História de zinco, propriedades, estrutura, riscos, usa

Ele zinco É um metal de transição que pertence ao grupo 12 da tabela periódica e é representado pelo Zn Chemical Symbol. É o elemento número 24 em abundância no córtex da Terra, estando em minerais sulfurizados, como o esfalerita, ou carbonatados, como a Esmitsonita.

É um metal altamente conhecido na cultura popular; Os telhados do zinco são um exemplo, assim como suplementos para regular os hormônios masculinos. Está em muitos alimentos e é um elemento essencial para infinitos de processos metabólicos. Existem vários benefícios de sua ingestão moderada em comparação com os efeitos negativos de seu excesso no corpo.

Telhado de liga de zinco do Museu Riverside. Fonte: Eoin [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]

O zinco é conhecido muito antes de seus aços galvanizados em cores prateadas e outros metais. O Brass, uma liga de composição variada de cobre e zinco, faz parte de objetos históricos há milhares de anos. Hoje sua cor dourada geralmente testemunha alguns instrumentos musicais.

É também um metal com o qual as baterias alcalinas são fabricadas, pois sua potência reduzida e facilidade de doar elétrons o tornam uma boa opção como material anódico. Seu principal uso é galvanizar aços, cobrindo -os de um zinco Lay.

Em seus compostos derivados, um número de oxidação ou estado de +2 geralmente tem. Portanto, o íon Zn é considerado²⁺ embrulhado em ambientes moleculares ou iônicos. Enquanto o Zn²⁺ É um ácido de Lewis que pode causar problemas nas células, coordenado com outras moléculas interage positivamente com enzimas e DNA.

Assim, o zinco é um cofator importante de muitas metalo-enzimas. Apesar de sua enorme bioquímica importante, e o brilho de seus flashes e chamas esverdeadas a queimar, dentro do mundo da ciência, é considerado um metal "chato"; Desde então, suas propriedades não têm a atratividade de outros metais, bem como seu ponto de fusão é consideravelmente menor que o deles.

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História

Antiguidade

O zinco manipula há milhares de anos; Mas despercebido, já que as civilizações antigas, incluindo persas, romanos, transilvans e gregos, objetos já fabricados, moedas e armas de bronze.

Portanto, o bronze é uma das ligas mais antigas que são conhecidas. Eles o prepararam do mineral de calamina, Zn₄Sim₂QUALQUER₇(OH)₂· H₂Ou, que terreno e aquecido na presença de lã e cobre.

Durante o processo, as pequenas quantidades de zinco metálico que poderia ter se formado escapado como um vapor, fato que atrasou por anos sua identificação como um elemento químico. À medida que os séculos passavam, os bronze e outras ligas estavam aumentando seu conteúdo de zinco, usando mais cinza.

No século XIV, na Índia, eles já haviam conseguido produzir zinco metálico, que eles chamavam Jasada E eles foram comercializados naquela época com a China.

E assim os alquimistas poderiam adquiri -lo para realizar seus experimentos. Foi o renomado caráter histórico paracelso que o chamou de 'zinco', possivelmente com a semelhança entre os cristais de zinco com os dentes. Pouco a pouco, no meio de outros nomes e várias culturas, o nome 'zinco' acabou cocrando para este metal.

Isolamento

Enquanto a Índia já produzia zinco metálico desde os 1300 anos, isso veio do método usava Calamina com lã; Portanto, não era uma amostra de metal de considerável pureza. William Champion melhorou esse método em 1738, Grã -Bretanha, usando um forno turvo vertical.

Em 1746, o químico alemão Andreas Sigismund Marggraga obtido pela primeira vez uma amostra de zinco puro do aquecimento da calamina na presença de carvão vegetal (um agente melhor redutor que a lã), dentro de uma tigela com cobre. Essa maneira de produzir zinco se desenvolveu comercial e paralelo ao campeão.

