황화 납(II)

황화 납(II)(Lead(II) sulfide) 또는 황화납은 화학식 PbS를 갖는 무기 화합물이다. 방연석은 납의 주요 광석이자 가장 중요한 화합물이다. 틈새 용도를 가진 반도체 물질이다.

형성, 기본 특성, 관련 물질
황화 납(II)은 PbCl2와 같은 납염을 포함하는 용액에 황화 수소 또는 황화물 염을 첨가하여 검은색 침전으로 얻을 수 있다.
 Pb2+ + H2S → PbS↓ + 2 H+

이 반응은 정성분석에 사용된다. 황화 수소 또는 황화 이온의 존재는 "아세트산 납 종이"를 사용하여 검사할 수 있다.

관련 물질인 PbSe 및 PbTe와 마찬가지로 PbS는 반도체이다.; 사실, 황화 납은 반도체로 사용된 최초의 물질 중 하나이다.Hogan, C. Michael (2011). "Sulfur". in Encyclopedia of Earth, eds. A. Jorgensen and C.J. Cleveland, National Council for Science and the environment, Washington DC.  황화 납은 다른 많은 IV-VI 반도체와 달리 염화 나트륨 모티프에서 결정화된다.

PbS가 납의 주요 광석이기 때문에, 그 변환에 많은 노력이 집중되었다. 주요 공정은 PbS의 제련과 그 결과로 생성되는 산화물의 환원을 포함한다. 이 두 단계의 이상적인 방정식은 다음과 같다.
 2 PbS + 3 O2 → 2 PbO + 2 SO2
 PbO + C → Pb + CO

이산화 황은 황산으로 전환된다.

나노입자
황화 납을 함유한 나노입자와 퀀텀닷은 잘 연구되어 왔다. 전통적으로 이러한 물질은 납염과 다양한 황화물 공급원을 결합하여 생산된다. 2009년에는 PbS 나노입자가 태양 전지용으로 검토되었다.

응용 분야
섬네일|left|1900년대 초에 사용된 방연석 기반 광석 라디오
섬네일|left|제2차 세계 대전 독일 PbS 적외선 검출기

광검출기

PbS는 적외선을 포함한 전자기 복사를 감지할 수 있는 전기 다이오드에 사용된 최초의 재료 중 하나였다. 적외선 센서로서 PbS는 복사로 인한 검출기 요소 온도의 변화에 반응하는 열 검출기와 달리 빛을 직접 검출한다. PbS 요소는 두 가지 방법 중 하나로 복사를 측정하는 데 사용될 수 있다: 광자가 PbS 물질에 부딪힐 때 발생하는 작은 광전류를 측정하거나, 광자가 일으키는 물질의 전기저항 변화를 측정하는 것이다. 저항 변화를 측정하는 것이 더 일반적으로 사용되는 방법이다. 실온에서 PbS는 약 1~2.5 μm 범위의 파장 복사에 민감하다. 이 범위는 전자기 스펙트럼의 적외선 부분에서 더 짧은 파장, 즉 단파장 적외선(SWIR)에 해당한다. 매우 뜨거운 물체만이 이러한 파장의 복사를 방출한다.

PbS 요소를 냉각하면(예: 액체 질소 또는 펠티에 효과 시스템 사용) 민감도 범위가 약 2~4 μm로 이동한다. 이 파장의 복사를 방출하는 물체는 여전히 상당히 뜨거워야 하지만(수백 섭씨 온도) 비냉각 센서로 감지할 수 있는 물체만큼 뜨겁지는 않다. (이 목적에 사용되는 다른 화합물로는 안티몬화 인듐(InSb)과 수은 카드 뮴 텔루르화물(HgCdTe)이 있으며, 이들은 더 긴 IR 파장을 감지하는 데 다소 더 좋은 특성을 가지고 있다.) PbS의 높은 유전 상수는 비교적 느린 검출기( 규소, 저마늄, InSb 또는 HgCdTe에 비해)로 이어진다.

행성 과학
2008년, 금성의 2.6 km(1.63 mi) 이상의 고도가 빛나는 물질로 덮여 있다는 보고가 있었다. 이 덮개의 구성은 완전히 확실하지 않지만, 한 이론은 금성의 "눈"이 지구에 얼어붙은 물이 눈처럼 내리는 것과 마찬가지로 결정화된 황화 납이라는 것이다. 만약 그렇다면, 이 물질이 외계 행성에서 식별된 것은 처음일 것이다. 금성의 "눈"에 대한 다른 가능성이 낮은 후보로는 황화 비스무트와 텔루륨이 있다.

안전
황화 납(II)은 불용성이 매우 높아 거의 무독성이지만, 제련과 같이 물질을 열분해하면 납과 황산화물의 위험한 유독 가스가 발생한다. 황화 납은 혈액의 pH에서 불용성이며 안정적인 화합물이므로 납의 독성이 덜한 형태 중 하나일 것이다. 납 카르복실산염을 사용하여 PbS를 합성할 때 큰 안전 위험이 발생하는데, 이는 특히 용해성이 높고 음성 생리적 상태를 유발할 수 있기 때문이다.

 각주 

참고 문헌

 외부 링크 

 환경 의학 사례 연구(CSEM): 납 독성 
 ToxFAQs: 납
 국가 오염원 목록 – 납 및 납 화합물 사실 자료

분류:IV-VI 반도체
분류:납(II) 화합물