Estrutura de óxido de zinco (ZnO), propriedades, usos, riscos

Ele óxido de zinco É um composto inorgânico cuja fórmula química é ZnO. Consiste apenas em íons Zn²⁺ EU^2- em uma proporção de 1: 1; No entanto, sua rede cristalina pode apresentar uma vaga de ou^2-, que dá a lugares defeitos estruturais capazes de alterar as cores de seus cristais sintéticos.

Comercialmente é adquirido como um sólido branco empoeirado (imagem inferior), que ocorre diretamente da oxidação do zinco metálico pelo processo francês; ou sujeito a redução carbotérmica ao minério de zinco, de modo que seus vapores oxidam e acabem solidificando.

Vidro do relógio com óxido de zinco. Fonte: Adam Rędzikowski [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]

Outros métodos de preparação do ZnO consistem em precipitar seu hidróxido, Zn (OH)₂, Das soluções aquosas de sais de zinco. Além disso, filmes finos ou nanopartículas morfologicamente variadas podem ser sintetizadas por técnicas mais sofisticadas, como a deposição química de seus vapores.

Esse óxido metálico é encontrado na natureza como um mineral de zinita, cujos cristais geralmente são amarelos ou laranja devido a impurezas de metal. Os cristais de ZnO são caracterizados por serem piezoelétricos, termocromáticos, luminescentes, polares e também com uma banda de energia muito ampla em suas propriedades semicondutoras.

Estruturalmente, é isomórfico a sulfeto de zinco, ZnS, adotando cristais hexagonal e cúbica semelhantes aos da Wurzita e Blenda, respectivamente. Nestes, há um certo caráter covalente nas interações entre o Zn²⁺ EU^2-, que faz uma distribuição heterogênea de cargas no cristal de ZnO.

Os estudos das propriedades e usos do ZnO se estendem aos campos da física, eletrônica e biomedicina. Seus usos mais simples e mais cotidianos passam despercebidos na composição de cremes faciais e produtos de higiene pessoal, bem como em filtros solares.

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Estrutura

Polymorphs

O ZnO cristaliza em condições normais de pressão e temperatura em uma estrutura hexagonal de wurzita. Nesta estrutura, os íons Zn²⁺ EU^2- Eles são organizados em camadas alternativas, para que cada um acaba cercado por um tetraedro, tendo ZnO₄ ou ozn₄, respectivamente.

Além disso, usando um "modelo" ou suporte cúbico, o ZnO pode ser cristalizado em uma estrutura cúbica de blenda de zinco; que, como Wurzita, corresponde a estruturas isomórficas (idênticas no espaço, mas com íons diferentes) de sulfeto de zinco, ZnS.

Além dessas duas estruturas (Wurzita e Blenda), o ZnO sob altas pressões (cerca de 10 GPa) cristaliza na estrutura Sal Gema, a mesma que a de NaCl.

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Interações

As interações entre o Zn²⁺ EU^2- Eles apresentam um certo caráter de covalência, então há parcialmente uma ligação covalente Zn-O (ambos os átomos com hibridação SP³), e devido à distorção do tetraedro, eles manifestam um momento dipolar que aumenta as atrações iônicas dos cristais de ZnO.

Estrutura de Blenda (esquerda) e Wurzita (à direita) de ZnO. Fonte: Gabriel Bolívar.

Você tem a imagem superior para visualizar o tetraedro mencionado acima para as estruturas do ZnO.

A diferença entre as estruturas Blenda e Wurzita também está no que você pode ver de cima, os íons não são encontrados eclipsados. Por exemplo, no Wurzita, pode -se ver que as esferas brancas (Zn²⁺) estão logo acima das esferas vermelhas (ou^2-). Por outro lado, na estrutura cúbica de Blenda, isso não acontece porque existem três camadas: a, b e c em vez de apenas dois.

Morfologia de nanopartículas

Os cristais de Znão, embora tendam a ter estruturas hexagonais wurzitas, em relação à morfologia de suas nanopartículas é outra história. Dependendo dos parâmetros e métodos de síntese, eles podem adotar formas tão variadas quanto hastes, placas, folhas, esferas, flores, cintos, agulhas, entre outros.

Propriedades

Aparência física

Branco sólido, banheiro e sabor amargo sólido. Na natureza, pode ser cristalizado, com impurezas de metal, como um mineral de zince. Se esses cristais são brancos, eles têm termocromismo, o que significa que quando estão mudando de coloração: de branco para amarelo.

Da mesma forma, seus cristais sintéticos podem apresentar cores avermelhadas ou esverdeadas, dependendo de sua composição estequiométrica de oxigênio; isto é, os buracos ou vagas causadas pela falta de ânions ou^2- afeta diretamente a maneira como a luz interage com as redes de íons.

Massa molar

81.406 g/mol

Ponto de fusão

1974 ºC. Nesta temperatura, a decomposição térmica sofre liberando zinco e oxigênio molecular ou oxigênio gasoso.

