História zinku, vlastnosti, štruktúra, riziká, použitie

On zinok Je to prechodný kov, ktorý patrí do skupiny 12 periodickej tabuľky a je reprezentovaný chemickým symbolom Zn. Je to číslo prvku 24 v hojnosti v zemskej kôre, ktorá je v sírnych mineráloch, ako je sfalerit alebo sýtený, ako je napríklad esmitonit.

Je to vysoko známy kov v populárnej kultúre; Strechy zinku sú príkladom, rovnako ako doplnky na reguláciu mužských hormónov. Je to v mnohých potravinách a je nevyhnutným prvkom pre nekonečné metabolické procesy. V porovnaní s negatívnymi účinkami jeho nadbytku v tele má niekoľko výhod jeho mierneho príjmu.

Zinok strecha múzea Riverside. Zdroj: EOIN [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)]

Zinok je známy už dávno pred svojimi striebornými galvanovanými oceľami a inými kovmi. Mosadz, zliatina rozmanitého zloženia medi a zinku, je súčasťou historických predmetov tisíce rokov. Dnes je jeho zlatá farba zvyčajne svedkom niektorých hudobných nástrojov.

Je to tiež kov, s ktorým sa vyrábajú alkalické batérie, pretože jeho redukčný výkon a ľahké darovanie elektrónov z neho robí dobrú voľbu ako anodický materiál. Jeho hlavné použitie je na povzbudenie ocelí a zakrývajúc ich zinok.

Vo svojich derivátových zlúčeninách má obvykle oxidačné číslo alebo stav +2. Preto sa zvažuje ión Zn²⁺ Zabalené v molekulárnych alebo iónových prostrediach. Zatiaľ čo Zn²⁺ Je to Lewisová kyselina, ktorá môže spôsobiť problémy v bunkách, koordinované s inými molekulami pozitívne interaguje s enzýmami a DNA.

Zinok je teda dôležitým kofaktorom mnohých metalo-enzýmov. Napriek svojej obrovskej dôležitej biochémii a žiare jej zábleskov a zelenkavých plameňov, ktoré sa majú horieť, sa vo svete vedy považuje za „nudný“ kov; Pretože jeho vlastnosti chýbajú atraktívnosť iných kovov, ako aj bod topenia je podstatne menší ako ich.

[TOC]

História

Starovek

Zinok manipuluje tisíce rokov; Ale bez povšimnutia, pretože starodávne civilizácie, vrátane Peržanov, Rimanov, transilvanov a Grékov, už vyrábali predmety, mince a mosadzné zbrane.

Preto je mosadz jednou z najstarších zliatin, ktoré sú známe. Pripravili to z minerálu kalamínu, Zn₄Jo₂Ani₇(Oh)₂· H₂Alebo, ktoré sa uzemňujú a zahreje sa v prítomnosti vlny a medi.

Počas tohto procesu malé množstvá kovového zinku, ktoré sa mohlo vytvoriť. Ako storočia prešli, mosadz a iné zliatiny zvyšovali svoj obsah zinku a nosil viac sivejšieho.

V štrnástom storočí v Indii sa už podarilo vyrábať kovový zinok, ktorý nazvali Jasada a boli v tom čase predávané s Čínou.

A tak ho alchymisti mohli získať, aby vykonávali svoje experimenty. Bol to renomovaný historický charakter Paracelsus, ktorý ho nazval „zincum“, pravdepodobne k podobnosti medzi zinkovými kryštálmi so zubami. Postupne, uprostred iných mien a niekoľkých kultúr, názov „Zinok“ skončil zrážaním sa pre tento kov.

Izolácia

Zatiaľ čo India už vyrábala kovový zinok už od 1300 rokov, pochádza z metódy použitej kalaminy s vlnou; Preto to nebola vzorka značnej čistoty kovu. William Champion vylepšil túto metódu v roku 1738, Veľká Británia, pomocou vertikálnej zakalenej rúry.

