Zinc

Zinc
   

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zinc
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
   

cobre ← zinc → galio

Apariencia
metal gris azulado
línea espectral
Generalidad
Nombre, símbolo, número atómicocinc, Zn, 30
Seriemetales de transición
Grupo , período , bloque12 , 4 , re
Densidad7 140 kg/m³
Dureza2.5
Configuración electrónica
Término espectroscópico1 S 0
Propiedades atómicas
Peso atomico65.409 uds  .
Radio atómico (calc.)135 (142)  horas
Radio covalente131 horas
Radio de Van der Waals139 horas
Configuración electrónica[ Ar ] 3d 10 4s 2
y - por nivel de energía2, 8, 18, 2
Estados de oxidación2 (anfótero)
Estructura cristalinahexagonal
Propiedades físicas
Estado de la materiasólido
punto de fusión692,68  K (419,53  °C )
Punto de ebullición1 180 K (910 °C)
Volumen molar9,16 × 10 −6   / mol
Entalpía de vaporización115,3  kJ/mol
Calor de fusión7.322 kJ/mol
Presión de vapor192,2  Pa a 692,73 K.
Velocidad del sonido3 700  m/s a 293,15 K.
Otras propiedades
número CAS7440-66-6
Electronegatividad1,65 ( escala de Pauling )
Calor especifico390 J / (kg·K)
Conductibilidad electrica16,6 × 10 6 / ( )
Conductividad térmica116 W / (m K)
Energía de primera ionización906,4 kJ/mol
Segunda energía de ionización1 733,3 kJ/mol
Tercera energía de ionización3 833 kJ/mol
Energía de cuarta ionización5 731 kJ/mol
Isótopos más estables
Yo asiN / ADTMDDelawareDP
64 Zn48,6% >2,3 × 10 18 añosβ + β +1,09664 Ni
65 Znsintético 244,26 díasε1.35265 Cu
66 Zn27,9% Zn es estable con 36 neutrones
67 Zn4,1% Zn es estable con 37 neutrones
68 Zn18,8% Zn es estable con 38 neutrones
70 Zn0,6% >1,3 × 10 16 añosβ - β- _0.99870 años
72 Znsintético 46,5 horasβ0.45872 Ga
iso: isótopo
NA: abundancia en la naturaleza
TD: vida media
DM: modo de decaimiento
DE: energía de decaimiento en MeV
DP: producto de decaimiento

El zinc es el elemento químico de número atómico 30 y su símbolo es Zn .Es el primer elemento del grupo 12 del sistema periódico , formando parte del bloque d , y por tanto es un elemento de transición .Por su afinidad por el azufre y homólogos se clasifica entre los metales "calcofílicos". [1] En estado metálico muestra un brillo gris plateado con un ligero tinte azul. [2] [3]

El zinc es sólido a temperatura ambiente . Es un metal moderadamente reactivo , que se combina con el oxígeno y otros no metales ; reacciona con ácidos diluidos para generar hidrógeno . El estado de oxidación prácticamente exclusivo del zinc es +2. Tiene características similares al magnesio , pero menor reactividad.

En presencia de ditizona asume un color rojo intenso. El zinc es un oligoelemento esencial, presente en el organismo en mayor cantidad que cualquier otro oligoelemento que no sea el hierro .

Historia

Las aleaciones de zinc se han utilizado durante siglos: el latón es sin duda el más antiguo, y los artefactos de esta aleación se encuentran en Palestina desde el 1400 al 1000 a. C. Se han encontrado objetos con un 87% de zinc puro en la Transilvania prehistórica . Debido al bajo punto de ebullición y la reactividad química de este metal (el zinc puro tiende a evaporarse en lugar de acumularse en forma líquida), los antiguos no reconocieron la verdadera naturaleza metálica de este elemento.

Los romanos conocían la fabricación del latón alrededor del año 30 d. C., con una técnica que consistía en calentar cobre y calamina en un crisol. El calor redujo los óxidos de zinc de la calamina, y el zinc libre fue capturado por el cobre, formando latón, que luego se moldeaba o forjaba.

La extracción y el uso de formas impuras de zinc se practicaban ya en el año 1000 aC en China e India ; a fines del siglo XIV, los hindúes se dieron cuenta de la existencia del zinc como un metal por derecho propio, diferente de los siete metales conocidos por los antiguos. En Occidente, el descubrimiento del zinc metálico puro parece deberse al alemán Andreas Marggraf , en 1746, aunque toda la historia tiene algunas vertientes ficticias.

