Zinkgeschiedenis, eigenschappen, structuur, risico's, gebruik

Hij zink Het is een overgangsmetaal dat behoort tot groep 12 van de periodiek systeem en wordt weergegeven door het Zn -chemische symbool. Het is element nummer 24 in overvloed in de cortex van de aarde, in gesulfuriseerde mineralen, zoals het sphaleriet of koolzuurhoudend, zoals de esmitsoniet.

Het is een zeer bekend metaal in de populaire cultuur; De daken van Zink zijn een voorbeeld, net als supplementen om mannelijke hormonen te reguleren. Het is in veel voedingsmiddelen en is een essentieel element voor oneindigheden van metabole processen. Er zijn verschillende voordelen van de matige inname in vergelijking met de negatieve effecten van zijn overmaat in het lichaam.

Zinklegering dak van het Riverside Museum. Bron: Eoin [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)]

Zink is al lang bekend voordat de zilveren kleur gegalvaniseerd staal en andere metalen. Het koper, een legering van gevarieerde samenstelling van koper en zink, maakt al duizenden jaren deel uit van historische objecten. Tegenwoordig is de gouden kleur meestal getuige van enkele muziekinstrumenten.

Het is ook een metaal waarmee alkalische batterijen worden vervaardigd, omdat het verminderen van vermogen en het gemak van donatie van elektronen het een goede optie maakt als anodisch materiaal. Het belangrijkste gebruik is om staal te galvaniseren, ze te bedekken van een zink lay.

In zijn afgeleide verbindingen heeft een oxidatienummer of toestand van +2 meestal. Daarom wordt het Zn -ion overwogen²⁺ gewikkeld in moleculaire of ionische omgevingen. Terwijl de Zn²⁺ Het is een Lewis -zuur dat problemen in cellen kan veroorzaken, gecoördineerd met andere moleculen die positief interageert met enzymen en DNA.

Zink is dus een belangrijke cofactor van veel metallo-enzymen. Ondanks zijn enorme belangrijke biochemie, en de gloed van zijn flitsen en groenachtige vlammen om te verbranden, wordt het binnen de wereld van de wetenschap beschouwd als een "saai" metaal; Sindsdien missen de eigenschappen de aantrekkelijkheid van andere metalen, evenals hun smeltpunt aanzienlijk minder dan die van hen.

[TOC]

Geschiedenis

Oudheid

Zink manipuleert al duizenden jaren; Maar onopgemerkt, omdat de oude beschavingen, waaronder Perzen, Romeinen, Transilvans en Grieken, al objecten, munten en koperen wapens vervaardigden.

Daarom is messing een van de oudste legeringen die bekend zijn. Ze hebben het voorbereid van het calamine -mineraal, Zn₄Ja₂OF₇(OH)₂· H₂Of, welke gemalen en verwarmd in aanwezigheid van wol en koper.

Tijdens het proces ontsnapten de kleine hoeveelheden metalen zink die zich hadden kunnen vormen als een stoom, een feit dat jarenlang de identificatie als een chemisch element heeft vertraagd. Naarmate de eeuwen voorbijgingen, verhoogden het koper en andere legeringen hun zinkgehalte en droegen grijsachtiger.

In de veertiende eeuw, in India, waren ze er al in geslaagd metallic zink te produceren, die ze belden Jasada en ze werden op dat moment op de markt gebracht met China.

En dus konden de alchemisten het verwerven om hun experimenten uit te voeren. Het was het gerenommeerde historische karakter Paracelsus dat hem 'zinkum' noemde, mogelijk met de gelijkenis tussen de zinkkristallen met zijn tanden. Beetje bij beetje, in het midden van andere namen en verschillende culturen, eindigde de naam 'zink' uiteindelijk voor dit metaal.

Isolatie

Terwijl India al sinds de 1300 jaar metallic zink produceerde, kwam dit van de methode die calamina met wol gebruikte; Daarom was het geen metalen monster van aanzienlijke zuiverheid. William Champion verbeterde deze methode in 1738, Groot -Brittannië, met behulp van een verticale troebel oven.

