Kadmium sulfida adalah senyawa anorganik dengan rumus CdS. Kadmium sulfida adalah garam berwarna kuning. Ia terdapat di alam dengan dua struktur kristal yang berbeda sebagai mineral langka greenockite dan hawleyite, tetapi lebih lazim sebagai substituen pengotor dalam bijih seng berstruktur serupa sfalerit dan wurtzit, yang merupakan sumber ekonomi utama kadmium. Sebagai senyawa yang mudah diisolasi dan dimurnikan, ia merupakan sumber utama kadmium untuk semua aplikasi komersial.[4] Warna kuningnya yang cerah menyebabkan ia diadopsi sebagai pigmen untuk cat kuning cadmium yellow pada tahun 1800-an.
Produksi
Kadmium sulfida dapat dibuat dengan presipitasi garam kadmium(II) terlarut dengan ion sulfida. Reaksi ini telah digunakan untuk analisis gravimetri dan analisis anorganik kualitatif.[5] Rute preparatif dan perlakuan produk selanjutnya memengaruhi bentuk polimorfik yang dihasilkan (yaitu, kubik vs heksagonal). Telah ditegaskan bahwa metode presipitasi kimia menghasilkan bentuk zincblende kubik.[6]
Produksi pigmen biasanya melibatkan presipitasi CdS, pencucian endapan padat untuk menghilangkan garam kadmium terlarut, diikuti dengan kalsinasi (pemanggangan) untuk mengubahnya menjadi bentuk heksagonal, diikuti dengan penggilingan untuk menghasilkan bubuk. Ketika kadmium sulfida selenida dibutuhkan, CdSe diendapkan bersama CdS dan kadmium sulfoselenida dihasilkan selama langkah kalsinasi.[7]
Kadmium sulfida terkadang berasosiasi dengan bakteri pereduksi sulfat.[8][9]
Rute untuk menghasilkan lapisan tipis CdS
Metode khusus digunakan untuk menghasilkan lapisan tipis CdS sebagai komponen dalam beberapa fotoresistor dan sel surya. Dalam metode deposisi bak kimia, lapisan tipis CdS telah disiapkan menggunakan tiourea sebagai sumber anion sulfida dan larutan daparamonium untuk mengontrol pH:[10]
Ketika larutan sulfida yang mengandung partikel CdS terdispersi diiradiasi dengan cahaya, gas hidrogen dihasilkan:[18]
H2S → H2 + S ΔfH = +9.4 kkal/mol
Mekanisme yang diusulkan melibatkan pasangan elektron/lubang yang terbentuk ketika cahaya datang diserap oleh kadmium sulfida,[19] diikuti oleh reaksi dengan air dan sulfida:[18]
Seperti halnya seng sulfida, kadmium sulfida memiliki dua bentuk kristal. Struktur wurtzit heksagonal yang lebih stabil (ditemukan dalam mineral Greenockite) dan struktur zinc blende kubik (ditemukan dalam mineral Hawleyit). Dalam kedua bentuk ini, atom kadmium dan belerang berada dalam koordinat empat. Terdapat pula bentuk tekanan tinggi dengan struktur garam batu NaCl.[20]
Kadmium sulfida adalah semikonduktor celah pita langsung (celah 2,42 eV).[19] Kedekatan celah pitanya dengan panjang gelombang cahaya tampak memberinya penampakan berwarna.[4] Selain sifat yang jelas ini, terdapat sifat-sifat lain yang dihasilkan:
konduktivitas meningkat ketika diradiasi,[19] (yang mengarah pada penggunaan sebagai fotoresistor)
ketika dikombinasikan dengan semikonduktor tipe-p, ia membentuk komponen inti sel fotovoltaik (sel surya) dan sel surya CdS/Cu2S merupakan salah satu sel efisien pertama yang dilaporkan (1954)[21][22]
ketika didoping dengan misalnya Cu+ ("aktivator") dan Al3+ ("koaktivator") CdS berpendar di bawah eksitasi berkas elektron (katodoluminesensi) dan digunakan sebagai fosfor[23]
Kristal CdS dapat bertindak sebagai media penguatan dalam keadaan padat laser[26][27]
Dalam bentuk film tipis, CdS dapat dikombinasikan dengan lapisan lain untuk digunakan dalam jenis sel surya tertentu.[28] CdS juga merupakan salah satu bahan semikonduktor pertama yang digunakan untuk transistor film tipis (TFT).[29] Namun, minat terhadap semikonduktor majemuk untuk TFT sebagian besar memudar setelah munculnya teknologi silikon amorf pada akhir tahun 1970-an.
Film tipis CdS dapat bersifat piezoelektrik dan telah digunakan sebagai transduser yang dapat beroperasi pada frekuensi di wilayah GHz.
