Historia cynku, właściwości, struktura, ryzyko, użycia

On cynk Jest to metal przejściowy, który należy do grupy 12 stolika okresowego i jest reprezentowany przez symbol chemiczny Zn. Jest to element numer 24 pod względem obfitości w korze Ziemi, znajdujący się w siarkowym minerałach, takich jak sfaleryt, lub gazowany, taki jak esmitsonit.

Jest to bardzo znany metal w kulturze popularnej; Dachy cynku są przykładem, podobnie jak suplementy do regulacji hormonów męskich. Jest w wielu produktach spożywczych i jest niezbędnym elementem dla bezsensowności procesów metabolicznych. Istnieje kilka korzyści z jego umiarkowanego spożycia w porównaniu z negatywnymi skutkami jego nadmiaru w ciele.

Dach ze stopu cynku Muzeum Riverside. Źródło: EOIN [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)]

Cynk był znany na długo przed jego srebrnymi kolorami stali i innych metali. Mosiądz, stop o różnorodnym składzie miedzi i cynku, jest częścią obiektów historycznych od tysięcy lat. Dziś jego złoty kolor zwykle jest świadkiem niektórych instrumentów muzycznych.

Jest to również metal, z którym produkowane są baterie alkaliczne, ponieważ jego moc zmniejszająca i łatwość przekazania elektronów sprawia, że ​​jest to dobra opcja jako materiał anodowy. Jego głównym zastosowaniem jest ożywienie stali, pokrywając je z cynku.

W swoich związkach pochodnych liczba utleniania lub stan +2 zwykle ma. Dlatego rozpatrywany jest jon Zn²⁺ owinięte w środowiskach molekularnych lub jonowych. Podczas gdy Zn²⁺ Jest to kwas Lewisa, który może powodować problemy w komórkach, skoordynowane z innymi cząsteczkami pozytywnie oddziałuje z enzymami i DNA.

Zatem cynk jest ważnym kofaktorem wielu metalo-enzymów. Pomimo ogromnej ważnej biochemii i blasku jej błysków i zielonkawych płomieni, aby spalić, w świecie nauki jest uważany za „nudny” metal; Ponieważ jego właściwości nie mają atrakcyjności innych metali, a ich punkt topnienia jest znacznie mniejszy niż ich.

[TOC]

Historia

Antyk

Cynk od tysięcy lat manipuluje; Ale niezauważone, ponieważ starożytne cywilizacje, w tym Persowie, Rzymianie, Transilvans i Grecy, już wyprodukowane przedmioty, monety i broń mosiężna.

Dlatego mosiądz jest jednym z najstarszych znanych stopów. Przygotowali go z minerału kalamowego, Zn₄Tak₂ALBO₇(OH)₂· H₂Lub, które uziemiły i rozgrzały w obecności wełny i miedzi.

Podczas procesu niewielkie ilości metalicznego cynku, które mogły się powstać. W miarę upływu wieków mosiądz i inne stopy zwiększały zawartość cynku, nosząc bardziej szare.

W XIV wieku, w Indiach, udało im się już wyprodukować metaliczny cynk, który nazywali Jasada I byli wówczas sprzedawani z Chinami.

I tak alchemicy mogliby go zdobyć, aby przeprowadzić swoje eksperymenty. To znana postać historyczna Paracelsus nazwał go „cynkiem”, być może podobieństwem między kryształami cynku z zębami. Stopniowo, w trakcie innych nazwisk i kilku kultur, nazwa „cynk” skończyła się na tym metalu.

Izolacja

Podczas gdy Indie wyprodukowały już metaliczny cynk od 1300 lat, wynikało to z metody zastosowanej kalaminy z wełną; Dlatego nie była to metalowa próbka o znacznej czystości. William Champion poprawił tę metodę w 1738 roku w Wielkiej Brytanii, używając pionowego mętnego piekarnika.