V roku 1746 nemecký chemik Andreas Sigismund Marggrara získal pre „prvýkrát“ vzorku čistého zinku z zahrievania kalamínu v prítomnosti rastlinného uhlia (lepšie redukčné činidlo ako vlna), vo vnútri misky s meďou. Tento spôsob výroby zinku vyvinutý komerčne a paralelne s majstrom.

Potom boli vyvinuté procesy, ktoré sa nakoniec stali kalamínom, namiesto toho pomocou oxidu zinočnatého; to znamená veľmi podobné súčasnému pyrometalurgickému procesu. Pecy sa tiež zlepšili a sú schopné produkovať množstvo zvyšujúceho sa zinku.

Dovtedy ešte stále nebolo žiadna žiadosť, ktorá by si vyžadovala obrovské množstvo zinku; Ale to sa zmenilo s príspevkami Luigi Galvanani a Alessandra Volta, ktorí ustúpili koncepcii galvanizácie. Volta tiež navrhla to, čo je známe ako galvanická bunka, a čoskoro bol zinok súčasťou dizajnu suchých batérií.

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Fyzický vzhľad

Je to sivý kov, zvyčajne k dispozícii v granulovanom alebo prachu. Fyzicky je to slabé, takže nepredstavuje dobrú voľbu pre aplikácie, v ktorých by ste mali podporovať ťažké objekty.

Je tiež krehký, hoci keď sa zahrieva nad 100 ° C, stáva sa poddajným a ťažkým; Až 250 ° C, teplota, pri ktorej sa stáva krehkou a znova nastrieka.

Môže vám slúžiť: Oxácido

Molárna hmota

65,38 g/mol

Atómové číslo (z)

30

Bod topenia

419,53 ° C. Tento nízky bod topenia svedčí o jeho slabej kovovej väzbe. Keď sa topí, má vzhľad podobný vzhľadu na tekutý hliník.

Bod varu

907 ° C

Teplota

460 ° C

Hustota

-7,14 g/ml pri teplote miestnosti

-6,57 g/ml v bode topenia, to znamená iba topením alebo topením

Fúzne teplo

7,32 kj/mol

Odparovanie

115 kJ/mol

Kapacita moláru

25.470 J/(mol · k)

Elektronegativita

1,65 v Pauling Scale

Ionizačné energie

-Prvé: 906,4 kJ/mol (Zn⁺ plyn)

-Po druhé: 1733,3 kJ/mol (Zn²⁺ plyn)

-Tretie: 3833 kJ/mol (Zn³⁺ plyn)

Atómové rádio

Empirické 134 hod

Kovalentný rádio

122 ± 4 pm

Mohs tvrdosť

2.5. Táto hodnota je podstatne nižšia oproti tvrdosti iných prechodných kovov, napríklad volfrámu.

Magnetický poriadok

Diamagnetický

Tepelná vodivosť

116 w/(m · k)

Elektrický odpor

59 NΩ · m pri 20 ° C

Rozpustnosť

Je nerozpustný vo vode, pokiaľ ju chráni jej oxidová vrstva. Akonáhle je to odstránené útokom kyseliny alebo bázy, zinok končí reagovaním vodou, aby sa vytvoril komplexný ACU₂)₆²⁺, Nachádza sa Zn²⁺ V strede oktaedronu obmedzeného molekulami vody.

Rozklad

Pri popáleninách môžete uvoľniť toxické častice zo vzduchu vo vzduchu. V tomto procese sa pozoruje zelenkavú sfarbenie a žiariace svetlo.

