasi Schoenflies), dan gugus ruang P63 mc atau C 6V 4. Konstanta kisi a = 3,25 Å dan c = 5,2 Å; rasio c/a ~ 1,60 dekat dengan nilai yang ideal untuk sel heksagonal c/a = 1,633. Seperti dalam kebanyakan bahan golongan II-VI, ikatan pada ZnO sebagian besar ion , yang menjelaskan piezoelektrik kuat.

Karena ikatan Zn-O polar, bidang seng dan oksigen menghalangi muatan listrik (positif dan negatif, masing-masing). Oleh karena itu, untuk menjaga netralitas listrik, merekonstruksi bidang pada tingkat atom yang relatif besar, tetapi tidak dalam ZnO – permukaannya secara atom mendatar, stabil dan tidak menunjukkan rekonstruksi. Ini adalah anomali ZnO yang belum  sepenuhnya dijelaskan.

Sifat mekanis

ZnO adalah material yang relatif lunak dengan kekerasan sekitar 4,5 pada skala Mohs. Konstanta elastisnya lebih kecil daripada semikonduktor  yang relevan III-V, seperti GaN. Kapasitas panas dan konduktivitas panas tinggi, ekspansi termal rendah dan temperatur leleh ZnO tinggi  bermanfaat untuk keramik. Fase ZnO paling stabil adalah wurtzite, ZnO menunjukkan fonon E2 (rendah) optik sangat lama setinggi 133 ps pada 10 K.

Di antara semikonduktorberikatan secara tetrahedral, telah dinyatakan bahwa ZnO memiliki tensor piezoelektrik tertinggi atau setidaknya sebanding dengan GaN dan AlN. Sifat ini membuat bahan teknologi penting bagi banyak aplikasi piezoelektrik, yang memerlukan elektromekanis kopling besar.

Sifat Listrik

ZnO memiliki selah pita langsung relatif besar ~3,3 eV dari pada suhu kamar. Keuntungan yang terkait dengan celah pita yang besar termasuk tegangan penguraian yang lebih tinggi, kemampuan untuk mempertahankan medan listrik yang besar, suara lektronik rendah, dan suhu  dan daya operasi tinggi. Celah pita ZnO lebih lanjut dapat disetel untuk eV ~ 3-4 oleh paduan dengan magnesium oksida atau kadmium oksida.

Kebanyakan ZnO memiliki karakter tipe-n, bahkan didoping tanpa sengaja. Karakter tipe-n biasanya aslinya non-stoikiometri, tetapi hal ini masih silang-pendapat. Sebuah keterangan alternatif telah dilaporkan, berdasarkan pada perhitungan teoritis, pengganti tak sengaja pengotor hidrogen bertanggung jawab. Doping tipe-n dapat dikontrol mudah dicapai dengan menggantikan Zn dengan unsur-unsur golongan-III seperti  Al, Ga, In atau dengan mensubstitusikan oksigen dengan unsur-unsur golongan- klor atau iodium.

Doping tipe-p yang handal dari ZnO masih sulit. Masalah ini berasal dari kelarutan yang rendah dopan tipe-p dan kompensasinya dengan pengotor tipe-n yang berlimpah. Masalah ini diamati dengan GaN dan ZnSe. Pengukuran secara “intrinsik” bahan tipe-p disempurnakan oleh  kehidak-homogenan sampel.

Keterbatasan saat ini untuk doping- p tidak membatasi aplikasi elektronik dan optoelektronik ZnO, yang biasanya membutuhkan sambungan jenis material tipe-n dan p. Dopan tipe-p yang dikenal  meliputi unsur-unsur golongan-I, yaitu Li, Na, K, unsur-unsur golongan-V yaitu N, P dan As, serta tembaga dan perak. Namun, banyak dari bentuk aseptor dalam dan tidak menghasilkan konduksi tipe-p yang signifikan pada suhu kamar.

Mobilitas elektron ZnO sangat bervariasi dengan suhu dan memiliki maksimum ~ 2000 cm2/(V ° S) pada 80 K. Data tentang mobilitas lubang yang langka dengan nilai-nilai dalam rentang 5-30 Februari cm / (V · s).

