Storia di zinco, proprietà, struttura, rischi, usi

Lui zinco È un metallo di transizione che appartiene al gruppo 12 della tavola periodica ed è rappresentato dal simbolo chimico Zn. È l'elemento numero 24 in abbondanza nella corteccia terrestre, essendo in minerali solforti, come la sfalerite o carbonizzato, come l'esmitonite.

È un metallo molto noto nella cultura popolare; I tetti di zinco sono un esempio, proprio come gli integratori per regolare gli ormoni maschili. È in molti alimenti ed è un elemento essenziale per gli infiniti dei processi metabolici. Ci sono diversi benefici della sua moderata assunzione rispetto agli effetti negativi del suo eccesso nel corpo.

Tetto in lega di zinco del museo del fiume. Fonte: Eoin [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)]

Lo zinco è stato conosciuto molto prima dei suoi acciai zincati di colore argento e altri metalli. L'ottone, una lega di variegata composizione di rame e zinco, fa parte di oggetti storici per migliaia di anni. Oggi il suo colore d'oro di solito assiste ad alcuni strumenti musicali.

È anche un metallo con cui sono prodotte le batterie alcaline, poiché la sua potenza riducente e la facilità di donazione di elettroni lo rendono una buona opzione come materiale anodico. Il suo uso principale è quello di galvanizzare gli acciai, coprendoli da un laico di zinco.

Nei suoi composti derivati, un numero di ossidazione o uno stato di +2 di solito ha. Pertanto, viene considerato lo ione Zn²⁺ Avvolto in ambienti molecolari o ionici. Mentre lo Zn²⁺ È un acido Lewis che può causare problemi all'interno delle cellule, coordinato con altre molecole interagisce positivamente con enzimi e DNA.

Pertanto, lo zinco è un importante cofattore di molti metallo-enzimi. Nonostante la sua enorme importante biochimica e il bagliore dei suoi lampi e fiamme verdastre da bruciare, nel mondo della scienza è considerato un metallo "noioso"; Da allora, le sue proprietà mancano dell'attrattiva di altri metalli, così come il loro punto di fusione è considerevolmente inferiore al loro.

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Storia

Antichità

Lo zinco è manipolato per migliaia di anni; Ma inosservati, dopo le antiche civiltà, tra cui persiani, romani, transilvan e greci, già fabbricati oggetti, monete e armi di ottone.

Pertanto, l'ottone è una delle leghe più antiche che sono conosciute. Lo hanno preparato dal minerale di calamina, Zn₄Sì₂O₇(OH)₂· H₂Oppure, che terreno e riscaldato in presenza di lana e rame.

Durante il processo, le piccole quantità di zinco metallico che avrebbero potuto formarsi fuggirono come vapore, un fatto che ha ritardato per anni la sua identificazione come elemento chimico. Mentre i secoli passavano, gli ottoni e altre leghe stavano aumentando il loro contenuto di zinco, indossando più Grayaceous.

Nel XIV secolo, in India, erano già riusciti a produrre zinco metallico, che hanno chiamato Jasada e furono commercializzati in quel momento con la Cina.

E così gli alchimisti potrebbero acquisirlo per svolgere i loro esperimenti. Fu il famoso personaggio storico Paracelso che lo chiamava "zinco", probabilmente con la somiglianza tra i cristalli di zinco con i denti. A poco a poco, nel mezzo di altri nomi e diverse culture, il nome "zinco" finì per crogiolarsi per questo metallo.

Isolamento

Mentre l'India ha già prodotto zinco metallico dai 1300 anni, questo è venuto dal metodo utilizzato calamina con lana; Pertanto, non era un campione di metallo di notevole purezza. William Champion migliorò questo metodo nel 1738, Gran Bretagna, usando un forno torbido verticale.

Nel 1746 il chimico tedesco Andreas Sigismond Marggragra ottenne per "prima volta" un campione di zinco puro dal riscaldamento della calamina in presenza di carbone vegetale (un agente riducente meglio della lana), all'interno di una ciotola. Questo modo di produrre zinco si è sviluppato commercialmente e parallelo al campione.

Quindi, furono sviluppati processi che finalmente divennero la calamina, usando invece ossido di zinco; cioè molto simile all'attuale processo pirometallugico. Anche le fornaci sono migliorate, essendo in grado di produrre quantità di zinco in aumento.

