le zinc C'est un métal de transition qui appartient au groupe 12 du tableau périodique et est représenté par le symbole chimique Zn. C'est l'élément numéro 24 en abondance dans la croûte terrestre, trouvé dans les minéraux soufrés, tels que la sphalérite, ou les carbonates, tels que la smitsonite..
C'est un métal très connu dans la culture populaire; Les toits de zinc en sont un exemple, tout comme les suppléments pour réguler les hormones mâles. Il se trouve dans de nombreux aliments et est un élément essentiel pour d'innombrables processus métaboliques. Il y a plusieurs avantages de son apport modéré par rapport aux effets négatifs de son excès dans le corps.
Le zinc était connu bien avant ses aciers galvanisés couleur argent et autres métaux. Le laiton, alliage de composition variée de cuivre et de zinc, fait partie des objets historiques depuis des milliers d'années. Aujourd'hui, sa couleur dorée est généralement vue dans certains instruments de musique.
De même, c'est un métal avec lequel les piles alcalines sont fabriquées, car son pouvoir réducteur et sa facilité à donner des électrons en font une bonne option en tant que matériau anodique. Son utilisation principale est de galvaniser les aciers, en les recouvrant d'une couche de zinc qui s'oxyde ou se sacrifie pour empêcher le fer en dessous de se corroder plus tard..
Dans ses composés dérivés, il a presque toujours un indice ou un état d'oxydation de +2. Par conséquent, l'ion Zn est considérédeux+ enveloppé dans des environnements moléculaires ou ioniques. Alors que Zndeux+ c'est un acide de Lewis qui peut causer des problèmes au sein des cellules, coordonné avec d'autres molécules, interagit positivement avec les enzymes et l'ADN.
Ainsi, le zinc est un cofacteur important pour de nombreuses métallo-enzymes. Malgré sa biochimie extrêmement importante et l'éclat de ses éclairs verdâtres et de ses flammes lors de la combustion, dans le monde de la science, il est considéré comme un métal "ennuyeux"; depuis, ses propriétés n'ont pas l'attrait des autres métaux, ainsi que son point de fusion est considérablement plus bas que le leur.
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Le zinc a été manipulé pendant des milliers d'années; mais de manière inaperçue, puisque les civilisations anciennes, y compris les Perses, les Romains, les Transylvains et les Grecs, fabriquaient déjà des objets en laiton, des pièces de monnaie et des armes.
Par conséquent, le laiton est l'un des plus anciens alliages connus. Ils l'ont préparé à partir de la calamine minérale, Zn4OuideuxOU ALORS7(OH)deuxHdeuxOu, qu'ils ont broyé et chauffé en présence de laine et de cuivre.
Au cours du processus, les petites quantités de zinc métallique qui auraient pu se former se sont échappées sous forme de vapeur, ce qui a retardé son identification en tant qu'élément chimique pendant des années. Au fil des siècles, le laiton et les autres alliages ont augmenté leur teneur en zinc, paraissant plus grisâtre.
Au 14ème siècle, en Inde, ils avaient déjà réussi à produire du zinc métallique, qu'ils appelaient Jasada et ils l'ont commercialisé à ce moment-là avec la Chine.
Et ainsi les alchimistes ont pu l'acquérir pour mener à bien leurs expériences. C'est le célèbre personnage historique Paracelse qui l'a nommé «zincum», peut-être à cause de la ressemblance entre les cristaux de zinc et les dents. Petit à petit, au milieu d'autres noms et de cultures diverses, le nom de `` zinc '' a fini par cailler pour ce métal.
Bien que l'Inde produise déjà du zinc métallique depuis les années 1300, cela provenait de la méthode qui utilisait la calamine avec de la laine; ce n'était donc pas un échantillon métallique d'une pureté considérable. William Champion a amélioré cette méthode en 1738, en Grande-Bretagne, à l'aide d'un four à cornue verticale.