Em seguida, foram desenvolvidos processos que finalmente se tornaram a calamina, usando óxido de zinco; isto é, muito semelhante ao atual processo pirometalúrgico. Os fornos também melhoraram, sendo capaz de produzir quantidades de crescente zinco.

Até então, ainda não havia aplicação que exigisse enormes quantidades de zinco; Mas isso mudou com as contribuições de Luigi Galvani e Alessandro Volta, que deram lugar ao conceito de galvanização. Volta também criou o que é conhecido como célula galvânica, e logo o zinco fazia parte do design de baterias secas.

Propriedades físicas e químicas

Aparência física

É um metal acinzentado, geralmente disponível em granulado ou poeira. Fisicamente, é fraco, por isso não representa uma boa opção para aplicativos onde você deve suportar objetos pesados.

Também é quebradiço, embora quando seja aquecido acima de 100 ºC, ele se torne maleável e dúctil; até 250 ºC, temperatura na qual se torna quebradiço e pulverize novamente.

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Massa molar

65,38 g/mol

Número atômico (Z)

30

Ponto de fusão

419.53 ºC. Este baixo ponto de fusão é indicativo de sua faca ligação metálica. Quando derretra, tem uma aparência semelhante à do alumínio líquido.

Ponto de ebulição

907 ºC

Temperatura de auto -dirigir

460 ºC

Densidade

-7.14 g/ml à temperatura ambiente

-6,57 g/ml no ponto de fusão, ou seja, apenas derretendo ou derretendo

Calor de fusão

7,32 kJ/mol

Calor de vaporização

115 kJ/mol

Capacidade de calor molar

25.470 J/(mol · k)

Eletro-negatividade

1.65 na escala Pauling

Energias de ionização

-Primeiro: 906,4 kJ/mol (Zn⁺ gasoso)

-Segundo: 1733.3 KJ/mol (Zn²⁺ gasoso)

-Terceiro: 3833 KJ/mol (Zn³⁺ gasoso)

Rádio atômico

Empírico 134 pm

Rádio covalente

122 ± 16 pm

Dureza mohs

2.5. Este valor é consideravelmente menor contra a dureza de outros metais de transição, para dizer, o tungstênio.

Ordem magnética

Diamagnético

Condutividade térmica

116 com (M · k)

Resistividade elétrica

59 Nω · m a 20 ° C

Solubilidade

É insolúvel em água, desde que proteja sua camada de óxido. Uma vez que isso é removido pelo ataque de um ácido ou base, o zinco acaba reagindo com a água para formar a ACU complexa₂)₆²⁺, localizado o Zn²⁺ No centro de um octaedro limitado por moléculas de água.

Decomposição

Quando queimaduras, você pode liberar partículas tóxicas do ar no ar. No processo, é observada uma coloração esverdeada e luz brilhante.

Reações químicas

Reação entre zinco e enxofre dentro de um cadinho onde a cor azul esverdeada das chamas pode ser vista. Fonte: Eoin [CC BY-SA 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)]

Zinco é um metal reativo. À temperatura ambiente, uma camada de óxido pode não apenas cobri -lo, mas além de carbonato básico, Zn₅(OH)₆(Co₃)₂, ou mesmo sulfeto, ZnS. Quando essa camada de composição variada é destruída pelo ataque de um ácido, o metal reage:

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

Equação química correspondente à sua reação ao ácido sulfúrico e:

Zn (s) + 4 hno₃(AC) → Zn (não₃)₂(AC) + 2 Não₂(g) + 2 h₂Ou (l)

Com ácido clorídrico. Nos dois casos, embora não esteja escrito, a ACU do complexo Zn está presente (oh₂)₆²⁺; Exceto se o meio for básico, então precipite como hidróxido de zinco, Zn (OH)₂:

Zn²⁺(AC) +2OH^-(AC) → Zn (OH)₂(S)

Que é um hidróxido branco, amorfo e anfotérico, capaz de continuar a reagir com mais íons OH^-:

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

O Zn (oh)₄^2- É o ânion zincato. De fato, quando o zinco reage com uma base tão forte, como o NaOH concentrado, o complexo Zincato de sódio é produzido diretamente₂[Zn (Oh₄]:

Zn (s) + 2naoh (AC) + 2h₂Ou (l) → Na₂[Zn (Oh₄)] (AC) +H₂(g)

Além disso, o zinco pode reagir com elementos não -metálicos, como halogênios em um estado gasoso ou enxofre:

Zn (s) + i₂(g) → Zni₂(S)

Zn (s) +s (s) → Zns (s) (imagem superior)

Isótopos

O zinco existe na natureza como cinco isótopos: ⁶⁴Zn (49,2 %), ⁶⁶Zn (27,7 %), ⁶⁸Zn (18,5 %), ⁶⁷Zn (4 %) e ⁷⁰Zn (0,62 %). Os outros são sintéticos e radioativos.

Estrutura e configuração eletrônica

Os átomos de zinco cristalizam em uma estrutura hexagonal compacta (HCP), embora distorcida, produto de seu vínculo metálico. Os elétrons de Valencia que governam essas interações são, de acordo com a configuração eletrônica, aqueles pertencentes a orbitais 3D e 4S:

[AR] 3D¹⁰ 4s²

Ambos os orbitais estão completos.

Consequentemente, os átomos de Zn não são muito coesos, fabricados em seu baixo ponto de fusão (419,53 ºC) em comparação com outros metais de transição. De fato, essa é uma característica dos metais do Grupo 12 (ao lado de Mercúrio e Cádmio), então às vezes eles duvidam se elementos do bloco DS realmente devem ser considerados.

Embora os orbitais 3D e 4S estejam cheios, o zinco é um bom condutor de eletricidade; Portanto, seus elétrons de Valência podem "pular" a banda de direção.

Números de oxidação

É impossível para o zinco perder seus doze elétrons de Valência ou ter um número de oxidação ou estado de +12, assumindo a existência do cátion Zn¹²⁺. Em vez disso, perde apenas dois de seus elétrons; especificamente os do 4s orbital, comportando -se de maneira semelhante aos metais alcalinéticos (SR. Scholambara).

Quando isso acontece, diz -se que o zinco participa do composto com um número ou estado de oxidação de +2; isto é, assumindo a existência do cátion Zn²⁺. Por exemplo, em seu óxido, ZnO, o zinco tem esse número de oxidação (Zn²⁺QUALQUER^2-). O mesmo se aplica a muitos outros compostos, pensando que apenas o Zn (II) existe.

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No entanto, também há Zn (i) ou Zn⁺, que perdeu apenas um dos elétrons do 4S Orbital. Outro possível número de oxidação para zinco é 0 (Zn⁰), onde seus átomos neutros interagem com moléculas gasosas ou orgânicas. Portanto, pode aparecer como Zn²⁺, Zn⁺ ou Zn⁰.

Como é obtido

Matéria prima

Amostra mineral da Romênia. Fonte: James St. John [CC por 2.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/2.0)]

O zinco está na posição número vinte e quatro dos elementos mais abundantes do córtex da Terra. Geralmente é encontrado em minerais de enxofre, distribuídos à largura do planeta.

Para obter o metal em sua forma pura, é primeiro necessário coletar as rochas localizadas em túneis subterrâneos e concentrar os minerais ricos em zinco, que representam a verdadeira matéria -prima.

Entre esses minerais podem ser mencionados: Sphalerite ou Wurzita (ZNS), cinquenta (ZnO), Willemita (Zn₂SiO₄), Esmitsonita (ZNCO₃) e Gahnita (Znal₂QUALQUER₄). O Spheny é de longe a principal fonte de zinco.

Calcinação

Uma vez que o mineral se concentre após um processo de flutuação e purificação das rochas, deve ser calculado para transformar os sulfetos em seus respectivos. Nesta etapa, o mineral simplesmente aquece na presença de oxigênio, desenvolvendo a seguinte reação química:

2 Zns (s) + 3 o₂(g) → 2 ZnO (s) + 2 então₂(g)

O então₂ também reage com oxigênio para gerar assim₃, composto para síntese de ácido sulfúrico.

