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Zinco

zinco - Wikilingue - Encydia

Cobre Zinco - Galio
Zn
Cd  
 
 
Zn-TableImage.png
General
Nome, símbolo, número Zinco, Zn, 30
Série química Metal de transição
Grupo, período, bloco 12 , 4 , d
Densidade, dureza Mohs 7140 kg/m3, 2,5
Aparência Azul pálido grisáceo
Zn,30.jpg
Propriedades atómicas
Massa atómica 65,409 ou
Rádio médio† 135 pm
Rádio atómico calculado 142 pm
Rádio covalente 131 pm
Rádio de Vão der Waals 139 pm
Configuração electrónica [Ar]3d104s2
Estados de oxidación (óxido) 2 (anfótero)
Estrutura cristalina Hexagonal
Propriedades físicas
Estado da matéria Sólido (diamagnético)
Ponto de fusão 692,68 K
Ponto de ebullición 1180 K
Entalpía de vaporización 115,3 kJ/mol
Entalpía de fusão 7,322 kJ/mol
Pressão de vapor 192,2 Pa a 692,73 K
Velocidade do som 3700 m/s a 293,15 K
Informação diversa
Electronegatividad 1,6 (Pauling)
Calor específico 390 J/(kg·K)
Conductividad eléctrica 16,6 × 106 m-1·Ω-1
Conductividad térmica 116 W/(m·K)
1° potencial de ionización 906,4 kJ/mol
2° potencial de ionización 1733,3 kJ/mol
3° potencial de ionización 3833 kJ/mol
4° potencial de ionización 5731 kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso. AN período de semidesintegración MD ED MeV PD
64Zn 48,63% Zn é Isótopo estável com 34 neutrones
65Zn Sintético 244,26 dias ε 1,352 65Cu
66Zn 27,90% Zn é estável com 36 neutrones
67Zn 4,10% Zn é estável com 37 neutrones
68Zn 18,75% Zn é estável com 38 neutrones
70Zn 0,62% Zn é estável com 40 neutrones
72Zn Sintético 46,5 horas β 0,458 72Ga
Valores no SE e em condições normais
(0 °C e 1 atm), salvo que indique-se o contrário.
†Calculado a partir de diferentes longitudes
de enlace covalente, metálico ou iónico.

O zinco ou cinc é um elemento químico de número atómico 30 e símbolo Zn situado no grupo 12 da tabela periódica dos elementos. A etimología de zinco parece que vem do alemão, Zincken ou Zacken, para indicar o aspecto com fios dentados do mineral calamina, depois foi assumido para o metal obtido a partir dele.

Conteúdo

Características principais

O zinco é um metal, às vezes classificado como metal de transição ainda que estritamente não o seja, já que tanto o metal como sua espécie dipositiva apresentam o conjunto orbital completo. Este elemento apresenta verdadeiro parecido com o magnésio, e com o cadmio de seu grupo, mas do mercurio aparta-se muito pelas singulares propriedades físicas e químicas deste (contracção lantánida e potentes efeitos relativistas sobre orbitais de enlace). É o vigésimo terceiro elemento mais abundante na Terra e uma de suas aplicações mais importantes é a galvanização do aço. Há que destacar que é um elemento químico essencial.

É um metal de cor branco azulado que arde em ar com lume verde azulada. O ar seco não lhe ataca mas em presença de humidade se forma uma capa superficial de óxido ou carbonato básico que isola ao metal e o protege da corrosão. Praticamente o único estado de oxidación que apresenta é o +2. No ano 2004 publicou-se na revista Science o primeiro e único composto conhecido de zinco em estado de oxidación +1, baseado em um complexo organometálico com o unindo pentametilciclopentadieno. Reage com ácidos não oxidantes passando ao estado de oxidación +2 e libertando hidrógeno e pode se dissolver em bases e ácido acético.

O metal apresenta uma grande resistência à deformação plástica em frio que diminui em quente, o que obriga a laminarlo acima dos 100 °C. Não se pode endurecer por acritud e apresenta o fenómeno de fluencia a temperatura ambiente —ao invés que a maioria dos metais e ligas— e pequenos ónus o mais importante..

