Merkuri(II) sulfida (HgS), biasanya dikenali sebagai cinnabar atau chalcosis, ialah sebatian kristal heksagon merah terang yang terdiri daripada unsur merkuri dan sulfur. Ia juga merupakan bijih merkuri yang paling penting dalam alam semula jadi. Ia terkenal dengan warna merah yang sangat terang dan kestabilan kimia yang sangat baik. Di China purba, ia digunakan secara meluas sebagai pigmen dan dakwat vermilion, dan juga merupakan bahan mentah utama untuk pengekstrakan merkuri. Ia tidak larut dalam air dan kebanyakan asid, tetapi larut dalam aqua regia. HgS wujud dalam dua bentuk isomorfus: selain daripada bentuk -merah stabil (sistem hablur heksagon), terdapat juga bentuk -hitam (sistem hablur kubik), dikenali sebagai cinnabar hitam, yang mempunyai kestabilan yang lebih rendah dan boleh berubah menjadi varian merah di bawah cahaya atau haba. Sebatian ini mempunyai indeks biasan yang tinggi dan ketumpatan tinggi. Oleh kerana warna merahnya yang terang, ia telah sangat dihargai sepanjang sejarah. Walau bagaimanapun, ketoksikannya terutamanya berpunca daripada unsur merkuri yang terkandung di dalamnya, dan perlindungan yang sewajarnya diperlukan apabila menggunakannya. Selain penyelidikan sejarah mineralogi dan pigmen, ia juga mempunyai potensi aplikasi dalam bahan semikonduktor dan optik inframerah pada zaman moden.
|
|
|
|
|
|
|
|
Sifat Kimia
Kestabilan dan Kereaktifan
Merkuri(II) sulfida mempamerkan kestabilan kimia yang luar biasa dan menunjukkan lengai terhadap kebanyakan asid dan bes. Sebagai contoh, pada suhu bilik, ia tidak bertindak balas dengan asid hidroklorik cair atau larutan natrium hidroksida. Walau bagaimanapun, di bawah-keadaan suhu tinggi, kestabilannya terganggu: apabila suhu melebihi 100-150 darjah , jika ia bersentuhan dengan campuran oksidatif (seperti larutan kalium dikromat berasid dan asid sulfurik pekat), HgS mengalami tindak balas penguraian, menghasilkan garam merkuri, unsur sulfur teroksida, dan lain-lain. Sifat ini menjadikannya perlu untuk mengawal ketat keadaan tindak balas dalam pemprosesan industri tertentu.
Varian Isomorfus dan Peralihan Fasa
HgS mempunyai dua varian isomorfus yang stabil: -HgS (sistem hablur heksagon merah, cinnabar) dan -HgS (sistem hablur kubik hitam, cinnabar hitam). Kedua-dua varian ini boleh mengalami peralihan fasa boleh balik yang disebabkan oleh suhu: apabila -HgS dipanaskan hingga 250 darjah , warnanya beransur-ansur berubah kepada perang, dan ia berubah sepenuhnya menjadi -HgS pada 386 darjah; manakala apabila -HgS menjadi sejuk, ia kembali kepada merah -HgS. Ciri peralihan fasa ini mempunyai aplikasi yang berpotensi dalam sains bahan, contohnya, untuk membangunkan{10}bahan optik sensitif suhu.
Sifat Semikonduktor
-HgS mempamerkan sifat semikonduktor langsung pada 300K, dengan jurang tenaga 2.1 eV. Sifat ini menjadikannya berharga untuk penerokaan dalam bidang peranti optoelektronik, seperti digunakan untuk mengeluarkan pengesan inframerah atau pemangkin foto. Walau bagaimanapun, disebabkan ketoksikan merkuri, aplikasi semikonduktornya masih di peringkat penyelidikan makmal dan masih belum mencapai pengkomersilan.
Sifat Fizikal
Rupa dan Warna
Kedua-dua varian Mercury(II) sulfida mempunyai rupa yang sangat berbeza: -HgS memberikan warna merah terang dan sering digunakan sebagai pigmen; -HgS ialah serbuk hitam dan mempunyai aplikasi industri yang lebih meluas. Perbezaan warna berpunca daripada susunan ikatan Hg-S dalam struktur hablur: dalam -HgS, ikatan Hg-S disusun dalam cara heliks, menghasilkan penyerapan terpilih cahaya nampak; manakala dalam -HgS, struktur padu membenarkan spektrum penyerapannya meliputi julat yang lebih luas.
Ketumpatan dan Takat Lebur
Ketumpatan HgS ialah 8.10 g/cm³, tergolong dalam sebatian ketumpatan-tinggi. Takat leburnya ialah 583.5 darjah, tetapi ia akan terurai terlebih dahulu sebelum mencair, menghasilkan wap merkuri dan wap sulfur. Ciri ini memerlukan langkah perlindungan khas semasa pemprosesan suhu tinggi-untuk mengelakkan kebocoran wap merkuri.
Keterlarutan
Merkuri(II) sulfida hampir tidak larut dalam air (dengan keterlarutan hanya 0.00001 g/L) dan juga sukar untuk larut dalam kebanyakan pelarut organik. Walau bagaimanapun, ia boleh larut dalam aqua regia (campuran asid hidroklorik pekat dan asid nitrik pekat), menghasilkan garam merkuri larut dan produk pengoksidaan sulfur. Ciri keterlarutan ini amat penting dalam rawatan pencemaran merkuri, contohnya, melalui pemendakan kimia untuk menukar ion merkuri kepada mendakan HgS untuk mengurangkan ketoksikan.
