zinc Este un metal de tranziție care aparține grupului 12 al tabelului periodic și este reprezentat de simbolul chimic Zn. Este elementul numărul 24 din abundență în scoarța terestră, găsit în mineralele de sulf, cum ar fi sfalerita, sau carbonații, cum ar fi smitsonitul..
Este un metal foarte cunoscut în cultura populară; Acoperișurile din zinc sunt un exemplu, la fel ca suplimentele pentru reglarea hormonilor masculini. Se găsește în multe alimente și este un element esențial pentru nenumărate procese metabolice. Există mai multe beneficii ale aportului moderat în comparație cu efectele negative ale excesului său în organism.
Zincul a fost cunoscut cu mult înainte de oțelurile sale galvanizate de culoare argintie și alte metale. Alama, un aliaj de compoziție variată de cupru și zinc, face parte de obiecte istorice de mii de ani. Astăzi culoarea sa aurie este de obicei văzută în unele instrumente muzicale.
De asemenea, este un metal cu care sunt fabricate bateriile alcaline, deoarece puterea sa de reducere și ușurința de a dona electroni îl fac o opțiune bună ca material anodic. Utilizarea sa principală este galvanizarea oțelurilor, acoperindu-le cu un strat de zinc care se oxidează sau se sacrifică pentru a preveni corodarea fierului de dedesubt mai târziu..
În compușii săi derivați, are aproape întotdeauna un număr de oxidare sau o stare de +2. Prin urmare, este luat în considerare ionul ZnDouă+ învăluit în medii moleculare sau ionice. În timp ce ZnDouă+ este un acid Lewis care poate provoca probleme în interiorul celulelor, coordonat cu alte molecule, interacționează pozitiv cu enzimele și ADN-ul.
Astfel, zincul este un cofactor important pentru multe metallo-enzime. În ciuda biochimiei sale extrem de importante și a strălucirii fulgerelor și flăcărilor sale verzui la ardere, în lumea științei este considerat un metal „plictisitor”; deoarece proprietățile sale nu au atractivitatea altor metale, precum și punctul său de topire este considerabil mai mic decât al lor.
Indice articol
Zincul a fost manipulat de mii de ani; dar într-un mod neobservat, deoarece civilizațiile antice, inclusiv persii, romani, ardeleni și greci, au făcut deja obiecte de aramă, monede și arme.
Prin urmare, alama este unul dintre cele mai vechi aliaje cunoscute. L-au pregătit din calamina minerală, Zn4daDouăSAU7(OH)DouăHDouăSau, pe care l-au măcinat și încălzit în prezență de lână și cupru.
În timpul procesului, cantitățile mici de zinc metalic care s-ar fi putut forma au scăpat ca vapori, fapt care a întârziat identificarea acestuia ca element chimic de ani de zile. Odată cu trecerea secolelor, alama și alte aliaje și-au crescut conținutul de zinc, arătând mai gri.
În secolul al XIV-lea, în India, reușiseră deja să producă zinc metalic, pe care l-au numit Jasada și l-au comercializat în acel moment cu China.
Și astfel alchimiștii au reușit să-l dobândească pentru a-și desfășura experimentele. Renumita figură istorică Paracelsus a numit-o „zincum”, posibil din asemănarea dintre cristalele de zinc și dinți. Încetul cu încetul, în mijlocul altor nume și culturi diferite, numele de „zinc” a ajuns să se coadă pentru acest metal.
Deși India a produs deja zinc metalic încă din anii 1300, acest lucru provine din metoda care folosea calamina cu lână; prin urmare, nu era o probă metalică de o puritate considerabilă. William Champion a îmbunătățit această metodă în 1738, în Marea Britanie, folosind un cuptor vertical cu replică.
În 1746 chimistul german Andreas Sigismund Marggraf a obținut pentru "prima dată" o probă de zinc pur prin încălzirea calaminei în prezența cărbunelui (un agent de reducere mai bun decât lâna), în interiorul unui recipient cu cupru. Acest mod de producere a zincului s-a dezvoltat comercial și în paralel cu cel al Champion.