Las descripciones de cómo obtener latón se encuentran en Europa occidental en los escritos de Alberto el Grande (c. 1248), y en el siglo XVI , el conocimiento y el uso del nuevo metal se difundieron ampliamente. En 1546 Agricola observó que en los hornos donde se habían fundido los panes de zinc se condensaba un metal blanco en las paredes que podía recuperarse raspándolo; en sus notas añadió que en Silesia se estaba preparando un metal muy similar, llamado zincum . Paracelso (fallecido en 1541) fue el primero en Occidente en darse cuenta de que el zincum era en realidad un metal nuevo y que tenía un conjunto de propiedades químicas distintas de las de los otros metales conocidos. Así que el zinc ya se conocía cuando Marggraf hizo su descubrimiento y, de hecho, el zinc ya había sido aislado dos años antes por otro químico, Anton von Swab. Sin embargo, la calidad y la precisión metódica de sus exhaustivos relatos fue tal que cimentó su fama como descubridor del zinc.

Antes del descubrimiento de la técnica de flotación de sulfuro de zinc , la calamina era la principal fuente de zinc metálico.

Características

En el aire, el zinc se cubre con una pátina que protege las capas subyacentes. La resistencia mecánica es baja y la dureza inferior a la del cobre.

Disponibilidad

El zinc es el vigésimo tercer elemento más abundante en la corteza terrestre ; los yacimientos de zinc más explotados suelen contener un 10% de hierro y un 40%-50% de zinc. Los minerales de los que se extrae el zinc son la esfalerita (o blenda), la smithsonita , la calamina y la franklinita .

Hay minas de zinc en todo el mundo y los mayores productores son Australia , Canadá , China , Perú y Estados Unidos . En Europa las dos minas más importantes son la Vieille Montagne en Bélgica y la Zinkgruvan en Suecia .

Principales productores de zinc en 2019 [4]
Posición Aldea Producción (toneladas)
1  Porcelana 4 210 000
2  Perú 1 400 000
3  Australia 1,330,000
4  Estados Unidos 753 000
5  India 720 000
6  México 677 000
7  Bolivia 520 000
8  Canadá 336 000
9  Kazajstán 304 000
10  Rusia 260 000
11  Suecia 245 000
12  Brasil 163 000 [5]

Extracción

El zinc es el cuarto metal más común en uso tecnológico después del hierro , el aluminio y el cobre , por tonelada de metal producida anualmente.

La extracción de zinc se lleva a cabo según dos procedimientos diferentes: por método térmico o electrolítico.

Ruta termal

Los minerales de zinc se oxidan con el aire , según la reacción:

2 ZnS + 3 O 2 → 2 ZnO + 2 SO 2

los óxidos de zinc se reducen luego térmicamente, según la reacción:

2 ZnO → 2 Zn + O 2

De esta forma se produce zinc metálico en fase de vapor ; para condensarlo posteriormente es necesario extraerlo junto con el plomo , lo que evita que la reacción vuelva hacia el óxido de zinc; el plomo y el zinc se separan posteriormente en una columna de destilación que funciona a una temperatura de aprox.750  °C en carburo de silicio , a partir del cual se obtienen zinc y plomo casi puros en estado fundido.

Vía electrolito

El óxido de zinc se lixivia con ácido sulfúrico según la reacción:

ZnO + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + 2 H +

y enviado a una celda electrolítica que contiene una solución de sulfato de zinc como electrolito ; el ánodo está formado por una placa de plomo, mientras que el cátodo está formado por una placa de zinc puro; la reacción global es:

ZnSO 4 + H 2 O → Zn + H 2 SO 4 + 1/2 O 2

obtención de cátodos de zinc puro.