Chemické reakcie

Reakcia medzi zinkom a síry vo vnútri téglika, kde je možné vidieť zelenkavú modrú farbu plameňov. Zdroj: EOIN [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/By-SA/4.0)]

Zinok je reaktívny kov. Pri teplote miestnosti ju môže vrstva oxidu nielen pokryť, ale okrem základného uhličitanu, Zn₅(Oh)₆(CO₃)₂, Alebo dokonca sulfid, Zns. Ak je táto vrstva rozmanitého zloženia zničená útokom kyseliny, kov reaguje:

Zn (s) + h₂SW₄(Ac) → Zn²⁺(Ac) + So₄^2-(Ac) + h₂g)

Chemická rovnica zodpovedajúca jej reakcii na kyselinu sírovú a:

Zn (s) + 4 hno₃(ac) → Zn (nie₃)₂(Ac) + 2 nie₂g) + 2 h₂Alebo (l)

S kyselinou chlorovodíkovou. V obidvoch prípadoch, hoci nie je napísaný, je prítomný komplex Zn Complex (OH₂)₆²⁺; S výnimkou prípadu, keď je médium základné, potom sa vyzráža ako hydroxid zinku, Zn (OH)₂:

Zn²⁺(Ac) +2OH^-(Ac) → Zn (OH)₂(S)

Čo je biely, amorfný a amfoterický hydroxid, ktorý je schopný naďalej reagovať s viacerými OH iónmi^-:

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

Zn (OH)₄^2- Je to zinctato anión. V skutočnosti, keď zinok reaguje s tak silnou bázou, ako je koncentrovaný NaOH, sa vytvára priamo zinokatický komplex sodný₂[Zn (Oh₄]:

Zn (s) + 2naoh (ac) + 2h₂Alebo (l) → na₂[Zn (Oh₄)] (ac) +h₂g)

Zinok môže tiež reagovať s nemetalickými prvkami, ako sú halogény v plynnom stave alebo síre:

Zn (s) + i₂g) → Zni₂(S)

Zn (s) +S (s) → Zns (s) (vynikajúci obrázok)

Izotopy

Zinok existuje v prírode ako päť izotopov: ⁶⁴Zn (49,2 %), ⁶⁶Zn (27,7 %), ⁶⁸Zn (18,5 %), ⁶⁷Zn (4 %) a ⁷⁰Zn (0,62 %). Ostatné sú syntetické a rádioaktívne.

Elektronická štruktúra a konfigurácia

Atómy zinku kryštalizujú v kompaktnej hexagonálnej štruktúre (HCP), hoci sú skreslené, produkt jej kovovej väzby. Elektróny Valencia, ktoré riadia takéto interakcie, sú podľa elektronickej konfigurácie tie, ktoré patria k orbitálom 3D a 4S:

[AR] 3D¹⁰ 4s²

Oba orbitály sú kompletné.

V dôsledku toho nie sú atómy Zn príliš súdržné, vyrobené v nízkom bode topenia (419,53 ° C) v porovnaní s inými prechodnými kovmi. V skutočnosti je taká charakteristika kovov skupiny 12 (vedľa ortuti a kadmia), takže niekedy pochybujú o tom, či by sa mali prvky bloku DS skutočne považovať.

Aj keď sú orbitály 3D a 4S plné, zinok je dobrý vodič elektriny; Preto ich elektróny vo Valencii môžu „skočiť“ vodičskej kapely.

Oxidácia

Nie je možné, aby zinok stratil svoje dvanásť elektrónov vo Valencii alebo mal oxidačné číslo alebo stav +12, za predpokladu existencie katiónu Zn¹²⁺. Namiesto toho stráca iba dva zo svojich elektrónov; konkrétne orbitál 4S, ktorý sa správa podobne ako kovy alkalineter (SR. Schoambara).

Ak sa to stane, hovorí sa, že zinok sa podieľa na zlúčenine s číslom oxidácie +2 alebo stavom; to znamená za predpokladu existencie katiónu Zn²⁺. Napríklad vo svojom oxidu má ZnO zinok toto oxidačné číslo (Zn²⁺Ani^2-). To isté platí pre mnoho ďalších zlúčenín, keď si myslíte, že existuje iba Zn (ii).