Ulterior, au fost dezvoltate procese care au devenit în cele din urmă independente de calamină, folosind în schimb oxid de zinc; cu alte cuvinte, foarte asemănător cu procesul pirometalurgic actual. Cuptoarele s-au îmbunătățit și ele, putând produce cantități crescute de zinc..
Până atunci, nu exista încă nicio aplicație care să solicite cantități uriașe de zinc; dar asta s-a schimbat odată cu contribuțiile lui Luigi Galvani și Alessandro Volta, care au dat loc conceptului de galvanizare. Volta a venit și cu ceea ce este cunoscut sub numele de celulă galvanică, iar zincul a făcut curând parte din proiectarea celulelor uscate..
Este un metal cenușiu, de obicei disponibil sub formă de granule sau pulbere. Fizic este slab, deci nu este o opțiune bună pentru aplicații în care trebuie să suporte obiecte grele.
De asemenea, este fragil, deși atunci când este încălzit la peste 100 ° C devine maleabil și ductil; până la 250 ° C, la care temperatură devine din nou fragilă și se poate pulveriza din nou.
65,38 g / mol
30
419,53 ° C. Acest punct de topire scăzut este indicativ al legăturii sale metalice slabe. Când este topit, are un aspect similar cu aluminiul lichid.
907 ºC
460 ºC
-7,14 g / ml la temperatura camerei
-6,57 g / mL la punctul de topire, adică chiar atunci când se topește sau se topește
7,32 kJ / mol
115 kJ / mol
25.470 J / (mol K)
1,65 pe scara Pauling
-Prima: 906,4 kJ / mol (Zn+ gazos)
-Al doilea: 1733,3 kJ / mol (ZnDouă+ gazos)
-În al treilea rând: 3833 kJ / mol (Zn3+ gazos)
Empiric 134 pm
122 ± 4 pm
2.5. Această valoare este considerabil mai mică în comparație cu duritatea altor metale de tranziție, adică a tungstenului..
Diamagnetic
116 W / (m K)
59 nΩm la 20 ° C
Este insolubil în apă atâta timp cât stratul său de oxid îl protejează. Odată ce acest lucru este îndepărtat prin atacul unui acid sau a unei baze, zincul ajunge să reacționeze cu apa pentru a forma complexul apos, Zn (OHDouă)6Două+, localizarea ZnDouă+ în centrul unui octaedru delimitat de moleculele de apă.
Când arde, poate elibera particule toxice de ZnO în aer. În acest proces, se observă o flacără verzuie și o lumină strălucitoare.
Zincul este un metal reactiv. La temperatura camerei nu poate fi acoperit doar de un strat de oxid, ci și de carbonat bazic, Zn5(OH)6(CO3)Două, sau chiar sulf, ZnS. Când acest strat de compoziție variată este distrus de atacul unui acid, metalul reacționează:
Zn (s) + HDouăSW4(ac) → ZnDouă+(ac) + SO42−(ac) + HDouă(g)
Ecuație chimică corespunzătoare reacției sale cu acidul sulfuric și:
Zn (s) + 4 HNO3(ac) → Zn (NO3)Două(ac) + 2 NODouă(g) + 2 HDouăO (l)
Cu acid clorhidric. În ambele cazuri, deși nu este scris, complexul apos Zn (OHDouă)6Două+; cu excepția cazului în care mediul este bazic, deoarece precipită sub formă de hidroxid de zinc, Zn (OH)Două:
ZnDouă+(aq) + 2OH-(ac) → Zn (OH)Două(s)
Care este un hidroxid alb, amorf și amfoteric, capabil să reacționeze în continuare cu mai mulți ioni OH-:
Zn (OH)Două(s) + 2OH-(ac) → Zn (OH)4Două-(ac)
Zn (OH)4Două- este anionul zincat. De fapt, atunci când zincul reacționează cu o bază atât de puternică, cum ar fi NaOH concentrat, zincatul de sodiu complex, NaDouă[Zn (OH4]:
Zn (s) + 2NaOH (aq) + 2HDouăO (l) → NaDouă[Zn (OH4)] (aq) + HDouă(g)
De asemenea, zincul poate reacționa cu elemente nemetalice, cum ar fi halogeni în stare gazoasă sau sulf:
Zn (s) + IDouă(g) → ZnIDouă(s)
Zn (s) + S (s) → ZnS (s) (imaginea de sus)
Zincul există în natură ca cinci izotopi: 64Zn (49,2%), 66Zn (27,7%), 68Zn (18,5%), 67Zn (4%) și 70Zn (0,62%). Celelalte sunt sintetice și radioactive.