W 1746 r. Niemiecki chemik Andreas Sigismund Marggragra uzyskał po „po raz pierwszy” próbkę czystego cynku z ogrzewania kalaminy w obecności węgla warzywnego (lepszy środek zmniejszający się niż wełna), w misce z miedzią. Ten sposób produkcji cynku rozwinął się komercyjnie i równolegle do mistrza.

Następnie opracowano procesy, które w końcu stały się kalamą, zamiast tego przy użyciu tlenku cynku; to znaczy bardzo podobny do obecnego procesu pirometalurgicznego. Piece również się poprawiły, będąc w stanie wytwarzać ilości rosnącego cynku.

Do tego czasu nie było żadnej aplikacji, która wymagała ogromnych ilości cynku; Ale to zmieniło się wraz z wkładem Luigi Galvani i Alessandro Volta, którzy ustąpili miejsca koncepcji galwanizacji. Volta opracowała również tak zwaną komórkę galwaniczną, a wkrótce cynk był częścią projektu suchych baterii.

Fizyczne i chemiczne właściwości

Wygląd fizyczny

Jest to szarawy metal, zwykle dostępny w granulowanym lub kurzu. Fizycznie jest słaby, więc nie stanowi dobrej opcji dla aplikacji, w których należy obsługiwać ciężkie obiekty.

Jest również krucha, chociaż po ogrzewaniu powyżej 100 ° C staje się plastyczna i plastyczna; do 250 ° C, temperatura, w której staje się krucha i znów spryskaj.

Może ci służyć: Oxácido

Masa cząsteczkowa

65,38 g/mol

Liczba atomowa (z)

30

Temperatura topnienia

419,53 ºC. Ta niska temperatura topnienia wskazuje na jego słabe wiązanie metalowe. Kiedy się topi, ma wygląd podobny do wyglądu płynnego aluminium.

Punkt wrzenia

907 ° C

Temperatura samo -kierunkowego

460 ° C

Gęstość

-7,14 g/ml w temperaturze pokojowej

-6,57 g/ml w temperaturze topnienia, to znaczy tylko przez topnienie lub topnienie

Fusion Heat

7,32 kJ/mol

Ciepło parowe

115 kJ/mol

Molowa pojemność cieplna

25.470 J/(mol · k)

Elektronialiczność

1.65 na skali Pauling

Energie jonizacyjne

-Po pierwsze: 906,4 kJ/mol (Zn⁺ gazowy)

-Drugi: 1733,3 kJ/mol (Zn²⁺ gazowy)

-Po trzecie: 3833 kJ/mol (Zn³⁺ gazowy)

Radio atomowe

Empiryczne 134 PM

Radio Kowalencyjne

122 ± 16 pm

Twardość mohs

2.5. Wartość ta jest znacznie niższa w stosunku do twardości innych metali przejściowych, mówiąc, wolfram.

Zakon magnetyczny

Diamagnetyczny

Przewodność cieplna

116 W/(M · K)

Rezystancja

59 nω · m w 20 ° C

Rozpuszczalność

Jest nierozpuszczalny w wodzie, o ile chroni ją warstwą tlenkową. Po usunięciu przez atak kwasu lub zasady cynk kończy się reakcją z wodą, tworząc złożony ACU₂)₆²⁺, Znajduje się Zn²⁺ W centrum oktaedronu ograniczonych cząsteczkami wody.

Rozkład

Podczas oparzeń możesz uwolnić toksyczne cząstki z powietrza w powietrzu. W tym procesie obserwuje się zielonkawe zabarwienie i lśniące światło.