En 1746, le chimiste allemand Andreas Sigismund Marggraf obtint pour la "première fois" un échantillon de zinc pur en chauffant de la calamine en présence de charbon de bois (meilleur réducteur que la laine), à l'intérieur d'un récipient contenant du cuivre. Cette façon de produire du zinc s'est développée commercialement et en parallèle avec celle de Champion.
Plus tard, des procédés ont été développés qui sont finalement devenus indépendants de la calamine, utilisant plutôt de l'oxyde de zinc; en d'autres termes, très similaire au processus pyrométallurgique actuel. Les fours se sont également améliorés, étant capables de produire des quantités croissantes de zinc..
Jusque-là, aucune application n'exigeait d'énormes quantités de zinc; mais cela a changé avec les contributions de Luigi Galvani et d'Alessandro Volta, qui ont cédé la place au concept de galvanisation. Volta a également mis au point ce que l'on appelle une cellule galvanique, et le zinc a rapidement fait partie de la conception des cellules sèches..
C'est un métal grisâtre, généralement disponible sous forme de granulés ou de poudre. Physiquement, il est faible, ce n'est donc pas une bonne option pour les applications où il doit supporter des objets lourds.
De même, il est cassant, bien que lorsqu'il est chauffé au-dessus de 100 ºC, il devient malléable et ductile; jusqu'à 250 ºC, température à laquelle il redevient cassant et pulvérisable.
65,38 g / mol
30
419,53 ° C. Ce bas point de fusion indique sa faible liaison métallique. Une fois fondu, il a une apparence similaire à l'aluminium liquide.
907 ºC
460 ºC
-7,14 g / mL à température ambiante
-6,57 g / mL au point de fusion, c'est-à-dire juste au moment de la fusion ou de la fusion
7,32 kJ / mol
115 kJ / mol
25 470 J / (mol K)
1,65 sur l'échelle de Pauling
-Premièrement: 906,4 kJ / mol (Zn+ gazeux)
-Deuxième: 1733,3 kJ / mol (Zndeux+ gazeux)
-Troisième: 3833 kJ / mol (Zn3+ gazeux)
Empirique 134 pm
122 ± 16 h
2.5. Cette valeur est considérablement inférieure par rapport à la dureté d'autres métaux de transition, c'est-à-dire le tungstène..
Diamagnétique
116 W / (m K)
59 nΩm à 20 ° C
Il est insoluble dans l'eau tant que sa couche d'oxyde le protège. Une fois que celui-ci est éliminé par l'attaque d'un acide ou d'une base, le zinc finit par réagir avec l'eau pour former le complexe aqueux, Zn (OHdeux)6deux+, localiser le Zndeux+ au centre d'un octaèdre délimité par des molécules d'eau.
Lorsqu'il brûle, il peut libérer des particules toxiques de ZnO dans l'air. Dans le processus, une flamme verdâtre et une lumière rougeoyante sont observées.
Le zinc est un métal réactif. À température ambiante, il peut non seulement être recouvert d'une couche d'oxyde, mais également de carbonate basique, Zn5(OH)6(CO3)deux, ou même du soufre, ZnS. Lorsque cette couche de composition variée est détruite par l'attaque d'un acide, le métal réagit:
Zn (s) + HdeuxSW4(ac) → Zndeux+(ac) + SO42−(ac) + Hdeux(g)
Équation chimique correspondant à sa réaction avec l'acide sulfurique et:
Zn (s) + 4 HNO3(ac) → Zn (NON3)deux(ac) + 2 NONdeux(g) + 2 HdeuxO (l)
Avec de l'acide chlorhydrique. Dans les deux cas, bien que non écrit, le complexe aqueux Zn (OHdeux)6deux+; sauf si le milieu est basique, car il précipite sous forme d'hydroxyde de zinc, Zn (OH)deux:
Zndeux+(aq) + 2OH-(ac) → Zn (OH)deux(s)
Qui est un hydroxyde blanc, amorphe et amphotère, capable de continuer à réagir avec plus d'ions OH-:
Zn (OH)deux(s) + 2OH-(ac) → Zn (OH)4deux-(ac)
Zn (OH)4deux- est l'anion zincate. En fait, lorsque le zinc réagit avec une base aussi forte, telle que le NaOH concentré, le complexe de zincate de sodium, Nadeux[Zn (OH4]:
Zn (s) + 2NaOH (aq) + 2HdeuxO (l) → Nadeux[Zn (OH4)] (aq) + Hdeux(g)
De même, le zinc peut réagir avec des éléments non métalliques, tels que les halogènes à l'état gazeux ou le soufre:
Zn (s) + Ideux(g) → ZnIdeux(s)
Zn (s) + S (s) → ZnS (s) (image du haut)
Le zinc existe dans la nature sous forme de cinq isotopes: 64Zn (49,2%), 66Zn (27,7%), 68Zn (18,5%), 67Zn (4%) et 70Zn (0,62%). Les autres sont synthétiques et radioactifs.