Atomii de zinc cristalizează într-o structură hexagonală compactă, dar distorsionată (hcp), produs al legăturii lor metalice. Electronii de valență care guvernează astfel de interacțiuni sunt, conform configurației electronice, cei care aparțin orbitalilor 3d și 4s:
[Ar] 3d10 4sDouă
Ambii orbitali sunt complet umpluți cu electroni, astfel încât suprapunerea lor nu este foarte eficientă, chiar și atunci când nucleii de zinc exercită asupra lor o forță atractivă..
În consecință, atomii de Zn nu sunt foarte coeziți, fapt reflectat în punctul lor de topire scăzut (419,53 ° C) în comparație cu alte metale de tranziție. De fapt, aceasta este o caracteristică a grupului 12 de metale (împreună cu mercurul și cadmiul), deci uneori se întreabă dacă ar trebui într-adevăr să fie considerate elemente ale blocului d.
Deși orbitalii 3d și 4s sunt plini, zincul este un bun conductor de electricitate; prin urmare, electronii săi de valență pot „sări” la banda de conducție.
Este imposibil ca zincul să-și piardă cei doisprezece electroni de valență sau să aibă un număr de oxidare sau o stare de +12, presupunând existența cationului Zn.12+. În schimb, își pierde doar doi dintre electroni; în special cele ale orbitalului 4s, comportându-se într-un mod similar cu metalele alcalino-pământoase (domnul Becambara).
Când se întâmplă acest lucru, se spune că zincul participă la compusul cu un număr de oxidare sau o stare de +2; adică presupunând existența cationului ZnDouă+. De exemplu, în oxidul său, ZnO, zincul are acest număr de oxidare (ZnDouă+SAUDouă-). Același lucru se aplică multor alți compuși, ajungând să creadă că există doar Zn (II).
Cu toate acestea, există și Zn (I) sau Zn+, care a pierdut doar unul dintre electronii orbitalului 4s. Un alt număr posibil de oxidare pentru zinc este 0 (Zn0), în care atomii săi neutri interacționează cu molecule gazoase sau organice. Prin urmare, poate fi prezentat ca ZnDouă+, Zn+ sau Zn0.
Zincul se află în poziția 24 a celor mai abundente elemente din scoarța terestră. Se găsește în general în mineralele de sulf, distribuite pe toată planeta.
Pentru a obține metalul în forma sa pură, este mai întâi necesară colectarea rocilor situate în tunelurile subterane și concentrarea mineralelor bogate în zinc, care reprezintă adevărata materie primă..
Aceste minerale includ: sfalerita sau wurzita (ZnS), zincita (ZnO), willemita (ZnDouăda4), smitsonit (ZnCO3) și gahnite (ZnAlDouăSAU4). Sphalerita este de departe principala sursă de zinc.
Odată ce mineralul a fost concentrat după un proces de flotație și purificare a rocilor, acesta trebuie calcinat pentru a transforma sulfurile în cele respective. În această etapă, mineralul este încălzit pur și simplu în prezența oxigenului, dezvoltând următoarea reacție chimică:
2 ZnS (s) + 3 ODouă(g) → 2 ZnO (s) + 2 SODouă(g)
SODouă reacționează și cu oxigenul pentru a genera SO3, compus destinat sintezei acidului sulfuric.