Reakcje chemiczne

Reakcja między cynkiem a siarką wewnątrz tygla, w którym widać zielonkawy niebieski kolor płomieni. Źródło: EOIN [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/nabrzeże/4.0)]

Cynk jest metalem reaktywnym. W temperaturze pokojowej warstwa tlenku może nie tylko go pokryć, ale oprócz podstawowego węglanu, Zn₅(OH)₆(WSPÓŁ₃)₂, a nawet siarki, ZNS. Gdy ta warstwa zróżnicowanej składu zostanie zniszczona przez atak kwasu, metal reaguje:

Zn (s) + h₂południowy zachód₄(AC) → Zn²⁺(Ac) + so₄²⁻(AC) + H₂(G)

Równanie chemiczne odpowiadające jej reakcji na kwas siarkowy i:

Zn (S) + 4 HNO₃(AC) → Zn (nie₃)₂(AC) + 2 NO₂(g) + 2 h₂Lub (l)

Z kwasem chlorowodorowym. W obu przypadkach, chociaż nie jest napisane, kompleks Zn ACU jest obecny (OH₂)₆²⁺; Z wyjątkiem przypadku, gdy medium jest podstawowe, a następnie wytrąć jako wodorotlenek cynku, Zn (OH)₂:

Zn²⁺(AC) +2OH^-(AC) → Zn (OH)₂(S)

Który jest biały, amorficzny i amfoteryczny wodorotlenek, który może kontynuować reagowanie z większą ilością jonów OH^-:

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

Zn (OH)₄^2- To jest anion cynkato. W rzeczywistości, gdy cynk reaguje z tak silną zasadą, taką jak skoncentrowany NaOH, kompleks sodu cynkato jest wytwarzany bezpośrednio₂[Zn (och₄]:

Zn (S) + 2naOH (AC) + 2H₂Lub (l) → na₂[Zn (och₄)] (ac) +h₂(G)

Również cynk może reagować z elementami niemetalicznymi, takimi jak halogeny w stanie gazowym lub siarka:

Zn (s) + i₂(g) → ZNI₂(S)

Zn (s) +s (s) → Zns (s) (obraz wyższy)

Izotopy

Cynk istnieje w naturze jako pięć izotopów: ⁶⁴Zn (49,2 %), ⁶⁶Zn (27,7 %), ⁶⁸Zn (18,5 %), ⁶⁷Zn (4 %) i ⁷⁰Zn (0,62 %). Pozostałe są syntetyczne i radioaktywne.

Struktura elektroniczna i konfiguracja

Atomy cynku krystalizują w zwartej strukturze sześciokątnej (HCP), choć zniekształcone, iloczyn jego metalicznego wiązania. Elektrony Valencia, które rządzą takimi interakcjami, są, zgodnie z konfiguracją elektroniczną, należącymi do orbitali 3D i 4S:

[AR] 3D¹⁰ 4s²

Oba orbitale są kompletne.

W konsekwencji atomy Zn nie są bardzo spójne, wykonane w ich niskiej temperaturze topnienia (419,53 ° C) w porównaniu z innymi metalami przejściowymi. W rzeczywistości jest to charakterystyka dla grupy 12 metali (obok rtęci i kadmu), więc czasami wątpią, czy należy rozważyć elementy bloków DS.

Chociaż orbitale 3D i 4S są pełne, cynk jest dobrym przewodnikiem energii elektrycznej; Dlatego ich elektrony Valencia mogą „przeskakiwać” opaskę napędową.

Liczby utleniania

Niemożliwe jest, aby cynk stracił dwanaście elektronów walencji lub mieć liczbę utleniania lub stan +12, zakładając istnienie kationu Zn¹²⁺. Zamiast tego traci tylko dwa elektrony; W szczególności te z 4S Orbital, zachowujące się podobnie jak metale alkaliczne (SR. Scholambara).

Kiedy tak się dzieje, mówi się, że cynk uczestniczy w związku z liczbą i stanem utleniania +2; to znaczy, zakładając istnienie kationu Zn²⁺. Na przykład w tlenku ZnO, cynk ma tę liczbę utleniania (Zn²⁺ALBO^2-). To samo dotyczy wielu innych związków, które zdaje sobie sprawę, że istnieje tylko Zn (ii).