In 1746 verkreeg de Duitse chemicus Andreas Sigismund Marggragra voor "eerste keer" een monster van puur zink door de calamine te verwarmen in aanwezigheid van groentekool (een beter reducerend middel dan wol), in een kom met koper met koper. Deze manier om zink te produceren ontwikkelde zich commercieel en parallel aan de kampioen.

Vervolgens werden processen ontwikkeld die eindelijk de calamine werden, in plaats daarvan met zinkoxide; dat wil zeggen, zeer vergelijkbaar met het huidige pyrometallurgische proces. De ovens verbeterden ook en kunnen hoeveelheden toenemende zink produceren.

Tot die tijd was er nog steeds geen toepassing die enorme hoeveelheden zink eiste; Maar dat veranderde met de bijdragen van Luigi Galvani en Alessandro Volta, die plaatsvonden voor het concept van galvanisatie. Volta bedacht ook wat bekend staat als galvanische cel, en al snel maakte het zink deel uit van het ontwerp van droge batterijen.

Fysische en chemische eigenschappen

Fysiek uiterlijk

Het is een grijsachtig metaal, meestal verkrijgbaar in granulatie of stof. Fysiek is het zwak, dus het is geen goede optie voor toepassingen waar u zware objecten moet ondersteunen.

Het is ook bros, hoewel wanneer het boven 100 ºC wordt verwarmd, het kneedbaar en ductiel wordt; tot 250 ºC, temperatuur waarbij het bros wordt en weer spuit.

Kan u van dienst zijn: oxácido

Molaire massa

65,38 g/mol

Atoomnummer (z)

30

Smeltpunt

419.53 ºC. Dit lage smeltpunt is indicatief voor zijn zwakke metaalbinding. Wanneer het smelt, is het een uiterlijk vergelijkbaar met die van vloeibaar aluminium.

Kookpunt

907 ºC

Zelf -richtingtemperatuur

460 ºC

Dikte

-7.14 g/ml bij kamertemperatuur

-6.57 g/ml op het smeltpunt, dat wil zeggen gewoon door te smelten of te smelten

Fusiewarmte

7.32 kJ/mol

Verdampingswarmte

115 kJ/mol

Molaire warmtecapaciteit

25.470 J/(mol · k)

Elektronegativiteit

1.65 op de Pauling -schaal

Ionisatie -energieën

-Eerst: 906,4 kJ/mol (Zn⁺ gasvormig)

-Tweede: 1733,3 kJ/mol (Zn²⁺ gasvormig)

-Derde: 3833 kJ/mol (Zn³⁺ gasvormig)

Atomaire radio

Empirisch 134 uur

Radiocovolent

122 ± 16.00 uur

Mohs hardheid

2.5. Deze waarde is aanzienlijk lager tegen de hardheid van andere overgangsmetalen, om te zeggen, de wolfraam.

Magnetische volgorde

Diamagnetisch

Warmtegeleiding

116 w/(m · k)

Elektrische weerstand

59 nω · m bij 20 ° C

Oplosbaarheid

Het is onoplosbaar in water zolang het zijn oxidelaag beschermt. Zodra dit is verwijderd door de aanval van een zuur of een basis, reageert het zink met het water om de complexe ACU te vormen₂))₆²⁺, gelegen de Zn²⁺ In het midden van een octaëder beperkt door watermoleculen.

Ontleding

Wanneer u brandt, kunt u giftige deeltjes afgeven uit lucht in lucht. In het proces wordt een groenachtige kleuring en glanzend licht waargenomen.