Odată ce ZnO a fost obținut, acesta poate suferi fie un proces pirometalurgic, fie electroliza, unde rezultatul final este formarea zincului metalic..
ZnO este redus folosind cărbune (mineral sau cocs) sau monoxid de carbon:
2 ZnO (s) + C (s) → 2 Zn (g) + CODouă(g)
ZnO (s) + CO (g) → Zn (g) + CODouă(g)
Dificultatea cu care se confruntă acest proces este generarea de zinc gazos, datorită punctului său de fierbere scăzut, care este depășit de temperaturile ridicate ale cuptorului. De aceea, vaporii de zinc trebuie distilați și separați de celelalte gaze, în timp ce cristalele lor se condensează pe plumb topit..
Dintre cele două metode de colectare, aceasta este cea mai utilizată la nivel mondial. ZnO reacționează cu acid sulfuric diluat pentru a elimina ionii de zinc ca sare sulfat:
ZnO (s) + HDouăSW4(ac) → ZnSO4(ac) + HDouăO (l)
În cele din urmă, această soluție este electrolizată pentru a genera zinc metalic:
2 ZnSO4(ac) + 2 HDouăO (l) → 2 Zn (s) + 2 HDouăSW4(ac) + ODouă(g)
În subsecțiunea privind reacțiile chimice s-a menționat că hidrogenul gazos este unul dintre principalele produse atunci când zincul reacționează cu apa. De aceea, în stare metalică, trebuie depozitat în mod corespunzător și la îndemâna acizilor, bazelor, apei, a sulfului sau a oricărei surse de căldură; în caz contrar, există riscul de incendiu.
Cu cât zincul este mai fin, cu atât este mai mare riscul de incendiu sau chiar de explozie..
În caz contrar, atâta timp cât temperatura nu se apropie de 500 ° C, forma sa solidă sau granulară nu reprezintă niciun pericol. Dacă este acoperit de un strat de oxid, poate fi manipulat cu mâinile goale, deoarece nu reacționează cu umiditatea lor; cu toate acestea, ca orice solid, este iritant pentru ochi și căile respiratorii.
Deși zincul este esențial pentru sănătate, o doză în exces poate provoca următoarele simptome sau efecte secundare:
- Greață, vărsături, indigestie, dureri de cap și dureri de stomac sau diaree.
- Îndepărtează cuprul și fierul în timpul absorbției din intestin, care se reflectă în creșterea slăbiciunii membrelor.
- Pietre la rinichi.
- Pierderea simțului mirosului.
Poate că zincul este unul dintre metalele, alături de cupru, care formează cele mai populare aliaje: alama și fierul zincat. Arama a fost observată în numeroase ocazii în timpul unei orchestre muzicale, deoarece strălucirea aurie a instrumentelor se datorează parțial aliajului de cupru și zinc..
Zincul metalic în sine nu are multe utilizări, deși înfășurat servește ca anod pentru celulele uscate, iar sub formă de pulbere este destinat ca agent de reducere. Când un strat din acest metal este electrodepozitat pe altul, primul îl protejează pe cel din urmă de coroziune fiind mai susceptibil la oxidare; adică zincul se oxidează înainte de fier.
De aceea, oțelurile sunt zincate (acoperite cu zinc) pentru a le crește durabilitatea. Exemple ale acestor oțeluri zincate sunt prezente și în acoperișurile nesfârșite din „zinc”, dintre care unele vin cu un strat de vopsea verde și în corpurile autobuzelor, ustensilele de uz casnic și podurile suspendate..
Există și aluzinc, un aliaj de aluminiu-zinc utilizat în construcțiile civile..
Zincul este un bun agent reducător, deci își pierde electronii pentru ca o altă specie să câștige; mai ales un cation metalic. Când este sub formă de pulbere, acțiunea sa de reducere este chiar mai rapidă decât cea a granulelor solide..
Se folosește în procesele de obținere a metalelor din mineralele lor; precum rodiu, argint, cadmiu, aur și cupru.