Może ci służyć: Butanone: Struktura, właściwości i zastosowania

Istnieje jednak również Zn (i) lub Zn⁺, który stracił tylko jeden z elektronów orbity 4s. Kolejnym możliwym numerem utleniania cynku jest 0 (Zn⁰), gdzie ich neutralne atomy oddziałują z cząsteczkami gazowymi lub organicznymi. Dlatego może wyglądać jako Zn²⁺, Zn⁺ lub Zn⁰.

Jak to jest uzyskiwane

Surowiec

Próbka mineralna z Rumunii. Źródło: James St. John [CC przez 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/2.0)]

Cynk jest w pozycji numer dwadzieścia cztery najliczniejszych elementów kory Ziemi. Zwykle występuje w minerałach siarki, rozmieszczone na szerokość planety.

Aby uzyskać metal w czystej postaci, najpierw konieczne jest zebranie skał znajdujących się w podziemnych tunelach i skoncentrowanie minerałów o cynku, które reprezentują prawdziwy surowiec.

Wśród tych minerałów można wymienić: Sphalerit lub Wurzita (Zns), Fifties (ZnO), Willimita (Zn₂Sio₄), Esmitsonita (Znco₃) i gahnita (znal₂ALBO₄). Spheny jest zdecydowanie głównym źródłem cynku.

Prażenie

Gdy minerał skoncentruje się po procesie flotacji i oczyszczania skał, należy go obliczyć, aby przekształcić sulfidy w ich odpowiednie. Na tym etapie minerał po prostu nagrzewa się w obecności tlenu, rozwijając następującą reakcję chemiczną:

2 Zns (S) + 3 O₂(g) → 2 ZnO (s) + 2 SO₂(G)

SO₂ reaguje również z tlenem, aby to wygenerować₃, związek do syntezy kwasu siarkowego.

Po uzyskaniu ZnO można to przesłać do procesu pirometalurgicznego lub do elektrolizy, w której końcowym wynikiem jest tworzenie metalicznego cynku.

Proces pirometalurgiczny

ZnO jest zmniejszone przy użyciu węgla (minerału lub kodu) lub tlenku węgla:

2 ZnO (S) + C (S) → 2 Zn (G) + CO₂(G)

ZnO (S) + CO (G) → Zn (G) + CO₂(G)

Trudność stojąca w tym procesie jest wytwarzanie cynku gazowego, po jego niskiej temperaturze wrzenia, co jest przekraczane przez wysokie temperatury piekarnika. Dlatego opary cynkowe muszą być destylowane i oddzielone od innych gazów, podczas gdy ich kryształy na stopionym ołowiu są skondensowane.

Proces elektrolityczny

Spośród dwóch metod uzyskania jest to najczęściej stosowany na całym świecie. ZnO reaguje z rozcieńczonym kwasem siarkowym na ługujące jony cynku, takie jak ich siarczanowa sól:

ZnO (S) + H₂południowy zachód₄(AC) → Znso₄(AC) + H₂Lub (l)

Wreszcie to rozwiązanie jest elektrolii do wygenerowania metalicznego cynku:

2 Znso₄(AC) + 2 H₂Lub (l) → 2 Zn (s) + 2 H₂południowy zachód₄(AC) + lub₂(G)

Ryzyko

W podsekcji reakcji chemicznych wspomniano, że gaz wodoru jest jednym z głównych produktów, gdy cynk reaguje z wodą. Dlatego w stanie metalicznym musi być odpowiednio przechowywany i poza zasięgiem kwasów, zasad, wody, siarki lub jakiegoś źródła ciepła; W przeciwnym razie ryzyko pożaru biegnie.

Im dokładniej podzielony jest cynk, tym większe ryzyko ognia, a nawet wybuchu.

Dla reszty, o ile temperatura nie jest blisko 500 ° C, jego stały lub granulowany kształt nie reprezentuje żadnego niebezpieczeństwa. Jeśli jest pokryty warstwą tlenku, można go manipulować gołymi rękami, ponieważ nie reaguje go z ich wilgocią; Jednak, jak każde stałe, jest to drażniące dla oczu i dróg oddechowych.