Chemische reacties

Reactie tussen zink en zwavel in een smeltkroes waar de groenachtige blauwe kleur van de vlammen kan worden gezien. Bron: Eoin [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/by-sa/4.0)]

Zink is een reactief metaal. Bij kamertemperatuur kan een laag oxide het niet alleen bedekken, maar naast basiscarbonaat, Zn₅(OH)₆(CO₃))₂, of zelfs sulfide, Zns. Wanneer deze laag gevarieerde samenstelling wordt vernietigd door de aanval van een zuur, reageert het metaal:

Zn (S) + H₂SW₄(AC) → Zn²⁺(AC) + SO₄²⁻(AC) + H₂(G)

Chemische vergelijking die overeenkomt met zijn reactie op zwavelzuur en:

Zn (s) + 4 hno₃(AC) → Zn (nee₃))₂(AC) + 2 Nee₂(g) + 2 H₂Of (l)

Met zoutzuur. In beide gevallen, hoewel het niet is geschreven, is de Zn -complex ACU aanwezig (oh₂))₆²⁺; Behalve als het medium basic is, neerslaan als zinkhydroxide, Zn (OH)₂:

Zn²⁺(AC) +2OH^-(AC) → Zn (OH)₂(S)

Dat is een witte, amorfe en amfoterische hydroxide, in staat om te blijven reageren met meer OH -ionen^-:

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

De Zn (oh)₄^2- Het is het zinkanion. In feite, wanneer zink reageert met zo'n sterke basis, zoals geconcentreerde NaOH, wordt het natriumzinkcomplex direct geproduceerd₂[Zn (oh₄]:

Zn (s) + 2naOH (AC) + 2H₂Of (l) → NA₂[Zn (oh₄)] (AC) +H₂(G)

Zink kan ook reageren met niet -metalen elementen, zoals halogenen in een gasvormige toestand of zwavel:

Zn (s) + i₂(g) → Zni₂(S)

Zn (s) +s (s) → Zns (s) (superieure afbeelding)

Isotopen

Zink bestaat in de natuur als vijf isotopen: ⁶⁴Zn (49,2 %), ⁶⁶Zn (27,7 %), ⁶⁸Zn (18,5 %), ⁶⁷Zn (4 %) en ⁷⁰Zn (0,62 %). De anderen zijn synthetisch en radioactief.

Elektronische structuur en configuratie

Zinkatomen kristalliseren in een compacte hexagonale structuur (HCP), hoewel vervormd product van zijn metalen binding. Valencia -elektronen die dergelijke interacties regelen, zijn volgens de elektronische configuratie die behoren tot 3D- en 4S -orbitalen:

[AR] 3D¹⁰ 4S²

Beide orbitalen zijn compleet.

Bijgevolg zijn Zn -atomen niet erg samenhangend, gemaakt in hun lage smeltpunt (419,53 ºC) in vergelijking met andere overgangsmetalen. In feite is dit een kenmerk van metalen van groep 12 (naast Mercurius en cadmium), dus soms betwijfelen ze of elementen van blok DS echt moeten worden overwogen.

Hoewel de 3D- en 4S -orbitalen vol zijn, is zink een goede elektriciteitsgeleider; Daarom kunnen hun Valencia -elektronen de rijband "springen".

Oxidatienummers

Het is onmogelijk voor zink om zijn twaalf elektronen van Valencia te verliezen of een oxidatienummer of toestand van +12 te hebben, uitgaande van het bestaan ​​van het Zn -kation¹²⁺. In plaats daarvan verliest het slechts twee van zijn elektronen; Specifiek die van de 4s orbitale, die zich op dezelfde manier gedragen als alkalineter -metalen (SR. Scholambara).

Wanneer dit gebeurt, wordt gezegd dat zink deelneemt aan de verbinding met een +2 oxidatienummer of status; dat wil zeggen, uitgaande van het bestaan ​​van het Zn -kation²⁺. In zijn oxide heeft ZnO bijvoorbeeld zink dit oxidatienummer (Zn²⁺OF^2-)). Hetzelfde geldt voor veel andere verbindingen, en denkt dat alleen Zn (II) bestaat.