História

As ligas de zinco utilizaram-se durante séculos —peças de latão datadas em 1000-1500 a. C. encontraram-se em Canaán e outros objectos com conteúdos de até o 87% de zinco têm aparecido na antiga região de Transilvania — no entanto por seu baixo ponto de fusão e reactividad química o metal tende a evaporarse pelo que a verdadeira natureza do metal não foi compreendida pelos antigos.

Sabe-se que a fabricação de latão era conhecida pelos romanos para 30 a. C. Plinio e Dioscórides descrevem a obtenção de aurichalcum (latão) pelo procedimento de aquecer em um crisol uma mistura de cadmia (calamina) com cobre; o latão obtido posteriormente era fundido ou forjado para fabricar objectos.

A fusão e extracção de zinco impuro levou-se a cabo para o ano 1000 na Índia —na obra Rasarnava (c. 1200) de autor desconhecido descreve-se o procedimento— e posteriormente na China e no final do século XIV os índios conheciam já a existência do zinco como metal diferente dos sete conhecidos na Antigüedad, o oitavo metal. Em 1597 Andreas Libavius descreve uma «peculiar classe de estaño» que tinha sido preparada na Índia e chegou a suas mãos em pequena quantidade através de um amigo; de suas descrições deduze-se que se tratava do zinco ainda que não chegou ao reconhecer como o metal procedente da calamina.

Em ocidente, para 1248, Alberto Magno descreve a fabricação de latão na Europa, e no século XVI já se conhecia a existência do metal. Agrícola observou em 1546 que podia rascarse um metal branco condensado das paredes dos fornos nos que se fundiam minerales de zinco; acrescentando em suas notas que um metal similar denominado zincum se produzia em Silesia . Paracelso foi o primeiro em sugerir que o zincum era um novo metal e que suas propriedades diferiam das dos metais conhecidos sem dar, não obstante, nenhuma indicação sobre sua origem; nos escritos de Basilio Valentino encontram-se também menções do zincum. Apesar disso, em tratados posteriores as frequentes referências ao zinco, com seus diferentes nomes, se referem geralmente ao mineral não ao metal livre e em ocasiões se confunde com o bismuto.

Johann Kunkel em 1677 e pouco mais tarde Stahl em 1702 indicam que ao preparar o latão com o cobre e a calamina esta última se reduz previamente ao estado de metal livre, o zinco, que foi isolado pelo químico Anton von Swab em 1742 e por Andreas Marggraf em 1746 , cujo exhaustivo e metódico trabalho Sobre o método de extracção do zinco de seu mineral verdadeiro, a calamina cimentó a metalurgia do zinco e sua reputação como descubridor do metal.

Em 1743 fundou-se em Bristol o primeiro estabelecimento para a fundição do metal a escala industrial mas seu procedimento ficou em segredo pelo que teve que esperar 70 anos até que Daniel Dony desenvolvesse um procedimento industrial para a extracção do metal e se estabelecesse a primeira fábrica no continente europeu.

Depois do desenvolvimento da técnica de flutuação do sulfuro de zinco deslocou-se à calamina como mena principal. O método de flutuação é hoje em dia empregado na obtenção de vários metais.

Aplicações

Óxido de Zinco.

A principal aplicação do zinco —cerca do 50% do consumo anual— é a galvanização do aço para proteger da corrosão, protecção efectiva inclusive quando se agrieta o recubrimiento já que o zinco actua como ánodo de sacrifício. Outros usos incluem

Papel biológico

O zinco é um elemento químico essencial para as pessoas. O corpo humano contém ao redor de 40 mg de zinco por kg e muitas enzimas funcionam com seu concurso: intervém no metabolismo de proteínas e ácidos nucleicos, estimula a actividade de aproximadamente 100 enzimas, colabora no bom funcionamento do sistema inmunitario, é necessário para a cicatrización das feridas, intervém nas percepciones do gosto e o olfacto e na síntese do DNA. O metal encontra-se na insulina, as proteínas dedo de zinco (zinco finger) e diversas enzimas como a superóxido dismutasa.

