Il 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 crosta terrestre, che si trova nei minerali di zolfo, come la sfalerite, o nei carbonati, come la smitsonite..
È un metallo molto conosciuto nella cultura popolare; I tetti di zinco sono un esempio, così come gli integratori per regolare gli ormoni maschili. Si trova in molti alimenti ed è un elemento essenziale per innumerevoli processi metabolici. Ci sono diversi vantaggi della sua assunzione moderata rispetto agli effetti negativi del suo eccesso nel corpo.
Lo zinco era conosciuto molto prima dei suoi acciai zincati color argento e altri metalli. L'ottone, una lega di varia composizione di rame e zinco, fa parte degli oggetti storici da migliaia di anni. Oggi il suo colore dorato si vede solitamente in alcuni strumenti musicali.
Allo stesso modo, è un metallo con cui sono realizzate le batterie alcaline, poiché il suo potere riducente e la facilità di donare elettroni lo rendono una buona opzione come materiale anodico. Il suo utilizzo principale è quello di zincare gli acciai, coprendoli con uno strato di zinco che si ossida o si sacrifica per evitare che il ferro sottostante si corroda successivamente..
Nei suoi composti derivati, ha quasi sempre un numero di ossidazione o uno stato di +2. Pertanto, lo ione Zn è consideratoDue+ avvolto in ambienti molecolari o ionici. Mentre ZnDue+ è un acido di Lewis che può causare problemi all'interno delle cellule, coordinato con altre molecole, interagisce positivamente con enzimi e DNA.
Pertanto, lo zinco è un cofattore importante per molti metalloenzimi. Nonostante la sua enorme importanza biochimica e la brillantezza dei suoi lampi verdastri e delle fiamme quando brucia, nel mondo della scienza è considerato un metallo "noioso"; poiché le sue proprietà mancano dell'attrattiva di altri metalli, così come il suo punto di fusione è notevolmente inferiore al loro.
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Lo zinco è stato manipolato per migliaia di anni; ma in modo inosservato, poiché antiche civiltà, tra cui Persiani, Romani, Transilvani e Greci, realizzavano già oggetti, monete e armi in ottone.
Pertanto, l'ottone è una delle leghe più antiche conosciute. L'hanno preparato dalla calamina minerale, Zn4sìDueO7(OH)DueHDueOppure, che hanno macinato e riscaldato in presenza di lana e rame.
Durante il processo, le piccole quantità di zinco metallico che potrebbero essersi formate sono sfuggite sotto forma di vapore, un fatto che ha ritardato per anni la sua identificazione come elemento chimico. Col passare dei secoli, l'ottone e altre leghe aumentavano il loro contenuto di zinco, assumendo un aspetto più grigiastro.
Nel XIV secolo, in India, erano già riusciti a produrre zinco metallico, che chiamavano Jasada e lo hanno commercializzato in quel momento con la Cina.
E così gli alchimisti hanno potuto acquisirlo per svolgere i loro esperimenti. Fu il famoso personaggio storico Paracelso a chiamarlo "zincum", forse per la somiglianza tra cristalli di zinco e denti. A poco a poco, in mezzo ad altri nomi e varie culture, il nome 'zinco' finì per coagulare per questo metallo.
Sebbene l'India producesse già zinco metallico dal 1300, questo proveniva dal metodo che utilizzava la calamina con la lana; quindi, non era un campione metallico di notevole purezza. William Champion migliorò questo metodo nel 1738, in Gran Bretagna, utilizzando un forno a storta verticale.
Nel 1746 il chimico tedesco Andreas Sigismund Marggraf ottenne per la "prima volta" un campione di zinco puro riscaldando la calamina in presenza di carbone (un agente riducente migliore della lana), all'interno di un contenitore con rame. Questo modo di produrre zinco sviluppato commercialmente e parallelamente a quello di Champion.
Successivamente, sono stati sviluppati processi che alla fine sono diventati indipendenti dalla calamina, utilizzando invece ossido di zinco; in altre parole, molto simile all'attuale processo pirometallurgico. Anche i forni sono migliorati, riuscendo a produrre quantità crescenti di zinco..
Fino ad allora, non c'erano ancora applicazioni che richiedessero enormi quantità di zinco; ma le cose sono cambiate con il contributo di Luigi Galvani e Alessandro Volta, che hanno dato il via al concetto di galvanizzazione. Volta ha anche inventato quella che è nota come cella galvanica e lo zinco è stato presto parte della progettazione delle celle a secco..
È un metallo grigiastro, solitamente disponibile in forma granulare o in polvere. Fisicamente è debole, quindi non è una buona opzione per le applicazioni in cui deve supportare oggetti pesanti.