Kan u van dienst zijn: butanone: structuur, eigenschappen en gebruik

Er is echter ook Zn (I) of Zn⁺, die slechts een van de elektronen van de 4s orbitaal heeft verloren. Een ander mogelijk oxidatienummer voor zink is 0 (Zn⁰), waar hun neutrale atomen interageren met gasvormige of organische moleculen. Daarom kan het verschijnen als Zn²⁺, Zn⁺ of Zn⁰.

Hoe wordt het verkregen

Grondstof

Mineraalsteekproef uit Roemenië. Bron: James St. John [CC door 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licenties/door/2.0)]

Zink is in positienummer vierentwintig van de meest voorkomende elementen van de cortex van de aarde. Het wordt meestal aangetroffen in zwavelmineralen, verdeeld over de breedte van de planeet.

Om het metaal in zijn pure vorm te verkrijgen, is het eerst nodig om de rotsen in ondergrondse tunnels te verzamelen en de zink -rijke mineralen te concentreren, die de ware grondstof vertegenwoordigen.

Onder die mineralen kan worden vermeld: Sphalerite of Wurzita (Zns), Fifties (ZnO), Willemita (Zn₂SIO₄), Esmitsonita (Znco₃) en Gahnita (Znal₂OF₄)). De spheny is veruit de belangrijkste bron van zink.

Verkalking

Zodra het mineraal is geconcentreerd na een proces van flotatie en zuivering van de rotsen, moet het worden berekend om de sulfiden in hun respectieve te transformeren. In deze stap warmt het mineraal eenvoudig op in aanwezigheid van zuurstof, waardoor de volgende chemische reactie wordt ontwikkeld:

2 Zns (S) + 3 O₂(g) → 2 ZnO (s) + 2 dus₂(G)

De zo₂ reageert ook met zuurstof om dat te genereren₃, Verbinding voor zwavelzuursynthese.

Nadat de ZnO is verkregen, kan dit worden ingediend bij een pyrometallurgisch proces, of aan een elektrolyse, waarbij het eindresultaat de vorming van metaalzink is.

Pyrometallurgisch proces

ZnO wordt verminderd met behulp van steenkool (mineraal of Coque) of koolmonoxide:

2 ZnO (S) + C (S) → 2 Zn (G) + CO₂(G)

ZnO (s) + co (g) → Zn (g) + co₂(G)

De moeilijkheid waarmee dit proces wordt geconfronteerd, is het genereren van gaszink, volgens het lage kookpunt, dat wordt overschreden door de hoge temperaturen van de oven. Dat is de reden waarom zinkdampen moeten worden gedistilleerd en gescheiden van andere gassen, terwijl hun kristallen op gesmolten lood worden gecondenseerd.

Elektrolytisch proces

Van de twee verkrijgmethoden is dit de meest gebruikte wereldwijd. De ZnO reageert met verdund zwavelzuur op het uitloging van zinkionen zoals hun sulfaatzout:

ZnO (S) + H₂SW₄(AC) → ZnSo₄(AC) + H₂Of (l)

Ten slotte is deze oplossing elektrolys om het metalen zink te genereren:

2 ZnSo₄(AC) + 2 H₂Of (l) → 2 Zn (s) + 2 H₂SW₄(AC) + of₂(G)

Risico's

In het subdeel van chemische reacties werd vermeld dat waterstofgas een van de belangrijkste producten is wanneer zink reageert met water. Daarom moet het in een metalen toestand correct worden opgeslagen en buiten het bereik van zuren, basen, water, zwavel of een warmtebron; Anders loopt het risico op brandweer.

Hoe beter het zink meer verdeeld is, hoe groter het risico op brand of zelfs explosie.

Voor de rest, zolang de temperatuur niet dicht bij 500 ° C is, vertegenwoordigt de vaste of gegranuleerde vorm geen gevaar. Als het wordt bedekt door een oxidelaag, kan het worden gemanipuleerd met kale handen, omdat het niet reageert met hun vochtigheid; Zoals elke vaste stof is het echter irritant voor ogen en luchtwegen.

