Zinkgeschichte, Eigenschaften, Struktur, Risiken, verwendet

Er Zink Es handelt. Es handelt.

Es ist ein sehr bekanntes Metall in der Populärkultur; Zinkdächer sind ein Beispiel, genau wie Nahrungsergänzungsmittel zur Regulierung männlicher Hormone. Es ist in vielen Lebensmitteln und ist ein wesentliches Element für die Unendlichkeit von Stoffwechselprozessen. Im Vergleich zu den negativen Auswirkungen seines Überschusses im Körper gibt es mehrere Vorteile seiner mittelschweren Aufnahme.

Zinklegierdach des Riverside Museum. Quelle: eoin [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)]]

Zink ist lange vor seinen silbernen Farbstählen und anderen Metallen bekannt. Die Messing, eine Legierung unterschiedlicher Zusammensetzung von Kupfer und Zink, ist seit Tausenden von Jahren Teil historischer Objekte. Heute ist seine goldene Farbe normalerweise einige Musikinstrumente erlebt.

Es ist auch ein Metall, mit dem alkalische Batterien hergestellt werden, da seine Reduktionsleistung und die einfache Spende von Elektronen es zu einer guten Option als anodisches Material machen. Seine Hauptverwendung besteht darin, Stähle zu beschleunigen und sie von einem Zinklay abzudecken.

In seinen Derivatverbindungen hat eine Oxidationszahl oder ein Zustand von +2 normalerweise. Daher wird das Zn -Ion berücksichtigt²⁺ in molekulare oder ionische Umgebungen eingewickelt. Während der Zn²⁺ Es ist eine Lewis -Säure, die Probleme innerhalb von Zellen verursachen kann, die mit anderen Molekülen koordiniert werden, die positiv mit Enzymen und DNA interagieren.

Daher ist Zink ein wichtiger Cofaktor vieler Metallo-Enzyme. Trotz seiner enormen wichtigen Biochemie und dem Schein seiner Blitze und grünlichen Flammen, die zu brennen, gilt es in der Welt der Wissenschaft als "langweiliges" Metall; Da seinen Eigenschaften die Attraktivität anderer Metalle und ihr Schmelzpunkt fehlen.

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Geschichte

Antike

Zink manipuliert seit Tausenden von Jahren; Aber unbemerkt, seit der alten Zivilisationen, einschließlich Perser, Römer, Transsilvans und Griechen, bereits hergestellte Gegenstände, Münzen und Messingwaffen.

Daher ist Messing einer der ältesten Legierungen, die bekannt sind. Sie haben es aus dem Calamine Mineral, Zn, vorbereitet₄Ja₂ENTWEDER₇(OH)₂· H₂Oder welche in Gegenwart von Wolle und Kupfer ertragen und erwärmt haben.

Während des Prozesses entkommen die geringen Mengen an metallischem Zink, die sich als Dampf hätte gebildet haben können. Als die Jahrhunderte verging.

Im vierzehnten Jahrhundert in Indien hatten sie es bereits geschafft, metallisches Zink zu produzieren, das sie nannten Jasada und sie wurden zu dieser Zeit mit China vermarktet.

Und so konnten die Alchemisten es erwerben, um ihre Experimente durchzuführen. Es war der renommierte historische Charakter Paracelsus, der ihn "Zinkum" nannte, möglicherweise zur Ähnlichkeit zwischen den Zinkkristallen mit den Zähnen. Nach und nach, mitten in anderen Namen und mehreren Kulturen, wurde der Name 'Zink' für dieses Metall gekürzt.

Isolation

Während Indien seit 1300 Jahren bereits metallisches Zink produzierte, stammte dies aus der Methode, die Calamina mit Wolle verwendete. Daher war es keine Metallprobe von beträchtlicher Reinheit. William Champion verbesserte diese Methode 1738 in Großbritannien mit einem vertikalen trüben Ofen.

Im Jahr 1746 wurde der deutsche Chemiker Andreas Sigismund Marggragra, der zum ersten Mal eine Probe von reinem Zink erhalten hat. Diese Art, Zink zu produzieren, entwickelte sich kommerziell und parallel zum Champion.

Dann wurden Prozesse entwickelt, die schließlich zum Calamin wurden, wobei stattdessen Zinkoxid verwendet wurde; Das ist sehr ähnlich dem aktuellen pyrometallurgischen Prozess. Die Öfen verbesserten sich ebenfalls und konnten Mengen zunehmender Zink produzieren.