Kaedah Penyediaan
Kaedah Sintesis Langsung
Mencampurkan unsur merkuri dengan serbuk sulfur dalam nisbah molar 1:1 dan bertindak balas di bawah keadaan pemanasan secara langsung menghasilkan HgS. Untuk mempercepatkan proses tindak balas, serbuk zink boleh ditambah sebagai mangkin. Kaedah ini mudah dikendalikan, tetapi kawalan ketat suhu tindak balas diperlukan untuk mengelakkan volatilisasi wap merkuri.
Kaedah Pemendakan
Melewati gas hidrogen sulfida ke dalam larutan garam merkuri (seperti larutan merkuri nitrik) menghasilkan mendakan -HgS hitam. Kaedah ini boleh melaraskan saiz zarah dan morfologi produk dengan mengawal keadaan tindak balas (seperti nilai pH, suhu) dan sesuai untuk-penyediaan makmal skala kecil.
Pembersihan Mineral Semulajadi
Pengekstrakan HgS daripada bijih cinnabar adalah kaedah pengeluaran industri utama. Melalui proses benefisiasi, pengisaran dan pengapungan,-pigmen HgS ketulenan tinggi atau bahan mentah kimia boleh diperolehi. Wilayah Hunan dan Guizhou di China merupakan pengeluar utama cinnabar, dan teknologi penulenan mereka telah mencapai tahap lanjutan antarabangsa.
Kawasan Permohonan
Pigmen dan Salutan Tradisional
-HgS, disebabkan warna merah yang terang dan rintangan cuaca yang sangat baik, digunakan secara meluas dalam cat minyak, salutan seramik dan salutan kayu. Sebagai contoh, "cinnabar red" yang digunakan oleh pelukis Renaissance berasal dari realgar. Walau bagaimanapun, disebabkan ketoksikan merkuri, penggunaan pigmennya secara beransur-ansur telah digantikan oleh pigmen organik atau pigmen bukan organik-merkuri (seperti merah oksida besi).
Perubatan Tradisional
Dalam perubatan tradisional Cina dan perubatan Ayurveda India, realgar digunakan sebagai agen anestetik dan detoksifikasi. Sebagai contoh, "Pil Merah Jade" kebanyakannya terdiri daripada HgS. Walau bagaimanapun, kajian toksikologi moden telah mengesahkan bahawa sebatian merkuri boleh menyebabkan keracunan merkuri melalui penyerapan kulit atau pengambilan saluran pencernaan. Oleh itu, ubat yang mengandungi HgS telah dihadkan atau dilarang untuk digunakan.
Pemangkinan Industri dan Sains Bahan
-HgS, disebabkan oleh struktur kristalnya yang unik dan sifat semikonduktor, diterokai untuk tindak balas pemangkin dan peranti fotonik. Sebagai contoh, ia boleh digunakan sebagai fotomangkin untuk menguraikan air untuk pengeluaran hidrogen, atau sebagai bahan lapisan sensitif untuk pengesan inframerah. Walau bagaimanapun, penggunaannya masih terhad oleh ketoksikan merkuri dan risiko alam sekitar.
Kawalan Pencemaran Merkuri
HgS ialah bentuk stabil terakhir pelupusan merkuri. Dengan menukarkan ion merkuri dalam air sisa kepada mendakan HgS melalui pemendakan kimia, ketoksikan dan mobiliti merkuri dapat dikurangkan dengan ketara. Selain itu, HgS boleh digunakan untuk membetulkan pencemaran merkuri dalam tanah, menghalangnya daripada larut lesap ke dalam air bawah tanah melalui air hujan.
Risiko Keselamatan dan Langkah Persekitaran
Merkuri(II) sulfida ialah sebatian yang sangat toksik, dengan ketoksikannya terutamanya datang daripada pembebasan ion merkuri (Hg²⁺). Penyedutan wap merkuri atau pengambilan serbuk HgS boleh menyebabkan keracunan merkuri akut atau kronik, dengan gejala termasuk kerosakan saraf, kegagalan buah pinggang dan kegagalan pernafasan. Agensi Penyelidikan Kanser Antarabangsa (IARC) mengklasifikasikan merkuri dan sebatiannya sebagai karsinogen Kumpulan 2B (mungkin karsinogenik kepada manusia).
HgS sukar terurai dalam persekitaran dan boleh terkumpul melalui rantai makanan, menyebabkan kemudaratan jangka panjang-kepada ekosistem. Sebagai contoh, HgS dalam badan air boleh ditukar oleh mikroorganisma kepada metilmerkuri (CH₃Hg⁺), yang mempunyai ketoksikan biologi dan neurotoksisiti yang lebih kuat dan boleh memasuki tubuh manusia melalui ikan.
Semasa mengendalikan HgS, topeng pelindung, sarung tangan dan cermin mata hendaklah dipakai untuk mengelakkan sentuhan langsung. Sisa hendaklah dibungkus dan dilupuskan mengikut peraturan pengurusan sisa berbahaya, seperti melalui{1}}pembakaran suhu tinggi atau penstabilan kimia untuk mengurangkan pembebasan merkuri. Peraturan perlindungan alam sekitar pelbagai negara (seperti Arahan Sekatan Bahan Berbahaya Kesatuan Eropah RoHS) telah menetapkan had yang ketat ke atas penggunaan dan pelepasan HgS.