Chimie du solide

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Description de ZnS sphalérite

Deux structures compactes existent pour ce composé : sphalérite et wurtzite.
On présente la structure sphalérite (anciennement blende) qui est plus simple et qui dérive de l'empilement cubique faces centrées (cfc). La structure ZnS est présentée ainsi que SZn (on inverse la position des ions). Il s'agit de la même structure, on dit que les ions sont topologiquement identiques (on peut permuter leur position sans que la structure de la maille soit modifiée).

Description :
S^2- (cfc) avec Zn⁺⁺ dans la moitié des sites tétraédriques avec 4 ZnS par maille
Coordinance :
Zn²⁺ : 4 (tétraédrique)
S^2- : 4 (tétraédrique)
Motif : ZnS
Z = 4
a = 540,5 pm
τ = 0,68
ρ = 4,1 g.cm^-3
d [Zn-S] = 234 pm
R⁺ = 60 pm
R^- = 184 pm

Il s'agit de deux réseaux cubiques F décalés du quart de le diagonale du cube.

Les composés de type ZnS (Blende) sont formés à partir de cations polarisants (Cu⁺, Ag⁺, Cd²⁺, ...) et d'anions polarisables(I^-, S^2-, P^3-, ...) ; Cu (F, Cl, Br, I), AgI, Zn (S, Se, Te), Ga (P, As), Hg (S, Se, Te)

Remarques : Le cristal diatomique de ZnS blende est un exemple type mais il est difficile de voir qu’il s’agit de deux sous-réseaux mono-atomiques cubiques F décalés d'un quart de la diagonale du cube.

Nous avons représenté la maille SZn et des ions S^2- des mailles voisines en jaune clair utiles pour la suite. On visualise donc la maille SZn en faisant abstraction de ces ions jaune plus clairs.
L'ensemble des ions S^2- permet de visualiser la maille cubique ZnS, les 4 ions Zn²⁺ de cette maille sont colorés en gris pour permettre de visualiser la maille complète ZnS. On visualise donc la maille ZnS en faisant abstraction des ions bleus.

On doit visualiser les deux mailles décalées du quart de la diagonale du cube.
Utiliser "style" puis "boîte englobante".
Utiliser "style" puis "atomes" puis "25% van des Waals".
Vous visualisez un cube en pointillés qui contient un système cubique F jaune et un cubique F bleu décalés du quart de la diagonale du cube.

Il existe deux façons de voir cette forme cristalline :

deux mailles cubiques faces centrées (cfc), l'une de zinc, l'autre de soufre, imbriquées l'une dans l'autre et décalées d'un vecteur (a/4 a/4 a/4), ou bien
une maille cubiques faces centrées (cfc), de l'un des éléments donc quatre des huit sites tétraédriques sont occupés par des atomes de l'autre élément.

Le sulfure de zinc (ZnS) cristallise en plusieurs polytypes, les deux principaux étant la sphalérite et la wurtzite.Bien que la formule idéale soit ZnS :

la sphalérite est légèrement déficiente en zinc (Zn_1-xS) et elle est le polytype ZnS-3C stable dans les conditions ambiantes.
Sa couleur varie d'incolore (sphalérite très pure) à jaune-brun et avec du fer, elle devient noire.
la wurtzite est légèrement déficiente en soufre (ZnS_1-x) elle est le polytype ZnS-2H stable seulement à haute température (au-dessus de 1020 °C). Toutefois, on la trouve toujours comme forme métastable à basse température dans la zone de réduction, où sa formation est influencée par le pH.
La wurtzite cristallise en formes différentes (lamelles, prismes, pyramides) de couleur jaune.

Le sulfure de zinc est un composé de formule ZnS et c'est sous cette forme qu'est principalement présent le zinc dans la nature. Même si le minéral est habituellement noir à cause de la présence d'impuretés variées, la forme pure est blanche, est couramment utilisée comme pigment.
Dans sa forme dense synthétique, le sulfure de zinc est transparent et il est utilisé comme fenêtre en optique visible et infrarouge.