Uma vez obtido o ZnO, isso pode ser submetido a um processo pirometalúrgico ou a uma eletrólise, onde o resultado final é a formação de zinco metálico.

Processo pirometalúrgico

O ZnO é reduzido usando carvão (mineral ou coque) ou monóxido de carbono:

2 ZnO (S) + C (S) → 2 Zn (G) + Co₂(g)

ZnO (S) + CO (G) → Zn (G) + Co₂(g)

A dificuldade de enfrentar esse processo é a geração de zinco a gás, após seu baixo ponto de ebulição, que é excedido pelas altas temperaturas do forno. É por isso que os vapores de zinco devem ser destilados e separados de outros gases, enquanto seus cristais no chumbo fundido são condensados.

Processo eletrolítico

Dos dois métodos de obtenção, este é o mais usado em todo o mundo. O ZnO reage com ácido sulfúrico diluído para lixiviar íons de zinco, como seu sal de sulfato:

ZnO (S) + H₂SW₄(AC) → ZNSO₄(AC) + H₂Ou (l)

Finalmente, esta solução é eletrólito para gerar o zinco metálico:

2 ZNSO₄(AC) + 2 h₂Ou (l) → 2 Zn (s) + 2 h₂SW₄(AC) + ou₂(g)

Riscos

Na subparte de reações químicas, foi mencionado que o gás de hidrogênio é um dos principais produtos quando o zinco reage com a água. É por isso que, em um estado metálico, deve ser armazenado adequadamente e além do alcance de ácidos, bases, água, enxofre ou alguma fonte de calor; Caso contrário, o risco de incêndio funciona.

Quanto mais dividido o zinco é, maior o risco de incêndio ou mesmo explosão.

Para o resto, desde que a temperatura não esteja próxima de 500 ° C, sua forma sólida ou granulada não representa nenhum perigo. Se for coberto por uma camada de óxido, poderá ser manipulado com as mãos nuas, pois não reage com a umidade deles; No entanto, como qualquer sólido, é irritante para olhos e vias aéreas.

Embora o zinco seja indispensável para a saúde, uma dose em excesso pode causar os seguintes sintomas ou efeitos laterais:

- Náusea, vômito, indigestão, dores de cabeça e estômago ou diarréia.

- Desloca o cobre e o ferro durante sua absorção no intestino, o que se reflete em fracos crescentes nos membros.

- Cálculos renais.

- Perda do olfato.

Formulários

- Metal

Ligas

Muitos instrumentos musicais são feitos de bronze, um cobre de liga e zinco. Fonte: pxhere.

Talvez o zinco seja um dos metais, juntamente com o cobre, que forma as ligas mais conhecidas: bronze e ferro galvanizado. O bronze foi observado é numerosas ocasiões durante uma orquestra musical, já que o brilho dourado dos instrumentos se deve em parte ao referido cobre e liga de zinco.

O próprio zinco metálico não tem muitos usos, embora rolados. Quando uma camada deste metal é eletrodepos em outra, a primeira protege a segunda da corrosão, sendo mais suscetível a oxidação; isto é, o zinco oxida antes do ferro.

É por isso que os aços são galvanizados (eles cobrem com zinco) para aumentar sua durabilidade. Exemplos desses aços galvanizados também estão presentes no telhado "zinco" Symphine.

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Você também tem aluzinc, uma liga de alumínio-zinco usada em construções civis.

Agente redutor

O zinco é um bom agente redutor, por isso perde seus elétrons para outra espécie conquistá -los; especialmente um cátion metal. Ao tirar o pó, sua ação redutora é ainda mais rápida que a do sólido granulado.

É usado nos processos de obtenção de metais de seus minerais; como Rodio, prata, cádmio, ouro e cobre.