El zinc en la naturaleza está compuesto por 5 isótopos : 64 Zn (el más abundante, 48,6%), 66 Zn (27,73%), 67 Zn (4,04%), 68 Zn (18,45%) y 70 Zn (0,61%). [6]

Los isótopos 66 Zn, 67 Zn y 68 Zn son estables, mientras que 64 Zn y 70 Zn tienen vidas medias (estimadas respectivamente en2,3 × 10 18 y1,3 × 10 16 años) muy superior a la edad estimada del universo , del orden de 10 10 años, y esto hace que su radiactividad sea tan reducida que resulte insignificante y permite considerarlas, en la práctica, como estables. El isótopo Zn-64 está sujeto a la descomposición por captura de doble electrón transformándose en Ni-64, que es estable. [7] En cambio, el isótopo Zn-70 está sujeto a la doble desintegración β- , transformándose en Ge -70, que es estable. [8]

Se sintetizaron y estudiaron otros 22 radioisótopos , de los cuales el más estable es el 65 Zn con una vida media de 244,26 días, que decae por captura de electrones en el 65 Cu, estable. Entre otros, están el isótopo 63 Zn, con una vida media de 38,47 minutos, que decae por emisión de positrones (β+) y captura de electrones en 63 Cu, estable, y el isótopo 72 Zn con una vida media de 46, 5 horas, que decae β- a 72 Ga, que luego decae a su vez β- a 72 Ge, estable. Todos los demás isótopos son radiactivos con vidas medias de menos de 14 horas y la mayoría de ellos tienen vidas medias de menos de un segundo. También hay 4 estados metaestables para el zinc .

El isótopo 54 Zn, con una vida media de tan solo 1,59 milisegundos, se desintegra en un 92 % con doble emisión de protones [9] (transformándose en 54 Ni ), un modo de descomposición extremadamente raro, [10] solo posible en núcleos atómicos muy deficientes en neutrones y con un número par de protones. Otro núcleo atómico que presenta este fenómeno es el 45 Fe . [11]

Compuestos

Aplicaciones

Metalurgia industrial

Recubrimientos protectores

El zinc se suele utilizar para recubrir piezas metálicas con el fin de protegerlas de la corrosión; este recubrimiento se puede hacer por:

Este recubrimiento, llamado galvanizado , es muy coherente, pero su espesor es alto y desigual; además, la temperatura del baño de fusión podría inducir tratamientos térmicos en la pieza a recubrir. El grano final es muy grueso, visible incluso a simple vista.

Mediante la galvanización se obtienen espesores muy homogéneos y reducidos, incluso en piezas de forma compleja; además, el grano cristalino es muy pequeño y conduce a un brillo superficial estéticamente agradable; la temperatura de la solución también es bastante baja (máximo 80 °C) y no puede inducir tratamientos térmicos en las piezas a recubrir; sin embargo, se debe prestar atención a los posibles efectos de borde generados por asimetrías en la pieza a recubrir.

La pieza a recubrir debe ser previamente cepillada, desengrasada, limpiada de cualquier oxidación superficial por decapado para asegurar la máxima adherencia del recubrimiento de zinc, cuya función es proteger contra la corrosión, mediante:

Zinc superplástico

Para una aleación de zinc con 21-23 % de aluminio y 0,4-0,6 % de cobre, podemos obtener un comportamiento superplástico, similar al vidrio fundido o al caucho, mediante un tratamiento de solubilización a una temperatura entre 275 y 375 °C seguido de temple y envejecimiento a una temperatura inferior a 275 °C: se forma un grano cristalino muy fino que confiere a la aleación propiedades superplásticas; si se supera la temperatura de 275 °C, la aleación pierde todas sus propiedades superplásticas;

Aleaciones de fundición

Suelen ser aleaciones de zinc-aluminio con menos del 5% de aluminio; confiere a la aleación una mejor resistencia a la corrosión, excepto en ambientes reductores, y características mecánicas superiores al zinc puro. Las estructuras dendríticas se forman durante la solidificación, fácilmente sensibles al estrés térmico y la tensión; También se requerirán tratamientos de recocido para piezas obtenidas en fundición a presión.

Acuñación de zinc

El zinc se ha utilizado durante siglos en la acuñación de monedas para crear aleaciones, pero el momento de mayor difusión fue el período bélico del siglo XX. Durante la Primera Guerra Mundial con la escasez de metales para uso bélico, algunos países reemplazaron las monedas de cobre, bronce y plata por monedas de aluminio y/o zinc. Una de las primeras naciones en adoptar la acuñación de zinc fue Alemania , que adoptó el zinc en 1916 para la acuñación menor de 10 Pfennig . Pero Bélgica y Luxemburgo también reemplazaron sus centavos de cobre con monedas de zinc durante el período de ocupación alemana en la Primera Guerra Mundial 1915-1918 .