Fino ad allora non vi era ancora alcuna applicazione che richiedeva enormi quantità di zinco; Ma ciò è cambiato con i contributi di Luigi Galvani e Alessandro Volta, che hanno lasciato il posto al concetto di galvanizzazione. Volta ha anche ideato quella che è conosciuta come cella galvanica e presto lo zinco faceva parte del design di batterie secche.

Proprietà fisiche e chimiche

Aspetto fisico

È un metallo grigiastro, solitamente disponibile in granulato o polvere. Fisicamente è debole, quindi non rappresenta una buona opzione per le applicazioni in cui è necessario supportare oggetti pesanti.

È anche fragile, sebbene quando viene riscaldato sopra i 100 ºC diventa malleabile e duttile; fino a 250 ºC, temperatura alla quale diventa fragile e spruzzata di nuovo.

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Massa molare

65,38 g/mol

Numero atomico (Z)

30

Punto di fusione

419,53 ºC. Questo basso punto di fusione è indicativo del suo debole legame metallico. Quando si scioglie ha un aspetto simile a quello dell'alluminio liquido.

Punto di ebollizione

907 ºC

Temperatura di autorezione

460 ºC

Densità

-7,14 g/ml a temperatura ambiente

-6,57 g/ml al punto di fusione, cioè solo sciogliendo o fusione

Calore di fusione

7,32 kJ/mol

Calore di vaporizzazione

115 kJ/mol

Capacità termica molare

25.470 J/(mol · K)

Elettronegatività

1,65 sulla scala Pauling

Energie di ionizzazione

-Primo: 906,4 kJ/mol (Zn⁺ gassoso)

-Secondo: 1733.3 KJ/mol (Zn²⁺ gassoso)

-Terzo: 3833 kJ/mol (Zn³⁺ gassoso)

Radio atomica

Empirico 134 pm

Radio covalente

122 ± 4 pm

Durezza MOHS

2.5. Questo valore è considerevolmente più basso rispetto alla durezza di altri metalli di transizione, per dire, il tungsteno.

Ordine magnetico

Diamagnetico

Conduttività termica

116 W/(M · K)

Resistività elettrica

59 nω · m a 20 ° C

Solubilità

È insolubile in acqua fintanto che la protegge il suo strato di ossido. Una volta rimosso dall'attacco di un acido o di una base, lo zinco finisce per reagire con l'acqua per formare la complessa ACU₂)₆²⁺, situato lo Zn²⁺ Al centro di un ottaedro limitato dalle molecole d'acqua.

Decomposizione

Quando brucia, è possibile rilasciare particelle tossiche dall'aria in aria. Nel processo, si osserva una colorazione verdastra e una luce splendente.

Reazioni chimiche

Reazione tra zinco e zolfo all'interno di un crogiolo in cui si può vedere il colore blu verdastro delle fiamme. Fonte: Eoin [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)]

Lo zinco è un metallo reattivo. A temperatura ambiente, uno strato di ossido non può solo coprirlo, ma oltre al carbonato di base, Zn₅(OH)₆(CO₃)₂, o anche solfuro, Zns. Quando questo strato di composizione variata viene distrutto dall'attacco di un acido, il metallo reagisce:

Zn (s) + h₂SW₄(AC) → Zn²⁺(AC) + SO₄²⁻(AC) + H₂(G)

Equazione chimica corrispondente alla sua reazione all'acido solforico e:

Zn (s) + 4 HNO₃(AC) → Zn (no₃)₂(AC) + 2 no₂(g) + 2 h₂O (l)

Con acido cloridrico. In entrambi i casi, sebbene non sia scritto, è presente l'ACU complesso Zn (OH₂)₆²⁺; Tranne se il mezzo è di base, allora precipitato come idrossido di zinco, Zn (OH)₂:

Zn²⁺(AC) +2OH^-(AC) → Zn (OH)₂(S)

Che è un idrossido bianco, amorfo e anfoterico, in grado di continuare a reagire con più ioni OH^-:

Zn (oh)₂(S)  + 2oh^-(AC) → Zn (OH)₄^2-(AC)