O zinco encontra-se em diversos alimentos como as ostras, carnes vermelhas, aves de corral, alguns pescados e mariscos, habas e nozes. A ingesta diária recomendada de zinco rodada os 20 mg para adultos, menor para bebés, meninos e adolescentes (por seu menor peso corporal) e algo maior para mulheres grávidas e durante a lactancia.

A deficiência de zinco prejudica ao sistema inmunitario, gera retardo no crescimento e pode produzir perda do cabelo, diarrea, impotencia, lesões oculares e de pele, perda de apetito, perda de importância, tardanza na cicatrización das feridas e anomalías no sentido do olfacto. As causas que podem provocar uma deficiência de zinco são a deficiente ingesta e a má absorción do mineral —caso de alcoholismo que favorece sua eliminação na urina ou dietas vegetarianas nas que a absorción de zinco é um 50% menor que das carnes— ou por sua excessiva eliminação devido a desordens digestivos.

O excesso de zinco associou-se com baixos níveis de cobre , alterações na função do ferro e diminuição da função inmunológica e dos níveis do colesterol bom.

Acha-se que o ferrão dos escorpiones contêm zinco com uma pureza de 1/4 partes.

Abundância e obtenção

Zinco.

Os cinco primeiros países produtores de Zinco (Chinesa, Austrália, Peru, Estados Unidos e Canadá) contribuem com ao redor de 68.5% de todo este metal a nível mundial. Sua produção incrementou-se de forma substancial nos últimos 50 anos, passando de 2 milhões de TM em 1952 a 11 milhões de TM para o ano 2008, o que poderia ser explicado por sua maior demanda, sobretudo do sector construção (especialmente pelo crescimento mostrado nos últimos dez anos por parte da China e Índia).

Faixa Estado Produção
(em mill. oz/ano)
1 China 28.32%
2 Austrália 13.36%
3 Peru 14.18%
4 Estados Unidos 6.81%
5 Canadá 5.84%
6 Outros 31.49%
Fonte: USGS 2008

O zinco é o 23er elemento mais abundante na corteza terrestre. As minas mais ricas contêm cerca de um 10% de ferro e entre o 40 e 50% de zinco. Os minerales dos que se extrai são: o sulfuro de cinc conhecido como esfalerita em EE.UU. e blenda na Europa; smithsonita (carbonato) em EE.UU., mas calamina na Europa; hemimorfita, (silicato) e franklinita (óxido).

As reservas mundiais demonstradas cuja exploração é económica ascendem a quase 220 milhões de toneladas, se repartindo mais da metade a partes iguais entre EE.UU., Austrália, Chinesa e Kazajistán. As reservas conhecidas (incluindo aquelas cuja exploração não é hoje em dia económica) rozan os 2000 milhões de toneladas.

A produção mineira mundial foi em 2003, segundo dados da agência de prospecciones geológicas estadounidense (US Geological Survey) de 8,5 milhões de toneladas, liderada por China com o 20% do total e Austrália com o 19%. Estima-se que cerca de um terço do zinco consumido é reciclado (secundário).

A produção do zinco começa com a extracção do mineral que pode se realizar tanto a céu aberto como em yacimientos subterrâneos. Os minerales extraídos se trituran anteriormente e submetem-se a um processo de flutuação para obter o concentrado.

Os minerales com altos conteúdos de ferro tratam-se por via seca: primeiramente se tuesta o concentrado para transformar o sulfuro em óxido, que recebe a denominação de calcina , e a seguir se reduz este com carbono obtendo o metal (o agente redutor é na prática o monóxido de carbono formado). As reacções em ambas etapas são:

2 ZnS + 3 Ou2 → 2 ZnO + 2 SO2
ZnO + CO → Zn + CO2

Outra forma mais singela e económica de reduzir o óxido de Zinco, é com Carbono, colocam-se ambos; 2 moles ou porções molares de Óxido de Zinco(ZnO), e um mol de Carbono(C), em um recipiente ao vazio para evitar que o metal se incendeie com o ar ao momento de se apurar dando como resultado novamente óxido de zinco; Em uma etapa, a redução do óxido de Zinco, expressa-se da seguinte maneira:

2 ZnO + C → 2 Zn + CO2

Por via húmida primeiramente realiza-se o tueste obtendo o óxido que se lixivia com ácido sulfúrico diluido; as lixívias obtidas apuram-se separando as diferentes fases presentes. O sulfato de zinco submete-se posteriormente a electrólisis com ánodo de chumbo e cátodo de alumínio sobre o qual se deposita o zinco formando placas de alguns milímetros de espessura que se retiram a cada verdadeiro tempo. Os cátodos obtidos fundem-se e se cuela o metal para sua comercialização.

Como subproductos se obtêm diferentes metais como mercurio, óxido de germanio , cadmio, ouro, prata, cobre, chumbo em função da composição dos minerales. O dióxido de azufre obtido na tostación do mineral usa-se para produzir ácido sulfúrico que se reutiliza no lixiviado comercializando o excedente produzido.

Os tipos de zinco obtidos classificam-se segundo a norma ASTM em função de sua pureza:

A norma EM 1179 considera cinco graus Z1 a Z5 com conteúdos de zinco entre 99,995% e 98,5% e existem normas equivalentes no Japão e Austrália. Para harmonizar todas elas a ISO publicou em 2004 a norma ISO 752 sobre classificação e requisitos do zinco primário.

Bioquímica

As ligas mais empregadas são as de alumínio (3,5-4,5%, Zamak; 11-13%, Zn-A o-Cu-Mg; 22%, Prestal, liga que apresenta superplasticidad) e cobre (ao redor de 1%) que melhoram as características mecânicas do zinco e sua aptidão ao moldo.

É componente minoritário em ligas diversas, principalmente de cobre como latões (3 a 45% de zinco), alpacas (Cu-Nem-Zn) e bronzes (Cu-Sn) de moldo.

O óxido de zinco é o mais conhecido e utilizado industrialmente, especialmente como base de pigmentos brancos para pintura, mas também na indústria do caucho e em cremes solares. Outros compostos importantes são: sulfato de zinco (nutriente agrícola e uso em minería), cloruro de zinco (desodorantes) e sulfuro de zinco (pinturas luminiscentes).

O zinco existente na natureza está formado por quatro isótopos estáveis, Zn-64 (48,6%), Zn-66, Zn-67, e Zn-68. Caracterizaram-se 22 radioisótopos dos que os mais estáveis são Zn-65 e Zn-72 com períodos de semidesintegración de 244,26 dias e 46,5 horas respectivamente; o resto de isótopos radioactivos têm períodos de semidesintegración menores que 14 horas e a maioria menores que um segundo. O zinco tem quatro estados metaestables.

Precauções

O zinco metal não está considerado como tóxico mas sim alguns de seus compostos como o óxido e o sulfuro. Na década dos 40 observou-se que na superfície do aço galvanização se formam com o tempo "bigotes de zinco" (zinco whiskers) que podem libertar ao ambiente provocando cortocircuitos e falhas em componentes electrónicos. Estes bigotes formam-se depois de um período de incubación que pode durar dias ou anos e crescem a um ritmo da ordem de 1 mm ao ano. O problema causado por estes bigotes tem-se agudizado com o passo do tempo por ter-se construído as salas de computadores e equipas informáticas sobre solos elevados para facilitar a fiação nas que era comum o uso de aço galvanização, tanto na estrutura portante como na parte posterior das baldosas. As idades de ditas salas, em muitos casos de 20 ou 30 anos propiciam a existência de cabelos em quantidades e longitudes perigosas susceptíveis de provocar falhas informáticos. Ademais, a progressiva miniaturización das equipas diminui a longitude necessária para provocar a falha e os pequenos voltajes de funcionamento impedem que se atinja a temperatura de fusão do metal provocando falhas crónicos que podem ser inclusive intermitentes.

Referências

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Enlaces externos

Bibliografía

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