Produksi

Untuk keperluan industri, ZnO diproduksi pada tingkat 105 ton per tahun dengan tiga proses utama:

Proses Tidak Langsung (Prancis)

Logam seng dilebur dalam wadah grafit dan menguap pada suhu di atas 907 °C (biasanya sekitar 1000 °C). Uap seng bereaksi dengan oksigen di udara yang memberikan ZnO, disertai dengan penurunan suhu dan luminesen cerah. Partikel seng oksida diangkut ke dalam saluran pendingin dan dikumpulkan dalam sebuah home bag. Metode tidak langsung ini dipopulerkan oleh LeClaire (Prancis) pada tahun 1844 dan karena itu umumnya dikenal sebagai proses Prancis. Produknya biasanya terdiri dari partikel-partikel seng oksida diaglomerasi dengan ukuran rata-rata 0,1 sampai beberapa mikrometer. Bedasarkan berat, sebagian besar seng oksida dunia diproduksi melalui proses Prancis.

Proses Langsung (Amerika)

Proses langsung dimulai dengan beragam komposit seng terkontaminasi, seperti bijih seng atau oleh produk peleburan. Prekursor seng berkurang (reduksi karboternal) dengan memanaskan dengan sumber karbon seperti antrasit untuk menghasilkan uap seng, yang kemudian teroksidasi seperti dalam proses tidak langsung. Karena kemurnian lebih rendah dari bahan sumber, produk akhir juga kualitasnya lebih rendah dalam proses langsung dibandingkan dengan yang tidak langsung.

Proses Kimia Basah

Sejumlah kecil produksi industri melibatkan proses kimia basah, yang dimulai dengan larutan berair dari garam seng yang dimurnikan, dari mana seng kabonat atau seng hidroksida diendapkan. Endapan ini kemudian disaring, dicuci, dikeringkan dan dikalsinasi pada suhu sekitar 800 °C.

Sintesis Laboratorium

Kebanyakan metoda khusus tersedia untuk memproduksi ZnO untuk studi ilmiah dan aplikasi ceruk. Metoda-metoda ini dapat diklasifikasikan melalui bentuk ZnO yang dihasilkan (curah, selaput tipis, kawat nano), suhu (“rendah” yang dekat dengan suhu kamar atau suhu “tinggi”, yaitu T ~ 1000 ° C), jenis proses (pengendapan uap atau pertumbuhan dari larutan) dan parameter lain.

Kristal tunggal besar (umumnya sentimeter kubik) ditumbuhkan oleh pengangkutan gas (pengendapan fase-uap), sintesis hidrotermal, atau  pertumbuhan meleleh. Namun, disebabkan tekanan uap ZnO tinggi, pertumbuhan dari lelehan bermasalah. Pertumbuhan transpor gas sulit dikontrol, meninggalkan metoda hidrotermal sebagai preferensi. Selaput tipis dapat dihasilkan oleh pengendapan uap kimia, epiktasi fase uap metalorganik, elektrodeposisi, laser berpulsa,  percikan, sintesis sol-gel, pengendapan lapisan atomik, pirolisis seprot, dst.

Seng oksida biasa serbuk putih yang dapat diproduksi di laboratorium dengan mengelektrolisis larutan natrium bikarbonat dengan anoda seng. Seng hidroksida dan gas hidrogen dihasilkan. Seng hidroksida pada saat pemanasan terurai menjadi seng oksida.

Zn + 2 H2O → Zn(OH)2 + H2

Zn(OH 2 → ZnO + H2O

ZnO Fasenano

ZnO fasenano dapat disintesis menjadi berbagai morfologi termasuk kawat nano, nanorod, tetrapoda, nanobelt, nanoflower, nanopartikel struktur nano dan seterusnya dapat diperoleh dengan teknik umum di atas, pada kondisi tertentu, dan juga dengan metoda uap-cair-padat.

Struktur nano ZnO seperti batangan dapat diproduksi dengan metoda berair. Produk ini menarik karena suhu sintesisnya relatif rendah (< 300 °C) dan tidak adanya pengaturan vakum kompleks.  Sintesis biasanya dilakukan pada suhu sekitar 90 °C, dalam larutan berair  dari molar seng niutrat yang sama dan heksamin, kemudian memberikan lingkungan basa. Aditif tertentu, seperti polietilen glikol atau polietilamin, dapat meningkatkan aspek rasio kawat nano ZnO.