Chociaż cynk jest niezbędny dla zdrowia, nadmiar dawki może powodować następujące objawy lub efekty boczne:

- Nudności, wymioty, niestrawność, bóle głowy i żołądek lub biegunka.

- Wypiera miedź i żelazo podczas wchłaniania w jelicie, co znajduje odzwierciedlenie w rosnących osłabieniach kończyn.

- Obliczenia nerek.

- Utrata zmysłu zapachu.

Aplikacje

- Metal

Stopy

Wiele instrumentów muzycznych jest wykonanych z mosiądzu, stopu miedzi i cynku. Źródło: Pxhere.

Być może cynk jest jednym z metali, wraz z miedzią, która tworzy najbardziej znane stopy: mosiądz i ocynkowane żelazo. Mosiądz zaobserwowano wiele okazji podczas orkiestry muzycznej, ponieważ złota jasność instrumentów jest częściowo spowodowana wspomnianym stopem miedzi i cynku.

Sam metaliczny cynk nie ma zbyt wielu zastosowań, choć toczy się. Gdy warstwa tego metalu jest elektrodepos na innej, pierwsza chroni drugą przed korozją, ponieważ jest bardziej podatna na utlenianie; to znaczy, cynk utlenia się przed żelazem.

Dlatego stale są ocynkowane (pokrywają cynkiem), aby zwiększyć ich trwałość. Przykłady tych ocynkowanych stali są również obecne w „cynku” symfinie dachu.

Może ci służyć: chromatogram

Masz także Aluzinc, stop aluminium-zinc używany w konstrukcjach cywilnych.

Środek redukujący

Cynk jest dobrym środkiem redukującym, więc traci elektrony, aby inny gatunek mógł je wygrać; zwłaszcza metalowy kation. Podczas odkurzania jego redukującego działania jest nawet szybsze niż granulowana substancja substancji stałej.

Jest stosowany w procesach uzyskiwania metali z minerałów; takie jak Rodio, srebro, kadm, złoto i miedź.

Podobnie, jego działanie zmniejszające jest stosowane w celu zmniejszenia gatunków organicznych, które mogą być zaangażowane w przemysł naftowy, taki jak benzen i benzyna, lub w branży farmaceutycznej. Z drugiej strony pył cynkowy znajduje również zastosowanie w alkalicznych akumulatorach dwutlenku cynku-mangańskiego.

Różnorodny

Pył cynkowy, biorąc pod uwagę jego reaktywność i bardziej energetyczne spalanie, znajduje użycie jako dodatek w głowach meczów, w materiałach wybuchowych i fajerwerkach (uczą białych błysków i zielonych płomieni).

- Związki

Siarczek

Oglądaj z farbą fosforescencyjną w igłach i godzinach. Źródło: Francis Flinch [domena publiczna]

Siarczek cynkowy ma właściwość fosforyzującego i luminescencyjnego, więc jest stosowany w opracowaniu lekkich farb.

Tlenek

Biały kolor jego tlenku, podobnie jak jego przewodnictwo i fotograficzne, jest stosowany jako ceramiczny pigment i papiery. Ponadto jest obecny w talku, kosmetykach, gumach, tworzywach sztucznych, tkaninach, lekach, atramentach i emaliach.

Suplement diety

Nasze ciało potrzebuje cynku, aby wypełnić wiele swoich ważnych funkcji. Aby go zdobyć, jest włączony do niektórych suplementów diety w postaci tlenku, glukonianu lub octanu. Jest również obecny w kremach, aby złagodzić oparzenia i podrażnienia skóry oraz w szamponie.

Niektóre znane lub powiązane korzyści z spożyciem cynku to:

- Popraw układ odpornościowy.

- Jest to dobry anty -zapłaty.

- Zmniejsza irytujące objawy przeziębienia.