Bis dahin gab es immer noch keinen Antrag, der große Mengen an Zink forderte; Dies änderte sich jedoch mit den Beiträgen von Luigi Galvani und Alessandro Volta, die dem Konzept der Galvanisierung Platz machten. Volta entwickelte auch die sogenannte Galvanic -Zelle, und bald war das Zink Teil des Designs von trockenen Batterien.

Physikalische und chemische Eigenschaften

Aussehen

Es ist ein graues Metall, das normalerweise in granuliertem oder Staub erhältlich ist. Physisch ist es schwach, daher ist es keine gute Option für Anwendungen, bei denen Sie schwere Objekte unterstützen sollten.

Es ist auch spröde, obwohl es, wenn es über 100 ºC erhitzt wird, formbar und duktil wird; bis zu 250 ° C, Temperatur, bei der es spröde wird und wieder sprüht.

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Molmasse

65,38 g/mol

Atomnummer (z)

30

Schmelzpunkt

419,53 ºC. Dieser niedrige Schmelzpunkt weist auf seine schwache Metallbindung hin. Bei Schmelzen ist es ähnlich wie das von flüssigem Aluminium.

Siedepunkt

907 ºC

Selbstdirektionstemperatur

460 ºC

Dichte

-7,14 g/ml bei Raumtemperatur

-6,57 g/ml am Schmelzpunkt, dh nur durch Schmelzen oder Schmelzen

Fusionshitze

7,32 kJ/mol

Verdampfungswärme

115 kJ/mol

Molarenwärmekapazität

25.470 j/(mol · k)

Elektronegativität

1.65 auf der Paulingskala

Ionisationsenergien

-Erstens: 906,4 kJ/mol (Zn⁺ gasförmig)

-Zweitens: 1733.3 kJ/mol (Zn²⁺ gasförmig)

-Dritter: 3833 kJ/mol (Zn³⁺ gasförmig)

Atomradio

Empirisch 134 Uhr

Radio kovalent

122 ± 16 pm

Mohs Härte

2.5. Dieser Wert ist gegen die Härte anderer Übergangsmetalle erheblich niedriger.

Magnetische Ordnung

Diamagnetisch

Wärmeleitfähigkeit

116 w/(m · k)

Elektrischer widerstand

59 nΩ · m bei 20 ° C

Löslichkeit

Es ist in Wasser unlöslich, solange es es seine Oxidschicht schützt. Sobald dies durch den Angriff einer Säure oder einer Base entfernt wurde, reagiert das Zink mit dem Wasser, um die komplexe ACU zu bilden₂)₆²⁺, lokalisiert das Zn²⁺ Im Zentrum eines Oktaeders durch Wassermoleküle begrenzt.

Zersetzung

Beim Verbrennen können Sie giftige Partikel von Luft in der Luft freisetzen. Dabei wird eine grünliche Färbung und ein leuchtendes Licht beobachtet.

Chemische Reaktionen

Reaktion zwischen Zink und Schwefel in einem Tiegel, in dem die grünlichblaue Farbe der Flammen zu sehen ist. Quelle: eoin [CC BY-SA 4.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by-sa/4.0)]]

Zink ist ein reaktives Metall. Bei Raumtemperatur kann eine Oxidschicht nicht nur, sondern zusätzlich zu Basic Carbonat Zn abdecken₅(OH)₆(Co₃)₂, oder sogar Sulfid, Zns. Wenn diese Schicht unterschiedlicher Zusammensetzung durch den Angriff einer Säure zerstört wird, reagiert das Metall:

Zn (s) + h₂SW₄(AC) → Zn²⁺(Ac) + so₄^2–(Ac) + h₂(G)

Chemische Gleichung entspricht seiner Reaktion auf Schwefelsäure und:

Zn (s) + 4 hno₃(ac) → zn (nein₃)₂(Ac) + 2 nein₂(g) + 2 h₂Oder (l)

Mit Salzsäure. In beiden Fällen ist der Zn -Komplex ACU, obwohl es nicht geschrieben ist, vorhanden (OH₂)₆²⁺; Außer wenn das Medium grundlegend ist, dann fällt der Zinkhydroxid aus, Zn (OH)₂:

Zn²⁺(AC) +2OH^-(AC) → Zn (OH)₂(S)

Das ist ein weißer, amorpher und amphoterer Hydroxid, der weiterhin mit mehr OH -Ionen reagieren kann^-:

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

Der Zn (OH)₄^2- Es ist der Zinkato -Anion. In der Tat wird der Natriumzinkato₂[Zn (oh₄]:

Zn (s) + 2naoh (ac) + 2h₂Oder (l) → na₂[Zn (oh₄)] (ac) +h₂(G)

Außerdem kann Zink mit nicht -metallischen Elementen wie Halogenen in einem gasförmigen Zustand oder Schwefel reagieren:

Zn (s) + i₂(g) → Zni₂(S)

Zn (s) +s (s) → Zns (s) (überlegenes Bild)

Isotope

Zink existiert in der Natur als fünf Isotope: ⁶⁴Zn (49,2 %), ⁶⁶Zn (27,7 %), ⁶⁸Zn (18,5 %), ⁶⁷Zn (4 %) und ⁷⁰Zn (0,62 %). Die anderen sind synthetisch und radioaktiv.