Pita nano CdS menunjukkan pendinginan bersih akibat pemusnahan fonon, selama pendaran anti-Stokes pada ~510 nm. Hasilnya, penurunan suhu maksimum sebesar 40 dan 15 K telah ditunjukkan ketika pita nano dipompa dengan laser 514 atau 532 nm.[30]
Penggunaan
Pigmen
Pigmen kadmium sulfida kuning
CdS digunakan sebagai pigmen dalam plastik, menunjukkan stabilitas termal yang baik, tahan terhadap cahaya dan cuaca, tahan kimia, dan opasitas tinggi.[7] Sebagai pigmen, CdS dikenal sebagai kadmium kuning (pigmen CI kuning 37).[4][31] Sekitar 2000 ton diproduksi setiap tahunnya pada tahun 1982, mewakili sekitar 25% dari kadmium yang diproses secara komersial.[32]
Penggunaan historis dalam seni
Ketersediaan kadmium sulfida secara umum secara komersial sejak tahun 1840-an menyebabkan penggunaannya oleh para seniman, terutama Vincent Van Gogh, Claude Monet (dalam seri London dan karya-karyanya yang lain) dan Henri Matisse (Bathers by a River 1916–1919).[33] Keberadaan kadmium dalam cat telah digunakan untuk mendeteksi pemalsuan lukisan yang diduga dibuat sebelum abad ke-19.[34]
Larutan CdS-CdSe
CdS dan CdSe membentuk larutan padat satu sama lain. Peningkatan jumlah kadmium selenida menghasilkan pigmen yang mendekati merah, misalnya pigmen CI jinggt 20 dan pigmen CI merah 108.[31]
Keamanan
Kadmium sulfida bersifat toksik, terutama berbahaya jika terhirup sebagai debu, dan senyawa kadmium secara umum diklasifikasikan sebagai karsinogenik.[35] Masalah biokompatibilitas telah dilaporkan ketika CdS digunakan sebagai pewarna pada tato.[36] CdS memiliki LD50 sekitar 7.080 mg/kg pada tikus, yang lebih tinggi daripada senyawa kadmium lainnya karena kelarutannya yang rendah.[37]
↑Uda, H; Yonezawa, H; Ohtsubo, Y; Kosaka, M; Sonomura, H (2003). "Thin CdS films prepared by metalorganic chemical vapor deposition". Solar Energy Materials and Solar Cells. 75 (1–2): 219. Bibcode:2003SEMSC..75..219U. doi:10.1016/S0927-0248(02)00163-0.
↑Reisfeld, R (2002). "Nanosized semiconductor particles in glasses prepared by the sol–gel method: their optical properties and potential uses". Journal of Alloys and Compounds. 341 (1–2): 56. doi:10.1016/S0925-8388(02)00059-2.
↑Moon, B; Lee, J; Jung, H (2006). "Comparative studies of the properties of CdS films deposited on different substrates by R.F. sputtering". Thin Solid Films. 511–512: 299. Bibcode:2006TSF...511..299M. doi:10.1016/j.tsf.2005.11.080.
↑Goto, F; Shirai, Katsunori; Ichimura, Masaya (1998). "Defect reduction in electrochemically deposited CdS thin films by annealing in O2". Solar Energy Materials and Solar Cells. 50 (1–4): 147. doi:10.1016/S0927-0248(97)00136-0.
↑U.S. Patent 3.208.022, High performance photoresistor, Y.T. Sihvonen, issue date: September 21, 1965
↑Wanrooij, P. H. P.; Agarwal, U. S.; Meuldijk, J.; Kasteren, J. M. N. van; Lemstra, P. J. (2006). "Extraction of CdS pigment from waste polyethylene". Journal of Applied Polymer Science. 100 (2): 1024. Bibcode:2006JAPS..100.1024W. doi:10.1002/app.22962.
12Mario Schiavello (1985) Photoelectrochemistry, Photocatalysis, and Photoreactors: Fundamentals and Developments Springer ISBN90-277-1946-2
↑Akimov, Yu A; Burov, A A; Drozhbin, Yu A; Kovalenko, V A; Kozlov, S E; Kryukova, I V; Rodichenko, G V; Stepanov, B M; Yakovlev, V A (1972). "KGP-2: An Electron-Beam-Pumped Cadmium Sulfide Laser". Soviet Journal of Quantum Electronics. 2 (3): 284. Bibcode:1972QuEle...2..284A. doi:10.1070/QE1972v002n03ABEH004443.
↑Zhao, H.; Farah, Alvi; Morel, D.; Ferekides, C.S. (2009). "The effect of impurities on the doping and VOC of Cd Te/CDS thin film solar cells". Thin Solid Films. 517 (7): 2365–2369. Bibcode:2009TSF...517.2365Z. doi:10.1016/j.tsf.2008.11.041.
↑Karl-Heinz Schulte-Schrepping, Magnus Piscator "Cadmium and Cadmium Compounds" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2007 Wiley-VCH, Weinheim. DOI:10.1002/14356007.a04_499.
