SINK: HISTORIE, EGENSKAPER, STRUKTUR, RISIKO, BRUK - KJEMI - 2024

Den sink er et overgangsmetall tilhørende gruppe 12 i det periodiske system, og er representert ved den kjemiske symbol Zn. Det er det 24. elementet i overflod i jordskorpen, som finnes i svovelmineraler, for eksempel sfæraleritt, eller karbonater, for eksempel smitsonitt.

Det er et metall som er veldig kjent i populærkulturen; sinktak er et eksempel, i tillegg til kosttilskudd for å regulere mannlige hormoner. Det finnes i mange matvarer og er et essensielt element for utallige metabolske prosesser. Det er flere fordeler med det moderate inntaket sammenlignet med de negative effektene av overflødig i kroppen.

Sink legering tak av Riverside Museum. Kilde: Eoin

Sink har vært kjent lenge før det er sølvfargede galvaniserte stål og andre metaller. Messing, en legering med variert sammensetning av kobber og sink, har vært en del av historiske gjenstander i tusenvis av år. I dag sees ofte den gyldne fargen i noen musikkinstrumenter.

På samme måte er det et metall som alkaliske batterier er laget med, siden dens reduserende kraft og enkle å donere elektroner gjør det til et godt alternativ som anodisk materiale. Den viktigste bruken er å galvanisere stål, belegge dem med et lag med sink som oksiderer eller ofrer for å forhindre at jernet under korroderer senere.

I derivatforbindelsene har den nesten alltid et oksidasjonsnummer eller -tilstand på +2. Derfor anses Zn ²⁺ -ionet å være innkapslet av molekylære eller ioniske miljøer. Selv om Zn ²⁺ er en Lewis-syre som kan forårsake problemer i celler, koordinert med andre molekyler, samhandler den positivt med enzymer og DNA.

Dermed er sink en viktig kofaktor for mange metalloenzymer. Til tross for den enormt viktige biokjemien, og glansen av dens grønlige blinker og flammer når den brenner, anses den innen vitenskapens verden som et "kjedelig" metall; siden dens egenskaper mangler attraktiviteten til andre metaller, så vel som at smeltepunktet er betydelig lavere enn deres.

Historie

antikken

Sink har blitt manipulert i tusenvis av år; men på en ubemerket måte, siden eldgamle sivilisasjoner, inkludert persere, romere, transylvanere og grekere, allerede laget gjenstander, mynter og messingvåpen.

Derfor er messing en av de eldste kjente legeringene. De fremstilles det fra mineral calamine, Zn ₄ Si ₂ O ₇ (OH) ₂ -H ₂ O, som de bakken og oppvarmes i nærvær av ull og kobber.

Under prosessen slapp de små mengder metallisk sink som kan ha dannet seg som damp, et faktum som forsinket identifikasjonen som et kjemisk element i årevis. Etter hvert som århundrene gikk, økte messingen og andre legeringer sinkinnholdet og så mer gråaktig ut.

På det fjortende århundre, i India, hadde de allerede klart å produsere metallisk sink, som de kalte Jasada og deretter handlet det med Kina.

Og slik klarte alkymistene å skaffe seg den for å utføre eksperimentene sine. Det var den anerkjente historiske figuren Paracelsus som kalte den 'zincum', muligens fra likheten mellom sinkkrystaller og tenner. Litt etter litt, midt i mellom andre navn og forskjellige kulturer, endte navnet 'sink' opp for å kramme for dette metallet.

Isolering

Selv om India allerede produserte metallisk sink siden 1300-tallet, kom dette fra metoden som brukte kalamin med ull; derfor var det ikke en metallprøve med betydelig renhet. William Champion forbedret denne metoden i 1738, Storbritannia, ved å bruke en vertikal retortovn.

I 1746 skaffet den tyske kjemikeren Andreas Sigismund Marggraf for "første gang" en prøve av ren sink ved å varme opp kalamin i nærvær av trekull (et bedre reduksjonsmiddel enn ull), inne i en beholder med kobber. Denne måten å produsere sink utviklet kommersielt og parallelt med Champion's.

Senere ble det utviklet prosesser som til slutt ble uavhengige av calamine, ved å bruke sinkoksid i stedet; med andre ord veldig lik den nåværende pyrometallurgiske prosessen. Ovnene forbedret seg også, og kunne produsere økende mengder sink.

Inntil da var det fremdeles ingen applikasjoner som krevde enorme mengder sink; men det endret seg med bidragene fra Luigi Galvani og Alessandro Volta, som ga vei for begrepet galvanisering. Volta kom også med den som er kjent som en galvanisk celle, og sink var snart en del av utformingen av tørre celler.

Fysiske og kjemiske egenskaper

Fysisk utseende

Det er et gråaktig metall, vanligvis tilgjengelig i kornformet eller pulverform. Den er fysisk svak, så det er ikke et godt valg for bruksområder der den må støtte tunge gjenstander.

På samme måte er den sprø, selv om den blir oppvarmbar over 100 ºC når den varmes opp og blir sveigbar; opp til 250 ºC, temperatur der den blir sprø og sprøytbar igjen.