Lo Zn (oh)₄^2- È l'anione zincatico. In effetti, quando lo zinco reagisce con una base così forte, come il NaOH concentrato, il complesso di zincato di sodio viene prodotto direttamente₂[Zn (oh₄]:

Zn (s) + 2NaOH (AC) + 2H₂O (l) → na₂[Zn (oh₄)] (AC) +H₂(G)

Inoltre, lo zinco può reagire con elementi non metallici, come gli alogeni in uno stato gassoso o zolfo:

Zn (s) + i₂(g) → Zni₂(S)

Zn (s) +s (s) → zns (s) (immagine superiore)

Isotopi

Lo zinco esiste in natura come cinque isotopi: ⁶⁴Zn (49,2 %), ⁶⁶Zn (27,7 %), ⁶⁸Zn (18,5 %), ⁶⁷Zn (4 %) e ⁷⁰Zn (0,62 %). Gli altri sono sintetici e radioattivi.

Struttura elettronica e configurazione

Gli atomi di zinco si cristallizzano in una struttura esagonale compatta (HCP), sebbene distorta, prodotto del suo legame metallico. Gli elettroni di Valencia che governano tali interazioni sono, secondo la configurazione elettronica, quelli appartenenti agli orbitali 3D e 4S:

[AR] 3D¹⁰ 4s²

Entrambi gli orbitali sono completi.

Di conseguenza, gli atomi di Zn non sono molto coesivi, realizzati nel loro basso punto di fusione (419,53 ºC) rispetto ad altri metalli di transizione. In effetti, tale è una caratteristica dei metalli del gruppo 12 (accanto a mercurio e cadmio), quindi a volte dubitano che gli elementi di blocco DS dovrebbero davvero essere considerati.

Sebbene gli orbitali 3D e 4S siano pieni, lo zinco è un buon conduttore di elettricità; Pertanto, i loro elettroni di Valencia possono "saltare" la banda di guida.

Numeri di ossidazione

È impossibile per lo zinco perdere i suoi dodici elettroni di Valencia o avere un numero di ossidazione o uno stato di +12, assumendo l'esistenza del catione Zn¹²⁺. Invece, perde solo due dei suoi elettroni; In particolare quelli dell'orbitale 4S, comportandosi in modo simile ai metalli alcalineter (SR. Scholambara).

Quando ciò accade, si dice che lo zinco partecipa al composto con un numero di ossidazione di +2 o stato; cioè, supponendo l'esistenza del catione Zn²⁺. Ad esempio, nel suo ossido, ZnO, zinco ha questo numero di ossidazione (Zn²⁺O^2-). Lo stesso vale per molti altri composti, pensando che esista solo Zn (II).

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Tuttavia, c'è anche Zn (I) o Zn⁺, che ha perso solo uno degli elettroni dell'orbitale 4S. Un altro possibile numero di ossidazione per lo zinco è 0 (Zn⁰), dove i loro atomi neutri interagiscono con molecole gassose o organiche. Pertanto, può apparire come Zn²⁺, Zn⁺ o Zn⁰.

Come si ottiene

Materia prima

Campione minerale dalla Romania. Fonte: James St. John [cc per 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by/2.0)]

Lo zinco è in posizione numero venti -quattro degli elementi più abbondanti della corteccia terrestre. Di solito si trova nei minerali dello zolfo, distribuito alla larghezza del pianeta.

Per ottenere il metallo nella sua forma pura, è prima necessario raccogliere le rocce situate in tunnel sotterranei e concentrare i minerali ricchi di zinco, che rappresentano la vera materia prima.

Tra questi minerali possono essere menzionati: Sphalerite o Wurzita (Zns), cinquanta (ZnO), Willemita (Zn₂Sio₄), Esmitsonita (ZnCo₃) e Gahnita (Znal₂O₄). La sfenità è di gran lunga la principale fonte di zinco.

Calcinazione

Una volta che il minerale si è concentrato dopo un processo di flottazione e purificazione delle rocce, deve essere calcolato per trasformare i solfuri nel rispettivo. In questo passaggio il minerale si riscalda semplicemente in presenza di ossigeno, sviluppando la seguente reazione chimica:

2 Zn (S) + 3 O₂(g) → 2 ZnO (S) + 2 SO₂(G)

Il SO₂ reagisce anche con l'ossigeno per generarlo₃, composto per sintesi di acido solforico.

