Сульфид свинца(II): свойства, применение и обнаружение на Венере.
Lead(II) sulfide
Сульфид свинца (PbS): свойства, применение в полупроводниках и нанотехнологиях. Основной источник свинца – галена. Синтез наночастиц и квантовых точек.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Свинцовый(II) сульфид (также называемый сульфидом) — неорганическое соединение с формулой PbS. Галена является основным источником свинца и наиболее важным его соединением. Это полупроводниковый материал с узкоспециализированным применением.
Lead(II) sulfide (also spelled sulphide) is an inorganic compound with the formula PbS. Galena is the principal ore and the most important compound of lead. It is a semiconducting material with niche uses.
Наночастицы
Наночастицы и квантовые точки, содержащие сульфид свинца, хорошо изучены. Традиционно такие материалы получают, комбинируя соли свинца с различными источниками сульфида. В 2009 году наночастицы PbS рассматривались для применения в солнечных элементах.
Lead sulfide containing nanoparticle and quantum dots have been well studied. Traditionally, such materials are produced by combining lead salts with a variety of sulfide sources. In 2009, PbS nanoparticles have been examined for use in solar cells.
Фотодетектор
PbS был одним из первых материалов, использованных для создания электрических диодов, способных обнаруживать электромагнитное излучение, включая инфракрасный свет. Как инфракрасный сенсор, PbS непосредственно обнаруживает свет, в отличие от тепловых детекторов, реагирующих на изменение температуры чувствительного элемента, вызванное излучением. Элемент из PbS может использоваться для измерения излучения двумя способами: путем измерения крошечного фототока, возникающего при попадании фотонов на материал PbS, или путем измерения изменения электрического сопротивления материала под воздействием фотонов. Измерение изменения сопротивления является более распространенным методом. При комнатной температуре PbS чувствителен к излучению с длиной волны от 1 до 2,5 мкм. Этот диапазон соответствует более коротким длинам волн в инфракрасной области спектра, так называемой ближней инфракрасной области (SWIR). Излучение на этих длинах волн испускают только очень горячие объекты. Охлаждение элементов PbS, например, с помощью жидкого азота или системы Пельтье, смещает диапазон чувствительности примерно до 2–4 мкм. Объекты, излучающие на этих длинах волн, все еще должны быть достаточно горячими – несколько сотен градусов Цельсия, но не такими горячими, как те, которые обнаруживаются неохлаждаемыми сенсорами. (К другим материалам, используемым для этих целей, относятся антимонид индия (InSb) и теллурид ртути-кадмия (HgCdTe), обладающие несколько лучшими характеристиками для обнаружения более длинных ИК-волн.) Высокая диэлектрическая проницаемость PbS обуславливает относительно низкую скорость работы детекторов (по сравнению с кремниевыми, германиевыми, InSb или HgCdTe).
PbS was one of the first materials used for electrical diodes that could detect electromagnetic radiation, including infrared light. As an infrared sensor, PbS directly detects light, as opposed to thermal detectors, which respond to a change in detector element temperature caused by the radiation. A PbS element can be used to measure radiation in either of two ways: by measuring the tiny photocurrent the photons cause when they hit the PbS material, or by measuring the change in the material's electrical resistance that the photons cause. Measuring the resistance change is the more commonly used method. At room temperature, PbS is sensitive to radiation at wavelengths between approximately 1 and 2.5 μm. This range corresponds to the shorter wavelengths in the infra red portion of the spectrum, the so called short wavelength infrared (SWIR). Only very hot objects emit radiation in these wavelengths. Cooling the PbS elements, for example using liquid nitrogen or a Peltier element system, shifts its sensitivity range to between approximately 2 and 4 μm. Objects that emit radiation in these wavelengths still have to be quite hot—several hundred degrees Celsius—but not as hot as those detectable by uncooled sensors. (Other compounds used for this purpose include indium antimonide (InSb) and mercury cadmium telluride (HgCdTe), which have somewhat better properties for detecting the longer IR wavelengths.) The high dielectric constant of PbS leads to relatively slow detectors (compared to silicon, germanium, InSb, or HgCdTe).
Планетарная наука
Высоты более 2,6 км на планете Венера покрыты блестящим веществом. Хотя состав этого покрытия не установлен окончательно, одна из теорий предполагает, что на Венере "выпадает снег" в виде кристаллизованного сульфида свинца, подобно тому, как на Земле выпадает снег из замерзшей воды. Если это подтвердится, это будет первое обнаружение данного вещества на другой планете. Другими, менее вероятными кандидатами на роль "снега" Венеры являются сульфид висмута и теллур.
Elevations above 2.6 km (1.63 mi) on the planet Venus are coated with a shiny substance. Though the composition of this coat is not entirely certain, one theory is that Venus "snows" crystallized lead sulfide much as Earth snows frozen water. If this is the case, it would be the first time the substance was identified on a foreign planet. Other less likely candidates for Venus' "snow" are bismuth sulfide and tellurium.
Безопасность
Свинцовый сульфид настолько нерастворим, что практически нетоксичен, однако при пиролизе материала, например, при плавке, выделяются опасные токсичные пары свинца и оксиды серы. Сульфид свинца нерастворим и стабилен в диапазоне pH крови, поэтому, вероятно, является одной из наименее токсичных форм свинца. Значительный риск для безопасности возникает при синтезе PbS с использованием карбоксилатов свинца, так как они обладают высокой растворимостью и могут вызывать неблагоприятные физиологические эффекты.
Lead(II) sulfide is so insoluble that it is almost nontoxic, but pyrolysis of the material, as in smelting, gives dangerous toxic fumes of lead and oxides of sulfur. Lead sulfide is insoluble and a stable compound in the pH of blood and so is probably one of the less toxic forms of lead. A large safety risk occurs in the synthesis of PbS using lead carboxylates, as they are particularly soluble and can cause negative physiological conditions.