Les atomes de zinc cristallisent en une structure hexagonale compacte mais déformée (hcp), un produit de leur liaison métallique. Les électrons de valence qui régissent ces interactions sont, selon la configuration électronique, ceux appartenant aux orbitales 3d et 4s:
[Ar] 3ddix 4 sdeux
Les deux orbitales sont complètement remplies d'électrons, de sorte que leur chevauchement n'est pas très efficace, même lorsque les noyaux de zinc exercent une force d'attraction sur eux..
Par conséquent, les atomes de Zn ne sont pas très cohésifs, ce qui se reflète dans leur bas point de fusion (419,53 ° C) par rapport aux autres métaux de transition. En fait, c'est une caractéristique des métaux du groupe 12 (avec le mercure et le cadmium), donc ils se demandent parfois s'ils devraient vraiment être considérés comme des éléments du bloc d.
Bien que les orbitales 3d et 4s soient pleines, le zinc est un bon conducteur d'électricité; par conséquent, ses électrons de valence peuvent "sauter" vers la bande de conduction.
Il est impossible pour le zinc de perdre ses douze électrons de valence ou d'avoir un indice d'oxydation ou un état de +12, en supposant l'existence du cation Zn.12+. Au lieu de cela, il ne perd que deux de ses électrons; spécifiquement ceux de l'orbitale 4s, se comportant de manière similaire aux métaux alcalino-terreux (M. Becambara).
Lorsque cela se produit, on dit que le zinc participe au composé avec un indice ou un état d'oxydation de +2; c'est-à-dire en supposant l'existence du cation Zndeux+. Par exemple, dans son oxyde, ZnO, le zinc a cet indice d'oxydation (Zndeux+OU ALORSdeux-). La même chose s'applique à de nombreux autres composés, en venant à penser que seul Zn (II) existe.
Cependant, il y a aussi Zn (I) ou Zn+, qui n'a perdu qu'un des électrons de l'orbitale 4s. Un autre nombre d'oxydation possible pour le zinc est 0 (Zn0), où ses atomes neutres interagissent avec des molécules gazeuses ou organiques. Par conséquent, il peut être présenté comme Zndeux+, Zn+ ou Zn0.
Le zinc occupe la 24e position des éléments les plus abondants de la croûte terrestre. On le trouve généralement dans les minéraux soufrés, répartis sur toute la planète.
Pour obtenir le métal sous sa forme pure, il faut d'abord collecter les roches situées dans des tunnels souterrains et concentrer les minéraux riches en zinc, qui représentent la véritable matière première..
Ces minéraux comprennent: la sphalérite ou wurzite (ZnS), la zincite (ZnO), la willémite (ZndeuxOui4), smitsonite (ZnCO3) et la gahnite (ZnAldeuxOU ALORS4). La sphalérite est de loin la principale source de zinc.
Une fois le minéral concentré après un processus de flottation et d'épuration des roches, il doit être calciné pour transformer les sulfures en leurs sulfures respectifs. Dans cette étape, le minéral est simplement chauffé en présence d'oxygène, développant la réaction chimique suivante:
2 ZnS (s) + 3 Odeux(g) → 2 ZnO (s) + 2 SOdeux(g)
Sodeux réagit également avec l'oxygène pour générer du SO3, composé destiné à la synthèse de l'acide sulfurique.