Môže vám slúžiť: butanone: štruktúra, vlastnosti a použitia

Existuje však aj Zn (i) alebo Zn⁺, ktorý stratil iba jeden z elektrónov orbitálu 4S. Ďalšie možné oxidačné číslo pre zinok je 0 (Zn⁰), kde ich neutrálne atómy interagujú s plynnými alebo organickými molekulami. Preto sa môže javiť ako Zn²⁺, Zn⁺ alebo Zn⁰.

Ako sa získa

Surový materiál

Vzorka minerálov z Rumunska. Zdroj: James St. John [CC by 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licencie/BY/2.0)]

Zinok je v pozícii číslo dvadsať -four z najhojnejších prvkov zemskej kôry. Zvyčajne sa nachádza v mineráloch síry, distribuované do šírky planéty.

Na získanie kovu vo svojej čistej podobe je najprv potrebné zbierať horniny umiestnené v podzemných tuneloch a sústrediť minerály bohatých na zinok, ktoré predstavujú skutočnú surovinu.

Medzi týmito minerálmi je možné spomenúť: Sfhalerit alebo Wurzita (Zns), päťdesiate roky (ZnO), Willemita (Zn₂SIO₄), Esmitsonita (Znco₃) a gahnita (znal₂Ani₄). Sfeny je zďaleka hlavným zdrojom zinku.

Kalcinácia

Akonáhle sa minerál koncentroval po procese flotácie a čistenia hornín, musí sa vypočítať, aby sa sulfidy transformovali do ich príslušných. V tomto kroku sa minerál jednoducho zahrieva v prítomnosti kyslíka a vyvíja nasledujúcu chemickú reakciu:

2 Zns (s) + 3 o₂(g) → 2 ZnO (s) + 2 SO₂g)

Tak₂ tiež reaguje s kyslíkom na generovanie₃, zlúčenina pre syntézu kyseliny sírovej.

Po získaní ZnO to môže byť predložené buď do pyrometalurgického procesu alebo elektrolýze, kde konečným výsledkom je tvorba kovového zinku.

Pyrometalurgický proces

ZnO je znížená pomocou uhlia (minerálnych alebo coque) alebo oxidu uhoľnatého:

2 ZnO (s) + c (s) → 2 Zn (g) + co₂g)

ZnO (S) + Co (G) → Zn (G) + Co₂g)

Obtiažnosť, ktorým čelí tento proces, je tvorba plynu zinku po jeho nízkom bode varu, ktorý je prekročený vysokými teplotami rúry. Preto musia byť zinkové výpary destilované a oddelené od iných plynov, zatiaľ čo ich kryštály na roztavenom olovení sú zhrnuté.

Elektrolytický proces

Z týchto dvoch metód získania je to najpoužívanejší na celom svete. ZnO reaguje s zriedenou kyselinou sírovou na vylúhovanie zinkových iónov, ako je ich síranová soľ:

ZnO (s) + h₂SW₄(Ac) → Znso₄(Ac) + h₂Alebo (l)

Nakoniec je týmto roztokom Electrolys na generovanie kovového zinku:

2 Znso₄(Ac) + 2 h₂Alebo (l) → 2 Zn (s) + 2 h₂SW₄(ac) + alebo₂g)

Riziká

V podčasti chemických reakcií sa uvádza, že plynný vodík je jedným z hlavných produktov, keď zinok reaguje s vodou. Preto musí byť v kovovom stave správne skladovaný a za dosahom kyselín, báz, vody, síry alebo nejakého zdroja tepla; V opačnom prípade riziko požiaru beží.

Čím jemnejšie je zinok, tým väčšie je riziko požiaru alebo dokonca výbuchu.

Pokiaľ ide o zvyšok, pokiaľ je teplota blízko 500 ° C, jeho tuhý alebo granulovaný tvar nepredstavuje žiadne nebezpečenstvo. Ak je pokrytý oxidovou vrstvou, môže sa s ňou manipulovať holými rukami, pretože nereaguje s ich vlhkosťou; Avšak, rovnako ako každá pevná látka, dráždi oči a dýchacie cesty.