Elektronische Struktur und Konfiguration

Zinkatome kristallisieren in einer kompakten hexagonalen Struktur (HCP), obwohl verzerrt, Produkte seiner metallischen Bindung. Valencia -Elektronen, die solche Wechselwirkungen regeln, sind gemäß elektronischer Konfiguration diejenigen, die zu 3D- und 4S -Orbitalen gehören:

[Ar] 3d¹⁰ 4s²

Beide Orbitale sind vollständig.

Folglich sind Zn -Atome nicht sehr kohärent und in ihrem niedrigen Schmelzpunkt (419,53 ºC) im Vergleich zu anderen Übergangsmetallen hergestellt. In der Tat ist dies ein Merkmal der Metalle der Gruppe 12 (neben Quecksilber und Cadmium). Manchmal bezweifeln sie, dass Elemente von Block D wirklich berücksichtigt werden sollten.

Obwohl die 3D- und 4S -Orbitale voll sind, ist Zink ein guter Stromleiter. Daher können ihre Valencia -Elektronen das Fahrband „springen“.

Oxidationszahlen

Es ist für Zink unmöglich, seine zwölf Elektronen Valencia zu verlieren oder eine Oxidationszahl oder einen Zustand von +12 zu haben, unter der Annahme der Existenz des Zn -Kationen¹²⁺. Stattdessen verliert es nur zwei seiner Elektronen; Speziell die des 4S -Orbital. Scholambara).

In diesem Fall wird gesagt, dass Zink an der Verbindung mit einer Oxidationsnummer oder einem Zustand von +2 beteiligt ist; das heißt unter der Annahme der Existenz des Zn -Kationen²⁺. Zum Beispiel hat Zink in seinem Oxid ZnO diese Oxidationszahl (Zn²⁺ENTWEDER^2-). Gleiches gilt für viele andere Verbindungen und denken, dass nur Zn (ii) existiert.

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Es gibt jedoch auch Zn (i) oder Zn⁺, das hat nur eines der Elektronen des 4S -Orbitals verloren. Eine weitere mögliche Oxidationszahl für Zink ist 0 (Zn⁰), wo ihre neutralen Atome mit gasförmigen oder organischen Molekülen interagieren. Daher kann es als Zn erscheinen²⁺, Zn⁺ oder Zn⁰.

Wie wird es erhalten?

Rohmaterial

Mineralprobe aus Rumänien. Quelle: James st. John [CC von 2.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/by/2.0)]]

Zink ist in Positionsnummer vierundzwanzig der am häufigsten vorkommenden Elemente der Erdekortex. Es kommt normalerweise in Schwefelmineralien vor, die auf die Breite des Planeten verteilt sind.

Um das Metall in seiner reinen Form zu erhalten, ist es zunächst notwendig, die Felsen in unterirdischen Tunneln zu sammeln und die Zink -reichen Mineralien zu konzentrieren, die den wahren Rohstoff darstellen.

Unter diesen Mineralien können erwähnt werden: Sphalerit oder Wurzita (Zns), Fünfziger (ZnO), Willemita (Zn₂Siio₄), EsMitsonita (Znco₃) und Gahnita (Znal₂ENTWEDER₄). Die Spheny ist bei weitem die Hauptquelle von Zink.

Kalzinierung

Sobald sich das Mineral nach einem Prozess der Flotation und Reinigung der Gesteine ​​konzentriert hat, muss es berechnet werden, um die Sulfide in ihren jeweiligen. In diesem Schritt erwärmt sich das Mineral einfach in Gegenwart von Sauerstoff und entwickelt die folgende chemische Reaktion:

2 Zns (s) + 3 o₂(g) → 2 Zno (s) + 2 also₂(G)

Das so₂ reagiert auch mit Sauerstoff, um dies zu erzeugen₃, Verbindung für Schwefelsäure -Synthese.

Sobald das ZnO erhalten wurde.