Une fois le ZnO obtenu, il peut subir soit un processus pyrométallurgique, soit une électrolyse, dont le résultat final est la formation de zinc métallique..
Le ZnO est réduit à l'aide de charbon (minéral ou coke) ou de monoxyde de carbone:
2 ZnO (s) + C (s) → 2 Zn (g) + COdeux(g)
ZnO (s) + CO (g) → Zn (g) + COdeux(g)
La difficulté rencontrée par ce procédé est la génération de zinc gazeux, du fait de son bas point d'ébullition, qui est surmonté par les températures élevées du four. C'est pourquoi les vapeurs de zinc doivent être distillées et séparées des autres gaz, tandis que leurs cristaux se condensent sur du plomb fondu..
Des deux méthodes de collecte, c'est la plus utilisée dans le monde. Le ZnO réagit avec l'acide sulfurique dilué pour lessiver les ions zinc sous forme de sel sulfate:
ZnO (s) + HdeuxSW4(ac) → ZnSO4(ac) + HdeuxO (l)
Enfin cette solution est électrolysée pour générer du zinc métallique:
2 ZnSO4(ac) + 2 HdeuxO (l) → 2 Zn (s) + 2 HdeuxSW4(ac) + Odeux(g)
Dans la sous-section sur les réactions chimiques, il a été mentionné que l'hydrogène gazeux est l'un des principaux produits lorsque le zinc réagit avec l'eau. C'est pourquoi, à l'état métallique, il doit être correctement stocké et hors de portée des acides, des bases, de l'eau, du soufre ou de toute source de chaleur; sinon, il y a un risque d'incendie.
Plus le zinc est divisé, plus le risque d'incendie ou même d'explosion est grand..
Sinon, tant que la température n'est pas proche de 500 ºC, sa forme solide ou granulaire ne présente aucun danger. S'il est recouvert d'une couche d'oxyde, il peut être manipulé à mains nues, car il ne réagit pas avec leur humidité; cependant, comme tout solide, il est irritant pour les yeux et les voies respiratoires.
Bien que le zinc soit essentiel pour la santé, une dose excessive peut provoquer les symptômes ou effets secondaires suivants:
- Nausées, vomissements, indigestion, maux de tête et maux d'estomac ou diarrhée.
- Élimine le cuivre et le fer lors de l'absorption par l'intestin, ce qui se traduit par une faiblesse croissante des membres.
- Calculs rénaux.
- Perte de l'odorat.
Le zinc est peut-être l'un des métaux, avec le cuivre, qui forme les alliages les plus populaires: le laiton et le fer galvanisé. Le laiton a été observé à de nombreuses reprises au cours d'un orchestre musical, car la lueur dorée des instruments est due en partie audit alliage de cuivre et de zinc..
Le zinc métallique lui-même n'a pas beaucoup d'utilisations, bien qu'enroulé, il sert d'anode pour les cellules sèches et, sous forme de poudre, il est destiné à être un agent réducteur. Lorsqu'une couche de ce métal est électrodéposée sur une autre, la première protège la seconde de la corrosion en étant plus sensible à l'oxydation; c'est-à-dire que le zinc s'oxyde avant le fer.
C'est pourquoi les aciers sont galvanisés (revêtus de zinc) pour augmenter leur durabilité. Des exemples de ces aciers galvanisés sont également présents dans les toitures sans fin en «zinc», dont certaines sont recouvertes d'une couche de peinture verte, et dans les carrosseries d'autobus, les ustensiles ménagers et les ponts suspendus..
Il existe également de l'aluzinc, un alliage aluminium-zinc utilisé dans les constructions civiles..
Le zinc est un bon agent réducteur, il perd donc ses électrons pour qu'une autre espèce en gagne; en particulier un cation métallique. Sous forme de poudre, son action réductrice est encore plus rapide que celle des granulés solides..
Il est utilisé dans les processus d'obtention de métaux à partir de leurs minéraux; comme le rhodium, l'argent, le cadmium, l'or et le cuivre.