Una volta ottenuto lo ZnO, questo può essere inviato a un processo pirometallurgico o ad un'elettrolisi, in cui il risultato finale è la formazione di zinco metallico.

Processo pirometallurgico

ZnO è ridotto usando carbone (minerale o coque) o monossido di carbonio:

2 ZnO (S) + C (S) → 2 Zn (G) + Co₂(G)

ZnO (S) + CO (G) → Zn (G) + Co₂(G)

La difficoltà di fronte a questo processo è la generazione di zinco del gas, seguendo il suo basso punto di ebollizione, che viene superato dalle alte temperature del forno. Ecco perché i vapori di zinco devono essere distillati e separati dagli altri gas, mentre i loro cristalli in cavo fuso sono condensati.

Processo elettrolitico

Dei due metodi per ottenere, questo è il più usato in tutto il mondo. Lo ZnO reagisce con acido solforico diluito agli ioni di zinco lisciviazione come il loro sale di solfato:

ZnO (S) + H₂SW₄(AC) → Znso₄(AC) + H₂O (l)

Infine questa soluzione è Elettrolys per generare lo zinco metallico:

2 Znso₄(AC) + 2 h₂O (l) → 2 zn (s) + 2 h₂SW₄(AC) + o₂(G)

Rischi

Nella sottoparte delle reazioni chimiche è stato menzionato che il gas idrogeno è uno dei prodotti principali quando lo zinco reagisce con l'acqua. Ecco perché, in uno stato metallico, deve essere adeguatamente immagazzinato e oltre la portata di acidi, basi, acqua, zolfo o qualche fonte di calore; Altrimenti, il rischio di incendio corre.

Più fine si è diviso lo zinco è, maggiore è il rischio di incendio o addirittura esplosione.

Per il resto, fintanto che la temperatura non è vicina a 500 ° C, la sua forma solida o granulata non rappresenta alcun pericolo. Se è coperto da uno strato di ossido, può essere manipolato a mani nude, poiché non reagisce con la loro umidità; Tuttavia, come qualsiasi solido, è irritante per gli occhi e le vie aeree.

Sebbene lo zinco sia indispensabile per la salute, una dose in eccesso può causare i seguenti sintomi o effetti laterali:

- Nausea, vomito, indigestione, mal di testa e stomaco o diarrea.

- Sposta il rame e il ferro durante il suo assorbimento nell'intestino, che si riflette nella coltivazione di debolezze negli arti.

- Calcoli renali.

- Perdita del senso dell'olfatto.

Applicazioni

- Metallo

Leghe

Molti strumenti musicali sono realizzati in ottone, un rame in lega e zinco. Fonte: pxhere.

Forse lo zinco è uno dei metalli, insieme al rame, che forma le leghe più conosciute: ottone e ferro zincato. L'ottone è stato osservato sono numerose occasioni durante un'orchestra musicale, poiché la luminosità dorata degli strumenti è in parte dovuta a detta rame e lega di zinco.

Lo stesso zinco metallico non ha troppi usi, sebbene arrotolato. Quando uno strato di questo metal è elettrodepos su un altro, il primo protegge il secondo dalla corrosione essendo più suscettibile all'ossidazione; cioè, lo zinco si ossida prima del ferro.

Ecco perché gli acciai sono zincati (coprono lo zinco) per aumentare la loro durata. Esempi di questi acciai zincati sono presenti anche nella sinfina del tetto "zinco".

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Hai anche Aluzinc, una lega di zinco in alluminio usato nelle costruzioni civili.

Agente riducente

Lo zinco è un buon agente riducente, quindi perde i suoi elettroni per un'altra specie per vincerli; Soprattutto un catione di metallo. Quando si spolvera la sua azione di riduzione è ancora più veloce di quella del solido granulato.

Viene utilizzato nei processi di ottenere metalli dai suoi minerali; come rodio, argento, cadmio, oro e rame.

Allo stesso modo, la sua azione di riduzione viene utilizzata per ridurre le specie organiche, che possono essere coinvolte nell'industria petrolifera, come benzene e benzina, o nell'industria farmaceutica. D'altra parte, la polvere di zinco trova anche applicazione nelle batterie alcaline del biossido di zinco-manganese.