Pyrometallurgischer Prozess

ZnO wird unter Verwendung von Kohle (Mineral oder Coque) oder Kohlenmonoxid reduziert:

2 Zno (s) + C (s) → 2 Zn (g) + co₂(G)

ZnO (s) + co (g) → Zn (g) + co₂(G)

Die Schwierigkeit, diesem Prozess auszusetzen. Deshalb müssen Zinkdämpfe destilliert und von anderen Gasen getrennt werden, während ihre Kristalle an geschmolzenem Blei kondensiert werden.

Elektrolytischer Prozess

Von den beiden Methoden der Erlangung ist dies die weltweit am häufigsten verwendete Methoden. Das ZnO reagiert mit verdünntem Schwefelsäure auf das Auslaugen von Zinkionen wie ihr Sulfatsalz:

Zno (s) + h₂SW₄(AC) → ZnSO₄(Ac) + h₂Oder (l)

Schließlich sind diese Lösung Elektrolys, um das metallische Zink zu erzeugen:

2 Znso₄(Ac) + 2 h₂Oder (l) → 2 Zn (s) + 2 h₂SW₄(ac) + oder₂(G)

Risiken

Im Teil der chemischen Reaktionen wurde erwähnt, dass Wasserstoffgas eines der Hauptprodukte ist, wenn Zink mit Wasser reagiert. Deshalb muss es in einem metallischen Zustand ordnungsgemäß und über die Reichweite von Säuren, Basen, Wasser, Schwefel oder einer Wärmequelle hinaus gelagert werden. Andernfalls läuft das Risiko des Brandes.

Je feiner geteilt das Zink ist, desto größer ist das Feuerrisiko oder sogar die Explosion.

Für den Rest, solange die Temperatur nicht nahe bei 500 ° C liegt, ist die feste oder granulierte Form keine Gefahr. Wenn es von einer Oxidschicht bedeckt ist, kann sie mit nackten Händen manipuliert werden, da es nicht mit ihrer Luftfeuchtigkeit reagiert. Wie jeder Feste ist es jedoch irritierend für Augen und Atemwege.

Obwohl Zink für die Gesundheit unverzichtbar ist, kann eine übermäßige Dosis die folgenden Symptome oder lateralen Wirkungen verursachen:

- Übelkeit, Erbrechen, Verdauungsstörungen, Kopfschmerzen und Magen oder Durchfall.

- Verdrängt Kupfer und Eisen während seiner Absorption im Darm, was sich in wachsenden Schwächen in den Gliedmaßen widerspiegelt.

- Nierenberechnungen.

- Verlust des Geruchssinns.

Anwendungen

- Metall

Legierungen

Viele Musikinstrumente bestehen aus Messing, einem Legierungskupfer und Zink. Quelle: pxhere.

Vielleicht ist Zink eine der Metalle, zusammen mit Kupfer, die die bekanntesten Legierungen bildet: Messing und verzinktes Eisen. Das Messing wurde beobachtet.

Metallic Zink selbst hat nicht zu viele Verwendungszwecke, obwohl er gerollt ist. Wenn eine Schicht dieses Metalls auf einem anderen elektrodepos ist, schützt der erste die zweite vor Korrosion, indem sie anfälliger für Oxidationsmittel ist. Das heißt, Zink oxidiert vor dem Eisen.

Deshalb werden Stähle verzinkt (sie decken mit Zink ab), um ihre Haltbarkeit zu erhöhen. Beispiele für diese verzinkten Stähle sind auch in "Zink" -Dach -Symphine vorhanden.

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Sie haben auch Aluzinc, eine Aluminium-Zink-Legierung, die in Zivilkonstruktionen verwendet wird.

Reduktionsmittel

Zink ist ein guter Reduktionsmittel, so dass es seine Elektronen verliert, damit eine andere Art sie gewinnt. Besonders ein Metallkation. Wenn die Verringerung der Reduzierung stäubt, ist es noch schneller als die des granulierten Feststoffs.

Es wird in den Prozessen verwendet, um Metalle aus seinen Mineralien zu erhalten; wie Rodio, Silber, Cadmium, Gold und Kupfer.

Ebenso wird seine Reduktionswirkung zur Reduzierung organischer Arten verwendet, die in der Ölindustrie wie Benzol und Benzin oder in der Pharmaindustrie beteiligt sein können. Auf der anderen Seite findet Zinkstaub auch Anwendung in den alkalischen Batterien von Zinkmangan-Dioxid.

Sonstig

Zinkstaub angesichts seiner Reaktivität und einer energetischeren Verbrennung, findet in den Köpfen der Übereinstimmungen, in Sprengstoff und Feuerwerk als Additiv verwendet (sie lehren weiße Blitze und grünliche Flammen).