Aj keď zinok je nevyhnutný pre zdravie, nadmerná dávka môže spôsobiť nasledujúce príznaky alebo bočné účinky:

- Nevoľnosť, zvracanie, trávenie, bolesti hlavy a žalúdok alebo hnačka.

- Počas svojej absorpcie v čreve, čo sa odráža v rastúcich slabostiach v končatinách, vytesňuje meď a železo.

- Výpočty obličiek.

- Strata čuchu.

Žiadosti

- Kov

Zliatiny

Mnoho hudobných nástrojov je vyrobených z mosadze, zliatiny meď a zinku. Zdroj: pxhere.

Možno je zinok jedným z kovov spolu s meďou, ktorý tvorí najznámejšie zliatiny: mosadz a galvanizované železo. Mosadz bol pozorovaný, je početné príležitosti počas hudobného orchestra, pretože zlatý jas nástrojov je čiastočne spôsobený uvedenou zliatinou meďnatiny a zinku zinku.

Samotný kovový zinok nemá príliš veľa použití, hoci sa valí. Keď je vrstva tohto kovu elektrodepos na inom, prvá chráni druhú pred koróziou tým, že je náchylnejšia na oxidáciu; to znamená, že zinok oxiduje pred železom.

Preto sú ocele pozinkované (pokrývajú zinok), aby sa zvýšila ich trvanlivosť. Príklady týchto galvanizovaných ocelí sú tiež prítomné v Symfíne „Zinok“ strechy.

Môže vám slúžiť: chromatogram

Máte tiež Aluzinc, zliatinu hliníka a zinku, ktorá sa používa v občianskych konštrukciách.

Redukčné činidlo

Zinok je dobrým redukčným činidlom, takže stráca svoje elektróny pre iný druh, ktorý ich vyhrá; Najmä kovový katión. Pri prachu je jeho redukčná akcia ešte rýchlejšia ako akcia granulovanej tuhej látky.

Používa sa v procesoch získavania kovov z minerálov; ako je Rodio, striebro, kadmium, zlato a meď.

Podobne sa jeho redukčný účinok používa na zníženie organických druhov, ktoré sa môžu podieľať na ropnom priemysle, ako je benzén a benzín alebo vo farmaceutickom priemysle. Na druhej strane, zinkový prach tiež nájde aplikáciu v alkalických batériách oxidu zinku manganského.

Zmiešaný

Zinkový prach vzhľadom na jeho reaktivitu a energetickejšie spaľovanie, nájdete použitie ako prísada v hlavách zápasov, v výbušninách a ohňostroji (učia biele záblesky a zelenkavé plamene).

- Zloženia

Sulfid

Sledujte s fosforeskujúcou farbou v ihloch a hodinách. Zdroj: Francis Flinch [verejná doména]

Sulfid zinočnatia má vlastnosť fosforeskujúcich a luminiscenčných, takže sa používa pri vypracovaní ľahkých farieb.

Oxid

Biela farba jeho oxidu, podobne ako jeho vodivosť na polostrenie, sa používa ako keramický pigment a papiere. Okrem toho je prítomný v masteckej, kozmetike, gumách, plastoch, látkach, liekoch, atramentoch a smaltkách.

Výživový doplnok

Naše telo potrebuje zinok, aby splnil mnoho svojich životne dôležitých funkcií. Na jeho získanie je začlenený do niektorých výživových doplnkov vo forme oxidu, glukonátu alebo acetátu. Je tiež prítomný v krémoch, aby zmiernil popáleniny a podráždenie pokožky a v šampusoch.

Niektoré známe alebo súvisiace výhody s príjmom zinku sú:

- Zlepšiť imunitný systém.

- Je to dobrý protizápalový.