Allo stesso modo è fragile, anche se riscaldato sopra i 100 ºC diventa malleabile e duttile; fino a 250 ºC, alla quale la temperatura diventa friabile e nuovamente spruzzabile.
65,38 g / mol
30
419,53 ° C. Questo basso punto di fusione è indicativo del suo debole legame metallico. Quando fuso ha un aspetto simile all'alluminio liquido.
907 ºC
460 ºC
-7,14 g / mL a temperatura ambiente
-6,57 g / mL al punto di fusione, cioè proprio quando si scioglie o fonde
7,32 kJ / mol
115 kJ / mol
25.470 J / (mol K)
1,65 della scala Pauling
-Primo: 906,4 kJ / mol (Zn+ gassoso)
-Secondo: 1733,3 kJ / mol (ZnDue+ gassoso)
-Terzo: 3833 kJ / mol (Zn3+ gassoso)
134 empirico pm
122 ± 4 pm
2.5. Questo valore è notevolmente inferiore rispetto alla durezza di altri metalli di transizione, cioè il tungsteno..
Diamagnetico
116 W / (m · K)
59 nΩm a 20 ° C
È insolubile in acqua fintanto che il suo strato di ossido lo protegge. Una volta che questo viene rimosso dall'attacco di un acido o di una base, lo zinco finisce per reagire con l'acqua per formare il complesso acquoso, Zn (OHDue)6Due+, localizzare lo ZnDue+ al centro di un ottaedro delimitato da molecole d'acqua.
Quando brucia, può rilasciare particelle tossiche di ZnO nell'aria. Nel processo, si osservano una fiamma verdastra e una luce incandescente.
Lo zinco è un metallo reattivo. A temperatura ambiente può essere ricoperto non solo da uno strato di ossido, ma anche da carbonato basico, Zn5(OH)6(CO3)Due, o anche zolfo, ZnS. Quando questo strato di varia composizione viene distrutto dall'attacco di un acido, il metallo reagisce:
Zn (s) + HDueSW4(ac) → ZnDue+(ac) + SO42−(ac) + HDue(g)
Equazione chimica corrispondente alla sua reazione con acido solforico e:
Zn (s) + 4 HNO3(ac) → Zn (NO3)Due(ac) + 2 NODue(g) + 2 HDueO (l)
Con acido cloridrico. In entrambi i casi, sebbene non scritto, il complesso acquoso Zn (OHDue)6Due+; tranne se il mezzo è basico, poiché precipita come idrossido di zinco, Zn (OH)Due:
ZnDue+(aq) + 2OH-(ac) → Zn (OH)Due(S)
Che è un idrossido bianco, amorfo e anfotero, in grado di continuare a reagire con più ioni OH-:
Zn (OH)Due(S) + 2OH-(ac) → Zn (OH)4Due-(AC)
Zn (OH)4Due- è l'anione zincato. Infatti, quando lo zinco reagisce con una base così forte, come NaOH concentrato, il complesso zincato di sodio, NaDue[Zn (OH4]:
Zn (s) + 2NaOH (aq) + 2HDueO (l) → NaDue[Zn (OH4)] (aq) + HDue(g)
Allo stesso modo, lo zinco può reagire con elementi non metallici, come gli alogeni allo stato gassoso o lo zolfo:
Zn (s) + IDue(g) → ZnIDue(S)
Zn (s) + S (s) → ZnS (s) (immagine in alto)
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.
Gli atomi di zinco cristallizzano in una struttura esagonale compatta ma distorta (hcp), un prodotto del loro legame metallico. Gli elettroni di valenza che governano tali interazioni sono, secondo la configurazione elettronica, quelli appartenenti agli orbitali 3d e 4s:
[Ar] 3d10 4sDue
Entrambi gli orbitali sono completamente riempiti di elettroni, quindi la loro sovrapposizione non è molto efficace, anche quando i nuclei di zinco esercitano su di essi una forza attrattiva..
Di conseguenza, gli atomi di Zn non sono molto coesivi, un fatto che si riflette nel loro basso punto di fusione (419,53 ºC) rispetto ad altri metalli di transizione. In effetti, questa è una caratteristica dei metalli del gruppo 12 (insieme a mercurio e cadmio), quindi a volte si chiedono se debbano davvero essere considerati elementi del blocco d.
Sebbene gli orbitali 3d e 4s siano pieni, lo zinco è un buon conduttore di elettricità; quindi, i suoi elettroni di valenza possono "saltare" alla banda di conduzione.
È impossibile per lo zinco perdere i suoi dodici elettroni di valenza o avere un numero di ossidazione o uno stato di +12, assumendo l'esistenza del catione Zn.12+. Invece, perde solo due dei suoi elettroni; nello specifico quelli dell'orbitale 4s, comportandosi in modo simile ai metalli alcalino terrosi (Sig.Becambara).