- Zapobiega uszkodzeniu komórki w siatkówce, więc jest to zalecane do widzenia.

- Pomaga regulować poziomy testosteronu, a także wiąże się z płodnością mężczyzn, jakością ich nasienia i rozwojem tkanki mięśniowej.

- Reguluje interakcje między neuronami mózgu, więc jest to powiązane z ulepszeniami pamięci i uczenia się.

-A ponadto jest skuteczny w leczeniu biegunki.

Te suplementy cynku są osiągane na rynku jako kapsułki, tabletki lub syropy.

Artykuł biologiczny

W anhydrazie karbonicznej i karboksympidazie

Uważa się, że cynk jest częścią 10% całkowitych enzymów ludzkiego ciała, około 300 enzymów. Wśród nich mogą wspomnieć o anhydrazie karbonicznej i karboksipeptydazie.

Anhydraza węglowa, enzym zależny od cynku, działa na poziomie tkanki katalizując reakcję dwutlenku węgla z wodą z tworzeniem wodorowęglanu. Po wodorowęglanach do płuc enzym odwraca reakcję i dwutlenek węgla, który jest wydalany za granicą podczas wygaśnięcia.

Carboxipeptydaza jest egzopeptydazą, która trawia białka, uwalniając aminokwasy. Cynk działa, zapewniając dodatnie obciążenie, które ułatwia interakcję enzymu z białkiem, który kopie.

W pracy prostaty

Cynk jest obecny w różnych narządach ludzkiego ciała, ale przedstawia największą koncentrację w prostaty i nasieniu. Cynk jest odpowiedzialny za prawidłowe funkcjonowanie prostaty i rozwój męskich narządów reprodukcyjnych.

Fingers cynkowy

Cynk interweniuje w metabolizmie RNA i DNA. Palce cynkowe (Zn-Fingers) składają się z atomów cynku, które służą jako mosty wiążące między białkami, które razem interweniują w kilku funkcjach.

Palce cynkowe są przydatne w czytaniu, pisaniu i transkrypcji DNA. Ponadto istnieją hormony, które wykorzystują je w funkcjach związanych z homeostazą wzrostu w całym ciele.

W regulacji glutaminianowej

Glutaminian jest głównym neuroprzekaźnikiem pobudzającym w korze mózgowej i w pniu mózgu. Cynk gromadzi się w presynaptycznych pęcherzykach glutaminergicznych, interweniując w regulacji glutaminianu neuroprzekaźnika i pobudliwości neuronalnej.

Istnieją dowody, że przesadne uwalnianie glutaminianu neuroprzekaźnika może mieć działanie neurotoksyczne. Dlatego istnieją mechanizmy regulujące ich wyzwolenie. Homeostaza cynku odgrywa zatem ważną rolę w funkcjonalnej regulacji układu nerwowego.

Bibliografia

1. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Czwarta edycja). MC Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Cynk. Źródło: w:.Wikipedia.org
3. Michael Pilgaard. (16 lipca 2016 r.). Cynk: reakcje chemiczne. Odzyskane z: Pilgaardelelegs.com
4. National Center for Biotechnology Information. (2019). Cynk. Baza danych Pubchem. CID = 23994. Odzyskane z: Pubchem.NCBI.NLM.Nih.Gov
5. Wojes Ryan. (25 czerwca 2019). Właściwości i zastosowania cynku metalu. Odzyskane z: balita.com
6. Pan. Kevin a. Boudreaux. (S.F.). Cynk + siarka. Odzyskane z: Angelo.Edu
7. Alan W. Richards. (12 kwietnia 2019). Przetwarzanie cynku. Encyclopædia Britannica. Odzyskane z: Britannica.com
8. Metale cynku czystości. (2015). Aplikacje branżowe. Odzyskane z: PurityZinc.com
9. Nordqvist, J. (5 grudnia 2017 r.). Jakie są korzyści zdrowotne cynku? Wiadomości medyczne dzisiaj. Odzyskany z: MedicalNewstody.com