- Znižuje nepríjemné príznaky bežného chladu.

- Zabraňuje poškodeniu buniek v sietnici, takže sa odporúča na videnie.

- Pomáha regulovať hladiny testosterónu a tiež je spojená s plodnosťou mužov, kvalitou ich spermií a vývojom svalového tkaniva.

- Reguluje interakcie medzi mozgovými neurónmi, takže je spojená so zlepšeniami pamäte a učenia sa.

-A navyše je účinný pri liečbe hnačky.

Tieto doplnky zinku sa dosahujú na trhu ako kapsuly, tablety alebo sirupy.

Biologický dokument

V karbonickej anhydráze a karboxypidáze

Predpokladá sa, že zinok je súčasťou 10% celkových enzýmov ľudského tela, približne 300 enzýmov. Medzi nimi môžu spomenúť karbonovú anhydrázu a karboxipeptidázu.

Karbonická anhydráza, enzým závislý od zinku, pôsobí na úrovni tkaniva katalyzujúca reakciu oxidu uhličitého s vodou za vzniku hydrogenuhličitanu. Po hydrogenuhličitan v pľúca.

Karboxipeptidáza je exopeptidáza, ktorá trávi proteíny a uvoľňuje aminokyseliny. Zinok pôsobí poskytovaním pozitívneho zaťaženia, ktoré uľahčuje interakciu enzýmu s proteínom, ktorý kopá.

Pri prevádzke prostaty

Zinok je prítomný v rôznych orgánoch ľudského tela, ale predstavuje najväčšiu koncentráciu v prostate a sperme. Zinok je zodpovedný za správne fungovanie prostaty a za vývoj mužských reprodukčných orgánov.

Zinkové prsty

Zinok zasahuje do metabolizmu RNA a DNA. Zinkové prsty (Zn-Fingers) pozostávajú z atómov zinku, ktoré slúžia ako väzbové mosty medzi proteínmi, ktoré spolu zasahujú do niekoľkých funkcií.

Zinkové prsty sú užitočné pri čítaní, písaní a prepise DNA. Okrem toho existujú hormóny, ktoré ich používajú vo funkciách spojených s rastovou homeostázou v celom tele.

V regulácii glutamátu

Glutamát je hlavným excitačným neurotransmiterom v mozgovej kôre a v mozgovom stonke. Zinok sa hromadí v glutaminergných presynaptických vezikulách, zasahuje do regulácie neurotransmiterového glutamátu a neuronálnej excitability.

Existujú dôkazy o tom, že prehnané uvoľňovanie glutamátu neurotransmitera môže mať neurotoxický účinok. Preto existujú mechanizmy, ktoré regulujú ich oslobodenie. Homeostáza zinku tak hrá dôležitú úlohu pri funkčnej regulácii nervového systému.

Odkazy

1. Triasť a Atkins. (2008). Anorganická chémia. (Štvrté vydanie). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Zinok. Zdroj: In.Wikipedia.orgán
3. Michael Pilgaard. (16. júla 2016). Zinok: chemické reakcie. Obnovené z: pilgaardelegs.com
4. Národné centrum pre biotechnologické informácie. (2019). Zinok. Databáza pubchem. CID = 23994. Získané z: pubchem.Ncbi.NLM.NIH.Vláda
5. Wojes Ryan. (25. júna 2019). Vlastnosti a použitie zinkového kovu. Získané z: Thebalance.com
6. Pán. Kevin a. Boudreaux. (s.F.). Zinok + síra. Získané z: Angelo.Edu
7. Alan W. Richards. (12. apríla 2019). Spracovanie zinku. Encyclopædia Britannica. Získané z: Britannica.com
8. Čistota zinkových kovov. (2015). Priemyselné aplikácie. Získané z: Purityzinc.com
9. Nordqvist, J. (5. decembra 2017). Aké sú zdravotné výhody zinku? Lekárske správy dnes. Získané z: MedicalNewstody.com