Densidade

5.1 g/cm³

Solubilidade em água

O ZnO é praticamente insolúvel na água, apenas dando origem a soluções com uma concentração de 0,0004% a 18 ° C.

Anfoterismo

O ZnO pode reagir com ácidos e bases. Quando reage com um ácido em solução aquosa, sua solubilidade aumenta quando um sal solúvel é formado onde o Zn²⁺ acaba complexando com moléculas de água: [Zn (oh₂)₆]²⁺. Por exemplo, ele reage com ácido sulfúrico para produzir sulfato de zinco:

ZnO + h₂SW₄ → ZNSO₄ + H₂QUALQUER

Da mesma forma, reage com os ácidos graxos para formas seus respectivos sais, como estearato e palmitato de zinco.

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E quando reage com uma base, na presença de água, são formados sais de cinzas:

ZnO + 2naoh + h₂O → Na₂[Zn (OH)₄]

Capacidade de calor

40,3 J/K · mol · mol

Lacuna de energia direta

3,3 eV. Este valor é feito por um semicondutor de banda larga, capaz de operar em campos elétricos intensos. Também apresenta características de ser um semicondutor de tipo n, que não foi capaz de explicar as razões pelas quais há uma contribuição extra de elétrons em sua estrutura.

Esse óxido é distinguido por suas propriedades ópticas, acústicas e eletrônicas, graças às quais é considerada candidata a aplicações em potencial relacionadas ao desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos (sensores, lasers, células fotovoltaicas). A razão para tais propriedades escapa do campo da física.

Formulários

Medicinal

Cinco óxido tem sido usado como aditivo em numerosos cremes brancos para o tratamento de irritações, acnes, dermatite, abrasões e rachaduras na pele. Nesta área, seu uso para aliviar as irritações causadas por fraldas em peles de bebês é popular.

É também um componente do filtro solar, porque junto com nanopartículas de dióxido de titânio₂, Ajude a bloquear a radiação ultravioleta do sol. Da mesma forma, ele atua como um agente mais grosso, por isso está em certa maquiagem clara, loções, esmaltes, talcos e sabonetes.

Por outro lado, o ZnO é uma fonte de quinze usados ​​em suplementos alimentares e produtos vitamínicos, bem como em cereais.

Antibacteriano

De acordo com a morfologia de suas nanopartículas, o ZnO pode ser ativado sob radiação ultravioleta para gerar peróxidos de hidrogênio ou espécies reativas que enfraquecem as membranas celulares dos microorganismos.

Quando isso acontece, as nanopartículas restantes do ZnO cruzam o citoplasma e começam a interagir com o compêndio de biomoléculas que compõem a célula, resultando como conseqüência de sua apoptose.

É por isso que nem todas as nanopartículas podem ser usadas nas composições de protetor solar, mas apenas aquelas que não possuem atividade antibacteriana.

Os produtos com esse tipo de ZnO são alocados, cobertos com materiais poliméricos solúveis, para tratar infecções, feridas, úlceras, bactérias e até diabetes.

Pigmentos e revestimentos

O pigmento conhecido como Cinco Blanco é o ZnO, que é adicionado a várias pinturas e revestimentos para proteger as superfícies metálicas da corrosão onde são aplicadas. Por exemplo, revestimentos de ZnO viciados são usados ​​para proteger o ferro galvanizado.

Por outro lado, esses revestimentos também foram usados ​​no vidro das janelas para impedir que o calor penetre (se estiver no exterior) ou entre (se dentro). Ele também protege alguns materiais poliméricos e têxteis de sua deterioração por ação de radiação solar e calor.

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Bioimagem

A luminescência de nanopartículas de ZnO foi estudada para ser usada em bioimagem, estudando assim as luzes azuis, verdes ou laranja que irradiam, as estruturas internas das células.

Aditivo

O ZnO também considera o uso como aditivo em borrachas, cimentos, materiais dentifricos, vidro e cerâmica, devido ao seu ponto de fusão mais baixo e, portanto, se comportando como um agente fundador.

Eliminador de sulfeto de hidrogênio

ZnO elimina os gases desagradáveis ​​de H₂S, ajudando a dessultar algumas emanações de gase:

ZnO + h₂S → ZnS + H₂QUALQUER

Riscos

Óxido de Finch como tal é um composto não -tóxico e inofensivo; portanto, a manipulação prudente de seu sólido não representa nenhum risco.

O problema, no entanto, está em sua fumaça, porque, embora em altas temperaturas se decompõe, os vapores Rav acabam contaminando os pulmões e causando um tipo de "febre de metal". Esta doença é caracterizada pelos sintomas da tosse, febre, sentimento de opressão no peito e um sabor metálico constante na boca.

O câncer não é o câncer, e os cremes que o contêm não mostraram que aumentam a absorção de zinco na pele, de modo que os sóis baseados em ZnO são considerados seguros; a menos que haja reações alérgicas, que nesse caso devem interromper seu uso.

Em relação a certas nanopartículas destinadas a combater as bactérias, elas podem exercer efeitos negativos se não forem transportados adequadamente para o seu local de ação.

Referências

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