Incluso en el período de la posguerra, Alemania continuó produciendo monedas / fichas de zinc llamadas Notgelds , y al mismo tiempo las monedas de la Ciudad Libre de Gdansk , así como las de Polonia y Bulgaria también fueron golpeadas en zinc. Durante la Segunda Guerra Mundial los países bajo la esfera de influencia del III Reich acuñaron monedas de zinc como Francia , especialmente durante la República de Vichy , Croacia , Hungría , Rumania , Serbia , las colonias francesas de Indochina , Líbano , Siria y Túnez . Después del desmembramiento de Checoslovaquia , Hitler creó un estado títere, el Protectorado de Bohemia y Moravia , cuya moneda se acuñaba exclusivamente en zinc y Eslovaquia , que acuñaba la moneda de 5 halierov en zinc.

Incluso países alejados de la guerra, como Suiza y Bolivia , se adaptaron a la acuñación de zinc . Posteriormente también todos los países ocupados por la Alemania nazi: Bélgica , Holanda , Dinamarca , Noruega e incluso la lejana Islandia . Otros cobeligerantes usaron brevemente monedas de zinc como el centavo estadounidense " Lincoln " en 1943 y el 1, 5 y 1 de Japón .10  ¥ pero solo en 1944 . Otros países, en los últimos tiempos han seguido emitiendo monedas de zinc como Perú , uno de los mayores productores del metal en el mundo, Albania , Austria y Dinamarca antes del euro .

Importancia biológica

El zinc es un elemento esencial para la vida de los seres humanos y los animales superiores: una deficiencia de zinc afecta en gran medida el crecimiento corporal y el aumento de peso. El zinc constituye partes de proteínas con dedos de zinc y enzimas con acción antioxidante como la superóxido dismutasa , o con funciones catalíticas como la anhidrasa carbónica, la alcohol deshidrogenasa y la láctica deshidrogenasa. Según algunas fuentes, tomar tabletas de zinc puede brindarle cierta inmunidad contra los resfriados y la gripe , pero la precisión de esta información es controvertida. Además, el zinc interviene en el funcionamiento de la vista, el olfato, el tacto y la memoria, y es responsable del buen funcionamiento de estos, y una deficiencia de zinc provoca disfunciones.

En los hombres, el zinc es un elemento importante para la producción de esperma : se pueden perder hasta 5 mg de zinc en una sola eyaculación. Una deficiencia de zinc puede causar una disminución en el número de espermatozoides en el semen, y viceversa, las eyaculaciones muy frecuentes pueden causar una deficiencia de zinc.

Las bajas reservas de zinc son responsables de la disminución del volumen de esperma y del nivel de testosterona .

Estudios de la Universidad de Ohio [13] muestran que la deficiencia de zinc en ratones aumenta drásticamente el nivel de inflamación y, posteriormente , in vitro en células humanas que reduce los niveles de la proteína NF-κB, un factor central en la respuesta inmune: a partir de aquí, la hipótesis de que el zinc funciona como un inmunomodulador. La proteína NF-κB transporta zinc a las células del sistema inmunitario que responden primero a las infecciones.

Efectos secundarios

El zinc es necesario para la mayoría de las metaloproteasas , que gobiernan la vascularización del tumor. Un estudio correlaciona el exceso de zinc con la síntesis de telomerasa en las células cancerosas, lo que hace que los tumores se diseminen por todo el cuerpo [14] .

Zinc en los alimentos

Los alimentos que contienen zinc son muchos, entre ellos: ostras, carnes rojas y blancas, maní, frijoles, pan integral, semillas de calabaza y semillas de girasol .

A continuación se enumeran algunos de los principales alimentos ricos en zinc (contenido en 100 g de alimento):

Los niveles de ingesta recomendados son:

El cobre antagoniza al zinc. El equilibrio cobre-zinc en los tejidos es importante para no conducir a trastornos esqueléticos y trastornos ortopédicos: se sabe que el latirismo, que aparentemente produce una deficiencia de cobre, provoca escoliosis, espondilosis y cifoescoliosis. Un exceso relativo de zinc en comparación con el cobre reduce la reticulación del colágeno, lo que provoca laxitud de los ligamentos e inestabilidad articular. En cambio, el exceso de cobre reduce el efecto del zinc en la síntesis de proteínas, lo que resulta en una deficiencia de proteínas normales.