Hoewel zink onmisbaar is voor de gezondheid, kan een overtollige dosis de volgende symptomen of laterale effecten veroorzaken:

- Misselijkheid, braken, indigestie, hoofdpijn en maag of diarree.

- Verspreidt koper en ijzer tijdens de absorptie in de darm, wat wordt weerspiegeld in groeiende zwakke punten in de ledematen.

- Nierberekeningen.

- Verlies van het reukvermogen.

Toepassingen

- Metaal

Legeringen

Veel muziekinstrumenten zijn gemaakt van koper, een legeringkoperen en zink. Bron: Pxhere.

Misschien is zink een van de metalen, samen met koper, die de bekendste legeringen vormt: messing en gegalvaniseerd ijzer. Het messing is waargenomen, is talloze gelegenheden tijdens een muzikaal orkest, omdat de gouden helderheid van de instrumenten deels te wijten is aan die koper- en zinklegering.

Metallic zink zelf heeft niet te veel toepassingen, hoewel gerold. Wanneer een laag van dit metaal elektrodepos op een andere is, beschermt de eerste de tweede tegen corrosie door gevoeliger te zijn voor oxideren; dat wil zeggen, zink oxideert vóór ijzer.

Dat is de reden waarom staal wordt gegalvaniseerd (ze bedekken met zink) om hun duurzaamheid te vergroten. Voorbeelden van deze gegalvaniseerde staal zijn ook aanwezig in "zink" daksymphine.

Kan u van dienst zijn: chromatogram

Je hebt ook Aluzinc, een aluminiumzinclegering die wordt gebruikt in civiele constructies.

Reduceren

Zink is een goed reductiemiddel, dus verliest het zijn elektronen voor een andere soort om ze te winnen; Vooral een metalen kation. Bij het afstoffen van de reducerende werking is zelfs sneller dan die van de granuleerde vaste stof.

Het wordt gebruikt in de processen van het verkrijgen van metalen uit zijn mineralen; zoals Rodio, zilver, cadmium, goud en koper.

Evenzo wordt de reducerende actie gebruikt om organische soorten te verminderen, die mogelijk betrokken zijn bij de olie -industrie, zoals benzeen en benzine, of in de farmaceutische industrie. Aan de andere kant vindt zinkstof ook de toepassing in de alkalische batterijen van zink-manganese dioxide.

Gemengd

Zinkstof gezien zijn reactiviteit en meer energieke verbranding, vindt gebruik als een additief in de hoofden van de wedstrijden, in explosieven en vuurwerk (ze leren witte flitsen en groenachtige vlammen).

- Verbindingen

Sulfide

Bekijk met fosforescerende verf in naalden en uren. Bron: Francis Flinch [Public Domain]

Zinksulfide heeft de eigenschap fosforescerend en luminescerend, dus het wordt gebruikt bij de uitwerking van lichte verf.

Oxyde

De witte kleur van zijn oxide, net als zijn semi- en fotogeleidbaarheid, wordt gebruikt als een keramisch pigment en artikelen. Bovendien is het aanwezig in de talk, cosmetica, rubbers, kunststoffen, stoffen, medicijnen, inkten en emaille.

Voedingssupplement

Ons lichaam heeft zink nodig om veel van zijn vitale functies te vervullen. Om het te verwerven, is het opgenomen in sommige voedingssupplementen in de vorm van oxide, gluconaat of acetaat. Het is ook aanwezig in crèmes om brandwonden en huidirritaties te verlichten, en in de shampussen.

Sommige bekende of bijbehorende voordelen met zinkinname zijn:

- Verbeter het immuunsysteem.

- Het is een goede ontstekingsremmende.

- Vermindert de vervelende symptomen van de verkoudheid.