De même, son action réductrice est utilisée pour réduire les espèces organiques, qui peuvent être impliquées dans l'industrie pétrolière, comme le benzène et l'essence, ou dans l'industrie pharmaceutique. D'autre part, la poussière de zinc trouve également une application dans les piles alcalines de zinc-dioxyde de manganèse..
La poussière de zinc, compte tenu de sa réactivité et de sa combustion plus énergique, trouve son utilisation comme additif dans les têtes d'allumettes, dans les explosifs et les feux d'artifice (elles donnent des éclairs blancs et des flammes verdâtres)..
Le sulfure de zinc a la propriété d'être phosphorescent et luminescent, c'est pourquoi il est utilisé dans la production de peintures lumineuses..
La couleur blanche de son oxyde, ainsi que sa semi et photoconductivité, est utilisée comme pigment dans les céramiques et papiers. De plus, il est présent dans le talc, les cosmétiques, les caoutchoucs, les plastiques, les tissus, les médicaments, les encres et les émaux..
Notre corps a besoin de zinc pour remplir bon nombre de ses fonctions vitales. Pour l'acquérir, il est incorporé dans certains compléments nutritionnels sous forme d'oxyde, de gluconate ou d'acétate. Il est également présent dans les crèmes pour soulager les brûlures et les irritations cutanées, et dans les shampooings.
Certains avantages connus ou associés à la prise de zinc sont:
- Améliore le système immunitaire.
- C'est un bon anti-inflammatoire.
- Réduit les symptômes gênants du rhume.
- Empêche les dommages cellulaires dans la rétine, il est donc recommandé pour la vision.
- Il aide à réguler les niveaux de testostérone et est également associé à la fertilité des hommes, à la qualité de leur sperme et au développement du tissu musculaire..
- Régule les interactions entre les neurones cérébraux, c'est pourquoi il est lié à des améliorations de la mémoire et de l'apprentissage.
-Et en plus, il est efficace dans le traitement de la diarrhée.
Ces suppléments de zinc sont disponibles dans le commerce sous forme de capsules, de comprimés ou de sirops..
On pense que le zinc fait partie de 10% des enzymes totales du corps humain, soit environ 300 enzymes. Parmi eux, on peut citer l'anhydrase carbonique et la carboxypeptidase..
L'anhydrase carbonique, une enzyme dépendante du zinc, agit au niveau des tissus en catalysant la réaction du dioxyde de carbone avec l'eau pour former du bicarbonate. Lorsque le bicarbonate atteint les poumons, l'enzyme inverse la réaction et du dioxyde de carbone se forme, qui est expulsé vers l'extérieur pendant l'expiration..
La carboxypeptidase est une exopeptidase qui digère les protéines, libérant des acides aminés. Le zinc agit en fournissant une charge positive qui facilite l'interaction de l'enzyme avec la protéine qu'il digère..
Le zinc est présent dans différents organes du corps humain, mais il a la concentration la plus élevée dans la prostate et dans le sperme. Le zinc est responsable du bon fonctionnement de la prostate et du développement des organes reproducteurs mâles.
Le zinc est impliqué dans le métabolisme de l'ARN et de l'ADN. Les doigts de zinc (doigts de Zn) sont constitués d'atomes de zinc qui servent de ponts entre les protéines, qui ensemble sont impliquées dans diverses fonctions.
Les doigts en zinc sont utiles pour la lecture, l'écriture et la transcription de l'ADN. En outre, il existe des hormones qui les utilisent dans des fonctions associées à l'homéostasie de la croissance dans tout le corps..
Le glutamate est le principal neurotransmetteur excitateur du cortex cérébral et du tronc cérébral. Le zinc s'accumule dans les vésicules présynaptiques glutaminergiques, intervenant dans la régulation de la libération du neurotransmetteur glutamate et dans l'excitabilité neuronale.
Il existe des preuves qu'une libération exagérée du neurotransmetteur glutamate peut avoir une action neurotoxique. Par conséquent, il existe des mécanismes qui régulent sa libération. L'homéostasie du zinc joue ainsi un rôle important dans la régulation fonctionnelle du système nerveux..
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