Quando ciò accade, si dice che lo zinco partecipi al composto con un numero di ossidazione o stato di +2; cioè, assumendo l'esistenza del catione ZnDue+. Ad esempio, nel suo ossido, ZnO, lo zinco ha questo numero di ossidazione (ZnDue+ODue-). Lo stesso vale per molti altri composti, arrivando a pensare che esiste solo Zn (II).
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 suoi atomi neutri interagiscono con molecole gassose o organiche. Pertanto, può essere presentato come ZnDue+, Zn+ o Zn0.
Lo zinco si trova nella 24a posizione degli elementi più abbondanti nella crosta terrestre. Si trova generalmente nei minerali di zolfo, distribuiti in tutto il pianeta.
Per ottenere il metallo nella sua forma pura, è necessario prima raccogliere le rocce situate in cunicoli sotterranei e concentrare i minerali ricchi di zinco, che rappresentano la vera materia prima..
Questi minerali includono: sfalerite o wurzite (ZnS), zincite (ZnO), willemite (ZnDuesì4), smitsonite (ZnCO3) e gahnite (ZnAlDueO4). La sfalerite è di gran lunga la principale fonte di zinco.
Una volta concentrato il minerale dopo un processo di flottazione e purificazione delle rocce, deve essere calcinato per trasformare i solfuri nei rispettivi solfuri. In questa fase il minerale viene semplicemente riscaldato in presenza di ossigeno, sviluppando la seguente reazione chimica:
2 ZnS (s) + 3 ODue(g) → 2 ZnO (s) + 2 SODue(g)
Il SODue reagisce anche con l'ossigeno per generare SO3, composto destinato alla sintesi dell'acido solforico.
Una volta ottenuto lo ZnO, può subire sia un processo pirometallurgico, sia elettrolisi, dove il risultato finale è la formazione di zinco metallico..
ZnO viene ridotto utilizzando carbone (minerale o coke) o monossido di carbonio:
2 ZnO (s) + C (s) → 2 Zn (g) + CODue(g)
ZnO (s) + CO (g) → Zn (g) + CODue(g)
La difficoltà affrontata da questo processo è la generazione di zinco gassoso, dovuto al 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 si condensano sul piombo fuso..
Dei due metodi di raccolta, questo è il più utilizzato a livello mondiale. ZnO reagisce con acido solforico diluito per lisciviare gli ioni di zinco come il suo sale solfato:
ZnO (s) + HDueSW4(ac) → ZnSO4(ac) + HDueO (l)
Infine questa soluzione viene elettrolizzata per generare zinco metallico:
2 ZnSO4(ac) + 2 HDueO (l) → 2 Zn (s) + 2 HDueSW4(ac) + ODue(g)
Nella sottosezione sulle reazioni chimiche è stato menzionato che l'idrogeno gassoso è uno dei prodotti principali quando lo zinco reagisce con l'acqua. Ecco perché, allo stato metallico, deve essere adeguatamente conservato e fuori dalla portata di acidi, basi, acqua, zolfo o qualsiasi fonte di calore; in caso contrario, c'è il rischio di incendio.
Più fine è lo zinco suddiviso, maggiore è il rischio di incendio o addirittura di esplosione..
Diversamente, fintanto che la temperatura non è prossima a 500 ºC, la sua forma solida o granulare non rappresenta alcun pericolo. Se è ricoperto da uno strato di ossido può essere maneggiato a mani nude, poiché non reagisce con la loro umidità; tuttavia, come qualsiasi solido, è irritante per gli occhi e il tratto respiratorio.
Sebbene lo zinco sia essenziale per la salute, una dose eccessiva può causare i seguenti sintomi o effetti collaterali:
- Nausea, vomito, indigestione, mal di testa e dolori di stomaco o diarrea.
- Sposta il rame e il ferro durante l'assorbimento dall'intestino, il che si riflette nell'aumento della debolezza degli arti.
- Calcoli renali.
- Perdita dell'olfatto.
Forse lo zinco è uno dei metalli, insieme al rame, che forma le leghe più popolari: ottone e ferro zincato. Gli ottoni sono stati osservati in numerose occasioni durante un'orchestra musicale, poiché il bagliore dorato degli strumenti è dovuto in parte a detta lega di rame e zinco..
Lo stesso zinco metallico non ha molti usi, sebbene arrotolato serva da anodo per le celle a secco e in polvere è inteso come agente riducente. Quando uno strato di questo metallo viene elettrodeposto su un altro, il primo protegge quest'ultimo dalla corrosione essendo più suscettibile all'ossidazione; cioè, lo zinco si ossida prima del ferro.