Doping dari kawat nano ZnO telah dicapai dengan menambahkan logam lain dengan larutan nitrat bertumbuh. Morfologi struktur nano yang dihasilkan dapat disetel dengan mengubah parameter yang berkaitan dengan komposisi prekursor (seperti konsentrasi seng dan pH) atau perlakuan termal (seperti suhu dan tingkat pemanasan).

Kawat nano ZnO balok pada pra-pembibitan silikon, substrat kaca dan galium nitrida telah tumbuh dalam larutan berair menggunakan garam seng berair seperti seng nitrat dan seng asetat dalam lingkungan basa. Substrat pra-pembibitan dengan ZnO membentuk situs untuk nukleasi homogen dari kristal ZnO selama sintesis.

Metoda pra-pembibitan umum meliputi dekomposisi termal in-situ kristalitas seng asetat, nanopartikel ZnO spincoating dan penggunaan berbagai metoda pengendapan fisika untuk mengendapkan selaput tipis ZnO. Pra-pembibitan dapat dilakukan dalam hubungannya dengan metoda pemolaan atas-bawah seperti litografi nyala elektron dan litografi nanosferik untuk menandai titik nukleasi sebelum pertumbuhan. Kawat nano ZnO balok dapat digunakan dalam sel surya peka-zat warna dan perangkat medan emisi.

Aplikasi

Aplikasi dari serbuk seng oksida sangat banyak, dan yang utama adalah diringkas di bawah ini. Kebanyakan aplikasi mengeksploitasi reaktivitas oksida sebagai prekursor untuk senyawa seng lainnya. Untuk aplikasi ilmu bahan, seng oksida memiliki indeks bias tinggi, konduktivitas termal yang tinggi, sifat-sifat pengikatan, antibakteri dan  perlindungan-UV. Karena itu, ditambahkan ke dalam berbagai bahan dan produk, termasuk plastik, keramik, kaca, semen, karet, pelumas, cat, salep, perekat, pigmen, makanan, baterai, ferrit, pemadam api, dst.

Pembuatan Karet

Sekitar 50%  penggunaan ZnO dalam industri karet. Seng oksida bersama dengan asam stearat  digunakan dalam vulkanisasi karet. Aditif ZnO ini juga melindungi karet dari jamur (lihat aplikasi medis) dan sinar UV.

Industri Beton

Seng oksida banyak digunakan untuk manufaktur beton. Penambahan ZnO meningkatkan waktu pemrosesan dan ketahanan dari beton terhadap air.

Kedokteran

Seng oksida sebagai campuran dengan sekitar 0,5% besi oksida (Fe2O3) disebut kalamin dan digunakan dalam lotion calamine. Ada juga dua mineral, zinkit dan hemimorfit, yang memiliki historis disebut kalamin. Ketika dicampur dengan eugenol, sebuah ligan, eugenol seng oksida terbentuk, yang memiliki aplikasi sebagai restoratif dan prostodontik dalam kedokteran gigi.

Mencerminkan sifat dasar ZnO, partikel halus oksida memiliki sifat penghilang bau dan antibakteri dan untuk alasan ini ditambahkan ke dalam berbagai bahan termasuk kain katun, karet, kemasan makanan, dll. Peningkatan aksi antibakteri dari partikel halus dibandingkan  dengan bahan curah tidak intrinsik dengan ZnO dan diamati untuk bahan lain, seperti perak.

Seng oksida banyak digunakan untuk mengobati berbagai kondisi kulit lainnya, dalam produk seperti bedak bayi dan krim penghalang untuk mengobati ruam popok, krim kalamin, sampo antiketombe, dan salep antiseptik. ZnO juga merupakan komponen dalam tape (disebut “pita seng oksida”) digunakan oleh atlet sebagai pembalut untuk mencegah kerusakan jaringan lunak selama latihan.