Varie

Dust di zinco data la sua reattività e una combustione più energetica, trova l'uso come additivo nelle teste delle partite, in esplosivi e fuochi d'artificio (insegnano lampi bianchi e fiamme verdastre).

- Composti

Solfuro

Guarda con vernice fosforescente in aghi e ore. Fonte: Francis Flinch [dominio pubblico]

Il solfuro di zinco ha la proprietà di essere fosforescente e luminescente, quindi viene utilizzato nell'elaborazione delle vernici leggere.

Ossido

Il colore bianco del suo ossido, come la sua conduttività semi e fotografica, è usato come pigmento ceramico e carte. Inoltre, è presente nel talco, cosmetici, gomme, materie plastiche, tessuti, farmaci, inchiostri e smalti.

Supplemento nutrizionale

Il nostro corpo ha bisogno di zinco per svolgere molte delle sue funzioni vitali. Per acquisirlo, è incorporato in alcuni integratori nutrizionali sotto forma di ossido, gluconato o acetato. È anche presente nelle creme per alleviare le ustioni e le irritazioni della pelle e negli shampus.

Alcuni benefici noti o associati all'assunzione di zinco sono:

- Migliora il sistema immunitario.

- È un buon anti -infiammatorio.

- Diminuisce i fastidiosi sintomi del raffreddore comune.

- Impedisce il danno alle cellule nella retina, quindi è raccomandato per la visione.

- Aiuta a regolare i livelli di testosterone e, allo stesso modo, è associato alla fertilità degli uomini, alla qualità del loro sperma e allo sviluppo del tessuto muscolare.

- Regola le interazioni tra i neuroni cerebrali, quindi è collegato a miglioramenti nella memoria e nell'apprendimento.

-E inoltre, è efficace nel trattamento della diarrea.

Questi integratori di zinco sono raggiunti nel mercato come capsule, compresse o sciroppi.

Carta biologica

In anidrasi carbonica e carbossimpidasi

Si pensa che lo zinco faccia parte del 10% degli enzimi totali del corpo umano, circa 300 enzimi. Tra questi possono menzionare anidrasi carbonica e carbossipeptidasi.

L'anidrasi carbonica, un enzima dipendente da zinco, agisce a livello di tessuto che catalizza la reazione di anidride carbonica con acqua per formare bicarbonato. Al momento del bicarbonato ai polmoni, l'enzima inverte la reazione e si forma l'anidride carbonica, che viene espulsa all'estero durante la scadenza.

La carbossipeptidasi è un'esopeptidasi che digerisce le proteine, rilasciando aminoacidi. Lo zinco agisce fornendo un carico positivo che facilita l'interazione dell'enzima con la proteina che sta scavando.

Nell'operazione prostatica

Lo zinco è presente in diversi organi del corpo umano, ma presenta la più grande concentrazione nella prostata e nel seme. Lo zinco è responsabile del corretto funzionamento della prostata e dello sviluppo di organi riproduttivi maschili.

Dita di zinco

Lo zinco interviene nel metabolismo dell'RNA e nel DNA. Le dita di zinco (finger Zn) sono costituite da atomi di zinco che fungono da ponti leganti tra proteine, che insieme intervengono in diverse funzioni.

Le dita di zinco sono utili nella lettura, nella scrittura e nella trascrizione del DNA. Inoltre, ci sono ormoni che li usano nelle funzioni associate all'omeostasi della crescita in tutto il corpo.

Nella regolamentazione del glutammato

Il glutammato è il principale neurotrasmettitore eccitatorio nella corteccia cerebrale e nel tronco cerebrale. Lo zinco si accumula nelle vescicole presinaptiche glutaminergiche, che intervengono nella regolazione del neurotrasmettitore glutammato e dell'eccitabilità neuronale.

Vi sono prove che un rilascio esagerato del neurotrasmettitore glutammato può avere un'azione neurotossica. Pertanto, ci sono meccanismi che regolano la loro liberazione. L'omeostasi di zinco svolge quindi un ruolo importante nella regolazione funzionale del sistema nervoso.

Riferimenti

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