Da mesma forma, sua ação redutora é usada para reduzir espécies orgânicas, que podem estar envolvidas na indústria de petróleo, como benzeno e gasolina, ou na indústria farmacêutica. Por outro.

Diversos

Poeira de zinco, dada sua reatividade e combustão mais enérgica, considera o uso como um aditivo nas cabeças das partidas, em explosivos e fogos de artifício (eles ensinam flashes brancos e chamas esverdeadas).

- Compostos

Sulfureto

Assista com tinta fosforescente em agulhas e horas. Fonte: Francis Flunch [Domínio Público]

O sulfeto de zinco tem a propriedade de ser fosforescente e luminescente, por isso é usado na elaboração de tintas leves.

Óxido

A cor branca de seu óxido, como sua semi e condutividade fotográfica, é usada como pigmento e papéis de cerâmica. Além disso, está presente no talco, cosméticos, borrachas, plásticos, tecidos, medicamentos, tintas e esmaltes.

Suplemento nutricional

Nosso corpo precisa de zinco para cumprir muitas de suas funções vitais. Para adquiri -lo, ele é incorporado a alguns suplementos nutricionais na forma de óxido, gluconato ou acetato. Também está presente em cremes para aliviar queimaduras e irritações da pele, e nos xampus.

Alguns benefícios conhecidos ou associados à ingestão de zinco são:

- Melhorar o sistema imunológico.

- É um bom anti -inflamatório.

- Diminui os sintomas irritantes do resfriado comum.

- Impede os danos celulares na retina, por isso é recomendado para a visão.

- Ajuda a regular os níveis de testosterona e, da mesma forma, está associado à fertilidade dos homens, à qualidade de seus espermatozóides e ao desenvolvimento do tecido muscular.

- Regula as interações entre os neurônios cerebrais, por isso está ligado a melhorias na memória e aprendizado.

-Além disso, é eficaz no tratamento da diarréia.

Esses suplementos de zinco são alcançados no mercado como cápsulas, comprimidos ou xaropes.

Artigo biológico

Em anidrase carbônica e carboximpidase

Pensa -se que o zinco faz parte de 10% do total de enzimas do corpo humano, aproximadamente 300 enzimas. Entre eles, eles podem mencionar anidrase carbônica e carboxipeptidase.

Anhdrase carbônica, uma enzima dependente de zinco, atua no nível de tecido que catalisa a reação do dióxido de carbono com água para formar bicarbonato. Após o bicarbonato para os pulmões, a enzima reverte a reação e o dióxido de carbono é formado, que é expulso ao exterior durante a expiração.

A carboxipeptidase é uma exopeptidase que digere proteínas, liberando aminoácidos. Atos de zinco fornecendo uma carga positiva que facilita a interação da enzima com a proteína que está cavando.

Na operação da próstata

O zinco está presente em diferentes órgãos do corpo humano, mas apresenta a maior concentração na próstata e sêmen. O zinco é responsável pelo funcionamento adequado da próstata e no desenvolvimento de órgãos reprodutivos masculinos.

Dedos de zinco

O zinco intervém no metabolismo do RNA e no DNA. Os dedos de zinco (Zn-Fingers) consistem em átomos de zinco que servem como pontes de ligação entre proteínas, que juntas intervêm em várias funções.

Os dedos de zinco são úteis na leitura, escrita e transcrição do DNA. Além disso, existem hormônios que os usam em funções associadas à homeostase do crescimento em todo o corpo.

Na regulação do glutamato

O glutamato é o principal neurotransmissor excitatório no córtex cerebral e no tronco cerebral. O zinco se acumula em vesículas pré -sinápticas glutaminérgicas, intervindo na regulação do neurotransmissor glutamato e excitabilidade neuronal.

Há evidências de que uma liberação exagerada do neurotransmissor glutamato pode ter uma ação neurotóxica. Portanto, existem mecanismos que regulam sua libertação. A homeostase do zinco, portanto, desempenha um papel importante na regulação funcional do sistema nervoso.

Referências

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