Seng oksida dapat digunakan dalam salep, krim, dan lotion untuk melindungi kulit terbakar dan kerusakan lainnya pada kulit yang disebabkan oleh sinar ultraviolet (lihat tabir surya). Ini adalah UV-A spektrum luas dan reflektor UV-B yang disetujui untuk digunakan sebagai tabir surya oleh FDA,  dan sepenuhnya fotostabil.

Ketika digunakan sebagai bahan dalam tabir surya , seng oksida menempati permukaan kulit tidak diserap ke dalam kulit, dan penghalang UV-A yang baik; sinar UV-A (320-400 nm) dan UV-B (280-320 nm) dari sinar ultraviolet. Karena seng oksida (dan tabir surya fisik yang umum, titanium dioksida) tidak diserap ke dalam kulit, tidak menyebabkan iritasi dan mereka non-alergi.

Banyak tabir surya menggunakan  seng oksida ber ukuran nano (bersama dengan nano titanium dioksida) karena partikel-partikel kecil tersebut tidak menghamburkan cahaya dan karenanya tidak tampak putih. Walaupun ada kekhawatiran bahwa mereka mungkin akan diserap ke dalam kulit, ulasan komprehensif dari literatur medis tidak ditemukan risiko apapun.

Filter Rokok

Seng oksida merupakan konstituen penting dari filter rokok untuk menghilangkan komponen terpilih dari asap tembakau. Sebuah filter yang terdiri dari arang dicampur dengan seng oksida  dan oksida besi menghilangkan sejumlah besar HCN dan H2S dari asap tembakau tanpa mempengaruhi cita rasanya.

Aditif Makanan

Seng oksida ditambahkan ke banyak produk makanan, misalnya, sereal sarapan , sebagai sumber seng, yang diperlukan untuk nutrisi. (Sereal lainnya mungkin mengandung seng sulfat untuk tujuan yang sama.) Beberapa makanan yang sudah dikemas juga termasuk jumlah ZnO renik bahkan jika itu tidak dimaksudkan sebagai suatu nutrisi.

Pigmen

Seng putih digunakan sebagai pigmen dalam cat dan lebih buram dari lithopone , tetapi kurang buram dibandingkan titanium dioksida. ZnO ini juga digunakan dalam pelapis untuk kertas. Cina putih adalah kelas khusus dari seng putih yang digunakan sebagai ‘pigmen’ seni. ZnO juga merupakan bahan utama makeup mineral.

Lapisan

Cat yang mengandung serbuk seng oksida telah lama digunakan sebagai pelapis anti korosi untuk berbagai logam. Mereka terutama efektif untuk Besi galvanis. Yang terakhir adalah sulit untuk melindungi karena reaktivitas dengan pelapis organik menyebabkan kerapuhan dan kurangnya adhesi. Namun, cat seng oksida mempertahankan fleksibilitas dan kepatuhan pada permukaan tersebut selama bertahun-tahun.

ZnO tipe-n yang didoping dengan Al, Ga atau In transparan dan konduktif (transparansi ~ 90%, resistivitas terendah ~ 10 Ω • cm-4). Pelapis ZnO:Al yang digunakan untuk jendela hemat energi atau pelindung panas. Lapisan memungkinkan bagian terlihat dari spektrum tapi baik yang mencerminkan radiasi inframerah (IR) kembali ke dalam ruangan (hemat energi) atau pun tidak membiarkan radiasi IR ke ruang (perlindungan panas), tergantung pada sisi mana jendela memiliki lapisan.

Berbagai plastik, seperti polietilen naftalat (PEN), dapat dilindungi dengan menerapkan lapisan oksida seng. Lapisan mengurangi difusi oksigen dengan PEN. Seng lapisan oksida juga dapat digunakan pada polikarbonat (PC) dalam aplikasi luar ruangan. Lapisan ini melindungi PC bentuk radiasi matahari dan menurunkan laju oksidasi dan photo-yellowing dari PC.

Pencegahan Korosi pada Reaktor Nuklir

Seng oksida habis dalam isotop seng dengan berat atom 64 digunakan dalam pencegahan korosi dalam reaktor nuklir bertekanan air. Deplesi ini diperlukan, karena 64Zn berubah menjadi radioaktif  65Zn bawah iradiasi melalui reaktir netron.***

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s