În mod similar, acțiunea sa de reducere este utilizată pentru a reduce speciile organice, care pot fi implicate în industria petrolieră, cum ar fi benzenul și benzina, sau în industria farmaceutică. Pe de altă parte, praful de zinc se aplică și în bateriile alcaline de dioxid de zinc-mangan..
Praful de zinc, având în vedere reactivitatea și arderea mai energică, se folosește ca aditiv în capetele de chibrit, în explozivi și focuri de artificii (acestea dau fulgere albe și flăcări verzui)..
Sulfura de zinc are proprietatea de a fi fosforescentă și luminiscentă, motiv pentru care este utilizată la producerea vopselelor luminoase..
Culoarea albă a oxidului său, precum și conductivitatea sa semi și foto, este utilizată ca pigment în ceramică și hârtie. În plus, este prezent în talc, cosmetice, cauciucuri, materiale plastice, țesături, medicamente, cerneluri și emailuri..
Corpul nostru are nevoie de zinc pentru a îndeplini multe dintre funcțiile sale vitale. Pentru a-l achiziționa, este încorporat în unele suplimente nutritive sub formă de oxid, gluconat sau acetat. Este prezent și în creme pentru ameliorarea arsurilor și iritațiilor pielii și în șampoane.
Unele beneficii cunoscute sau asociate cu administrarea de zinc sunt:
- Îmbunătățește sistemul imunitar.
- Este un bun antiinflamator.
- Reduce simptomele enervante ale răcelii obișnuite.
- Previne deteriorarea celulelor din retină, deci este recomandat pentru vedere.
- Ajută la reglarea nivelului de testosteron și este, de asemenea, asociat cu fertilitatea bărbaților, calitatea spermei lor și dezvoltarea țesutului muscular..
- Reglează interacțiunile dintre neuronii cerebrali, motiv pentru care este legat de îmbunătățirile memoriei și ale învățării.
-Și, în plus, este eficient în tratamentul diareei.
Aceste suplimente de zinc sunt disponibile comercial sub formă de capsule, tablete sau siropuri..
Se crede că zincul face parte din 10% din totalul enzimelor din corpul uman, aproximativ 300 de enzime. Dintre acestea, pot fi menționate anhidrază carbonică și carboxipeptidază..
Anhidrază carbonică, o enzimă dependentă de zinc, acționează la nivelul țesuturilor catalizând reacția dioxidului de carbon cu apa pentru a forma bicarbonat. Când bicarbonatul ajunge în plămâni, enzima inversează reacția și se formează dioxid de carbon, care este expulzat spre exterior în timpul expirării.
Carboxipeptidaza este o exopeptidază care digeră proteinele, eliberând aminoacizi. Zincul funcționează furnizând o încărcătură pozitivă care facilitează interacțiunea enzimei cu proteina pe care o digeră..
Zincul este prezent în diferite organe ale corpului uman, dar are cea mai mare concentrație în prostată și în material seminal. Zincul este responsabil pentru buna funcționare a prostatei și dezvoltarea organelor reproductive masculine.
Zincul este implicat în metabolismul ARN și ADN. Degetele de zinc (Zn-degete) constau din atomi de zinc care servesc drept punți între proteine, care împreună sunt implicate în diferite funcții.
Degetele de zinc sunt utile în citirea, scrierea și transcrierea ADN-ului. În plus, există hormoni care îi folosesc în funcții asociate cu homeostazia creșterii în tot corpul..
Glutamatul este principalul neurotransmițător excitator din cortexul cerebral și trunchiul cerebral. Zincul se acumulează în veziculele presinaptice glutaminergice, intervenind în reglarea eliberării neurotransmițătorului glutamat și în excitabilitatea neuronală.
Există dovezi că o eliberare exagerată a neurotransmițătorului glutamat poate avea o acțiune neurotoxică. Prin urmare, există mecanisme care reglementează eliberarea acestuia. Homeostazia zincului joacă astfel un rol important în reglarea funcțională a sistemului nervos..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.