Ecco perché gli acciai sono zincati (rivestiti di zinco) per aumentarne la durata. Esempi di questi acciai zincati sono presenti anche in infiniti tetti di “zinco”, alcuni dei quali vengono con una mano di vernice verde, e in carrozzerie di autobus, utensili domestici e ponti sospesi..
Esiste anche l'aluzinc, una lega di alluminio-zinco utilizzata nelle costruzioni civili..
Lo zinco è un buon agente riducente, quindi perde i suoi elettroni per farne guadagnare un'altra specie; soprattutto un catione metallico. Quando in polvere, la sua azione riducente è ancora più veloce di quella dei granuli solidi..
Viene utilizzato nei processi di ottenimento di metalli dai loro minerali; come rodio, argento, cadmio, oro e rame.
Allo stesso modo, la sua azione riducente viene utilizzata per ridurre le specie organiche, che possono essere coinvolte nell'industria petrolifera, come il benzene e la benzina, o nell'industria farmaceutica. D'altra parte, la polvere di zinco trova applicazione anche nelle batterie alcaline zinco-biossido di manganese..
La polvere di zinco, data la sua reattività e la combustione più energica, trova impiego come additivo nelle teste dei fiammiferi, negli esplosivi e nei fuochi d'artificio (impartiscono bagliori bianchi e fiamme verdastre)..
Il solfuro di zinco ha la proprietà di essere fosforescente e luminescente, motivo per cui viene utilizzato nella produzione di pitture luminose..
Il colore bianco del suo ossido, così come la sua semiconduttività e foto conduttività, è utilizzato come pigmento in ceramica e carta. Inoltre, è presente in talco, cosmetici, gomme, plastica, tessuti, medicinali, inchiostri e smalti..
Il nostro corpo ha bisogno di zinco per svolgere molte delle sue funzioni vitali. Per acquisirlo, viene incorporato in alcuni integratori alimentari sotto forma di ossido, gluconato o acetato. È presente anche nelle creme per alleviare ustioni e irritazioni cutanee e negli shampoo.
Alcuni benefici noti o associati all'assunzione di zinco sono:
- Migliora il sistema immunitario.
- È un buon antinfiammatorio.
- Riduce i fastidiosi sintomi del comune raffreddore.
- Previene il danno cellulare nella retina, quindi è consigliato per la visione.
- Aiuta a regolare i livelli di testosterone ed è anche associato alla fertilità degli uomini, alla qualità del loro sperma e allo sviluppo del tessuto muscolare..
- Regola le interazioni tra i neuroni del cervello, motivo per cui è collegato a miglioramenti nella memoria e nell'apprendimento.
-Inoltre, è efficace nel trattamento della diarrea.
Questi integratori di zinco sono disponibili in commercio sotto forma di capsule, compresse o sciroppi..
Si pensa che lo zinco faccia parte del 10% degli enzimi totali nel corpo umano, circa 300 enzimi. Tra questi si possono citare l'anidrasi carbonica e la carbossipeptidasi..
L'anidrasi carbonica, un enzima dipendente dallo zinco, agisce a livello del tessuto catalizzando la reazione dell'anidride carbonica con l'acqua per formare il bicarbonato. Quando il bicarbonato raggiunge i polmoni, l'enzima inverte la reazione e si forma anidride carbonica, che viene espulsa all'esterno durante l'espirazione.
La carbossipeptidasi è una esopeptidasi che digerisce le proteine, rilasciando aminoacidi. Lo zinco agisce fornendo una carica positiva che facilita l'interazione dell'enzima con la proteina che sta digerendo..
Lo zinco è presente in diversi organi del corpo umano, ma ha la più alta concentrazione nella prostata e nello sperma. Lo zinco è responsabile del corretto funzionamento della prostata e dello sviluppo degli organi riproduttivi maschili.
Lo zinco è coinvolto nel metabolismo dell'RNA e del DNA. Le dita di zinco (Zn-dita) sono costituite da atomi di zinco che fungono da ponti tra le proteine, che insieme sono coinvolte in varie funzioni.
Le dita di zinco sono utili per leggere, scrivere e trascrivere il DNA. Inoltre, ci sono ormoni che li utilizzano nelle funzioni associate all'omeostasi della crescita in tutto il corpo..
Il glutammato è il principale neurotrasmettitore eccitatorio nella corteccia cerebrale e nel tronco cerebrale. Lo zinco si accumula nelle vescicole presinaptiche glutaminergiche, intervenendo nella regolazione del rilascio del neurotrasmettitore glutammato e nell'eccitabilità neuronale.
Ci sono prove che un rilascio esagerato del neurotrasmettitore glutammato può avere un'azione neurotossica. Pertanto, ci sono meccanismi che regolano il suo rilascio. L'omeostasi dello zinco gioca quindi un ruolo importante nella regolazione funzionale del sistema nervoso..
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