- Verbindungen

Sulfid

Beobachten Sie mit phosphoreszierenden Farbe in Nadeln und Stunden. Quelle: Francis Flinch [Public Domain]

Zinksulfid hat die Eigenschaft, phosphoreszierend und lumineszierend zu sein, so dass es bei der Ausarbeitung von Lichtfarben verwendet wird.

Oxid

Die weiße Farbe seines Oxids wird wie seine Halb- und Fotoleitfähigkeit als Keramikpigment und Papiere verwendet. Darüber hinaus ist es in den Talk, Kosmetik, Gummi, Kunststoffen, Stoffen, Medikamenten, Tinten und Emails vorhanden.

Nahrungsergänzung

Unser Körper braucht Zink, um viele seiner lebenswichtigen Funktionen zu erfüllen. Um es zu erwerben, ist es in einige Nahrungsergänzungsmittel in Form von Oxid, Gluconat oder Acetat integriert. Es ist auch in Cremes vorhanden, um Verbrennungen und Hautreizungen sowie in den Shampusse zu lindern.

Einige bekannte oder damit verbundene Vorteile bei der Zinkaufnahme sind:

- Verbessern Sie das Immunsystem.

- Es ist ein gutes entzündungshemmendes entzündungshemmendes.

- Verringert die nervigen Symptome der Erkältung.

- Verhindert Zellschäden in der Netzhaut, daher wird sie für das Sehen empfohlen.

- Es hilft bei der Regulierung der Testosteronspiegel und ist ebenfalls mit der Fruchtbarkeit von Männern, der Qualität ihrer Spermien und der Entwicklung von Muskelgewebe verbunden.

- Reguliert die Interaktionen zwischen Gehirnneuronen, so dass sie mit Verbesserungen des Gedächtnisses und des Lernens verbunden ist.

-Und außerdem ist es bei der Behandlung von Durchfall wirksam.

Diese Zinkpräparate werden auf dem Markt als Kapseln, Tabletten oder Sirupe erreicht.

Biologisches Papier

In carbonischer Anhydrase und Carboxympidase

Es wird angenommen, dass Zink Teil von 10% der gesamten Enzyme des menschlichen Körpers ist, ungefähr 300 Enzyme. Unter ihnen können sie Carboanhydrase und Carboxipeptidase erwähnen.

Carboanhydrase, ein zinkabhängiges Enzym, wirkt auf Gewebeebene, die die Reaktion von Kohlendioxid mit Wasser zur Bildung von Bicarbonat katalysiert. Beim Bicarbonat in die Lunge kehrt das Enzym die Reaktion um und Kohlendioxid wird gebildet, die während des Auslands im Ausland ausgeschlossen wird.

Carboxipeptidase ist eine Exopeptidase, die Proteine ​​verdaut und Aminosäuren freigibt. Zink wirkt durch eine positive Belastung, die die Wechselwirkung des Enzyms mit dem ausgrabenen Protein erleichtert.

In der Prostataoperation

Zink ist in verschiedenen Organen des menschlichen Körpers vorhanden, zeigt aber die größte Konzentration in der Prostata und dem Sperma. Zink ist verantwortlich für die ordnungsgemäße Prostata -Funktion und bei der Entwicklung männlicher Fortpflanzungsorgane.

Zinkfinger

Zink interveniert in RNA -Stoffwechsel und DNA. Zinkfinger (Zn-Finger) bestehen aus Zinkatomen, die als Bindungsbrücken zwischen Proteinen dienen, die zusammen in mehreren Funktionen eingreifen.

Zinkfinger sind nützlich für das Lesen, Schreiben und Transkription von DNA. Darüber hinaus gibt es Hormone, die sie in Funktionen verwenden, die mit der Wachstumshomöostase im gesamten Körper verbunden sind.

In der Glutamatregulierung

Glutamat ist der wichtigste exzitatorische Neurotransmitter im Gehirnrinde und im Hirnstamm. Zink sammelt sich in glutaminergen präsynaptischen Vesikeln an, wobei die Regulation des Neurotransmitters Glutamat und der neuronalen Erregbarkeit interveniert.

Es gibt Hinweise darauf, dass eine übertriebene Freisetzung des Neurotransmitter -Glutamat eine neurotoxische Wirkung haben kann. Daher gibt es Mechanismen, die ihre Befreiung regulieren. Die Zinkhomöostase spielt somit eine wichtige Rolle bei der funktionellen Regulierung des Nervensystems.

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