- Voorkomt celschade in het netvlies, dus het wordt aanbevolen voor het gezichtsvermogen.

- Het helpt de testosteronniveaus te reguleren en wordt ook geassocieerd met de vruchtbaarheid van mannen, de kwaliteit van hun sperma en de ontwikkeling van spierweefsel.

- Reguleert interacties tussen hersenneuronen, dus het is gekoppeld aan verbeteringen in geheugen en leren.

-En bovendien is het effectief bij de behandeling van diarree.

Deze zinksupplementen worden op de markt bereikt als capsules, tabletten of siropen.

Biologisch papier

In koolhydrase en carboxympidase en carboxympidase

Er wordt gedacht dat zink deel uitmaakt van 10% van de totale enzymen van het menselijk lichaam, ongeveer 300 enzymen. Onder hen kunnen ze koolstofanhydrase en carboxipeptidase noemen.

Koolstofanhydrase, een zinkafhankelijk enzym, werkt op het weefselniveau dat de reactie van kooldioxide met water katalyseert om bicarbonaat te vormen. Op bicarbonaat naar de longen, keert het enzym de reactie om en wordt koolstofdioxide gevormd, die tijdens het verstrijken in het buitenland wordt uitgezet.

Carboxipeptidase is een exopeptidase dat eiwitten verteert en aminozuren vrijgeeft. Zink werkt door een positieve belasting te bieden die de interactie van het enzym vergemakkelijkt met het eiwit dat graaft.

Bij prostaatbewerking

Zink is aanwezig in verschillende organen van het menselijk lichaam, maar presenteert de grootste concentratie in de prostaat en sperma. Zink is verantwoordelijk voor het juiste functioneren van prostaat en bij de ontwikkeling van mannelijke reproductieve organen.

Zinkvingers

Zink grijpt tussenbeide in RNA -metabolisme en DNA. Zinkvingers (Zn-vingers) bestaan ​​uit zinkatomen die dienen als bindende bruggen tussen eiwitten, die samen in verschillende functies ingrijpen.

Zinkvingers zijn nuttig bij het lezen, schrijven en transcriptie van DNA. Bovendien zijn er hormonen die ze gebruiken in functies die zijn geassocieerd met groei -homeostase in het hele lichaam.

In glutamaatregulering

Glutamaat is de belangrijkste exciterende neurotransmitter in de hersenschors en in de hersenstam. Zink accumuleert in glutaminerge presynaptische blaasjes, die ingrijpen in de regulatie van neurotransmitter glutamaat en neuronale prikkelbaarheid.

Er zijn aanwijzingen dat een overdreven afgifte van de neurotransmitter glutamaat een neurotoxische werking kan hebben. Daarom zijn er mechanismen die hun bevrijding reguleren. Zinkhomeostase speelt dus een belangrijke rol in de functionele regulatie van het zenuwstelsel.

Referenties

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (Vierde druk). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Zink. Opgehaald uit: in.Wikipedia.borg
3. Michael Pilgaard. (16 juli 2016). Zink: chemische reacties. Hersteld van: PilgaAardelegs.com
4. Nationaal centrum voor biotechnologie -informatie. (2019). Zink. PubChem -database. CID = 23994. Hersteld van: pubchem.NCBI.NLM.NIH.Gov
5. Wojes Ryan. (25 juni 2019). De eigenschappen en gebruik van zinkmetaal. Hersteld van: Thalance.com
6. Dhr. Kevin A. Boudaux. (S.F.)). Zink + zwavel. Hersteld van: Angelo.Edu
7. Alan W. Richards. (12 april 2019). Zinkverwerking. Encyclopædia Britannica. Hersteld van: Britannica.com
8. Zuiverheid zinkmetalen. (2015). Industrieaanvragen. Hersteld van: purityzinc.com
9. Nordqvist, J. (5 december 2017). Wat zijn de gezondheidsvoordelen van zink? Medisch nieuws vandaag. Hersteld van: MedicalNewstody.com