Precauciones

El zinc metálico no es tóxico, pero existe un síndrome llamado escalofríos de zinc , que puede ocurrir por la inhalación de óxido de zinc recién formado . El consumo excesivo de zinc en la dieta puede causar deficiencias en otros minerales.

Un gran estudio epidemiológico de 47.000 hombres encontró un aumento en el cáncer de próstata para los suplementos de zinc, no dietéticos, tomados en dosis de 100 mg / día durante períodos prolongados (1 a 10 años), más en proporción a la duración de la ingesta que a la dosis [15] .
La dosis fue mucho más alta que el requerimiento de zinc de un adulto, que se calcula en 0,1 mg/kg/día. El zinc estimula la hormona del crecimiento IGF1 y la testosterona y, en dosis altas, bloquea el papel protector del selenio contra el cáncer de próstata.
Asimismo, el zinc es un potente estimulante de la respuesta inmunitaria, pero en grandes dosis la debilita.

Citas literarias

Notas

  1. ^ NN Greenwood y A. Earnshaw, Química de los elementos , 2.ª ed., Butterworth-Heinemann, 1997, p. 1202, ISBN  0-7506-3365-4 .
  2. ^ NN Greenwood y A. Earnshaw, Química de los elementos , 2.ª ed., Butterworth-Heinemann, 1997, p. 1205, ISBN  0-7506-3365-4 .
  3. ^ Pradyot Patnaik, Manual de productos químicos inorgánicos , McGraw-Hill, 2003, p. 981 , ISBN  0-07-049439-8 .
  4. ^ Estadísticas de producción de zinc de USGS
  5. ^ Anuário Mineral Brasileiro
  6. ^ G. Audi, FG Kondev y Meng Wang, La evaluación NUBASE2016 de propiedades nucleares , en Chinese Physics C , vol. 41, núm. 3, 2017-03, págs. 030001, DOI : 10.1088/1674-1137/41/3/030001 . Consultado el 22 de septiembre de 2022 .
  7. ^ DV Poda, Desintegración doble beta de ^ {64,70} Zn y ^ {180,186} W isótopos , en arXiv: 1112.1007 [nucl-ex] , 5 de diciembre de 2011, DOI : 10.48550/arxiv.1112.1007 . Consultado el 5 de junio de 2022 .
  8. ^ DV Poda, Desintegración doble beta de ^ {64,70} Zn y ^ {180,186} W isótopos , en arXiv: 1112.1007 [nucl-ex] , 5 de diciembre de 2011, DOI : 10.48550/arxiv.1112.1007 . Consultado el 22 de septiembre de 2022 .
  9. ^ P. Ascher, L. Audirac y N. Adimi, Observación directa de dos protones en la descomposición de Zn 54 , en Physical Review Letters , vol. 107, núm. 10, 1 de septiembre de 2011, págs. 102502, DOI : 10.1103/PhysRevLett.107.102502 . Consultado el 22 de septiembre de 2022 .
  10. ^ DS Delion y SA Ghinescu , Sistemática de emisión de dos protones , en Physical Review C , vol. 105, núm. 3, 7 de marzo de 2022, págs. L031301, DOI : 10.1103/PhysRevC.105.L031301 . Consultado el 22 de septiembre de 2022 .
  11. ^ ( FR ) B. Blank y G. Canchel, La radiactividad de doble protón. Una nueva forma de decadencia , en Reflets de la Physique , 2008. Consultado el 22 de septiembre de 2022 .
  12. ^ Guidausofarmaci.it .
  13. ^ El zinc es un inmunomodulador de la vía NF-κB en el epitelio pulmonar humano , en atsjournals.org , Instituto de Investigación de Hogares y Pulmones Davis de la Universidad Estatal de Ohio y Facultad de Farmacia de la Universidad Estatal de Ohio.
  14. ^ Modulación de la actividad de la telomerasa por zinc en células de cáncer renal y de próstata humano , Biochem Pharmacol. 15 de febrero de 2000, 59 (4): 401-5
  15. ^ Leitzmann MF, et al. Uso de suplementos de zinc y riesgo de cáncer de próstata , J Nat Cancer Instit 2003; 95: 1004-07, basado en datos de investigación del Estudio de seguimiento de profesionales de la salud

Bibliografía

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