Molmasse

65,38 g / mol

Atomnummer (Z)

30

Smeltepunkt

419,53 ° C Dette lave smeltepunktet er en indikasjon på dens svake metalliske binding. Når den smeltes, har den et utseende som ligner flytende aluminium.

Kokepunkt

907 ºC

Selvantennelsestemperatur

460 ºC

tetthet

-7,14 g / ml ved romtemperatur

-6,57 g / ml ved smeltepunkt, det vil si akkurat når du smelter eller smelter

Fusjonsvarme

7,32 kJ / mol

Fordampingsvarme

115 kJ / mol

Molar varmekapasitet

25.470 J / (mol K)

elektro

1,65 på Pauling-skalaen

Ioniseringsenergier

-Først: 906,4 kJ / mol (Zn ⁺ gass)

-Sekund: 1733,3 kJ / mol (Zn ²⁺ gassformig)

-Tredde: 3833 kJ / mol (Zn ³⁺ gassformig)

Atomradio

Empirisk 134 pm

Kovalent radius

122 ± 16:00

Mohs hardhet

2.5. Denne verdien er betydelig lavere sammenlignet med hardheten til andre overgangsmetaller, det vil si wolfram.

Magnetisk orden

diamagnetic

Termisk ledningsevne

116 W / (m K)

Elektrisk resistivitet

59 nm ved 20 ° C

løselighet

Det er uoppløselig i vann så lenge oksydlaget beskytter det. Når den først er fjernet ved angrep av en syre eller en base, ender sinket med å reagere med vannet for å danne det komplekse vandige, Zn (OH ₂ ) ₆ ²⁺ , og plasserer Zn ²⁺ i sentrum av en begrenset oktaeder av vannmolekyler.

dekomponering

Når det brenner, kan det frigjøre giftige ZnO-partikler i luften. I prosessen observeres en grønnaktig flamme og glødende lys.

Kjemiske reaksjoner

Reaksjon mellom sink og svovel i en digel der den grønnblå fargen på flammene blir verdsatt. Kilde: Eoin

Sink er et reaktivt metall. Ved romtemperatur kan den ikke bare dekkes av et oksydlag, men også av basisk karbonat, Zn ₅ (OH) ₆ (CO ₃ ) ₂ , eller til og med svovel, ZnS. Når dette laget med variert sammensetning blir ødelagt av angrepet av en syre, reagerer metallet:

Zn (s) + H ₂ SO ₄ (aq) → Zn ²⁺ (aq) + SO ₄ ²⁻ (aq) + H ₂ (g)

Kjemisk ligning tilsvarende reaksjonen med svovelsyre og:

Zn (s) + 4 HNO ₃ (aq) → Zn (NO ₃ ) ₂ (aq) + 2 NO ₂ (g) + ₂ H20 (l)

Med saltsyre. I begge tilfeller, selv om det ikke er skrevet, er den komplekse vandige Zn (OH ₂ ) ₆ ^{2+ til stede} ; med unntak av om mediet er basisk, siden det utfeller som sinkhydroksid, Zn (OH) ₂ :

Zn ²⁺ (aq) + 2OH ^- (aq) → Zn (OH) ₂ (s)

Som er et hvitt, amorft og amfotert hydroksyd, som er i stand til å fortsette å reagere med flere OH ^- ioner :

Zn (OH) ₂ (s) + 2OH ^- (aq) → Zn (OH) ₄ ^2- (aq)

Zn (OH) ₄ ^2- er sink-anjonen. Faktisk, når sink reagerer med en sterk base, såsom konsentrert NaOH, den natriumsinkat kompleks, Na ₂ , fremstilles direkte :

Zn (s) + 2NaOH (aq) + 2 H ₂ O (l) → Na ₂ (aq) + H ₂ (g)

På samme måte kan sink reagere med ikke-metalliske elementer, for eksempel halogener i gassform eller svovel:

Zn (s) + I ₂ (g) → ZnI ₂ (s)

Zn (er) + S (r) → ZnS (r) (øvre bilde)

isotoper

Sink eksisterer i naturen som fem isotoper: ⁶⁴ Zn (49,2%), ⁶⁶ Zn (27,7%), ⁶⁸ Zn (18,5%), ⁶⁷ Zn (4%) og ⁷⁰ Zn (0,62) %). De andre er syntetiske og radioaktive.

Struktur og elektronisk konfigurasjon

Sinkatomer krystalliseres til en kompakt, men forvrengt sekskantet struktur (hcp), et produkt av deres metalliske binding. Valenselektronene som styrer slike interaksjoner er, i henhold til elektronkonfigurasjonen, de som tilhører 3d og 4s orbitaler:

3d ¹⁰ 4s ²

Begge orbitaler er fullstendig fylt med elektroner, så overlappingen deres er ikke veldig effektiv, selv når sinkkjernene utøver en attraktiv kraft på dem.

Følgelig er Zn-atomene ikke veldig sammenhengende, noe som reflekteres i deres lave smeltepunkt (419,53 ºC) sammenlignet med andre overgangsmetaller. Dette er faktisk et kjennetegn ved metaller i gruppe 12 (sammen med kvikksølv og kadmium), så de stiller noen ganger spørsmål om de virkelig skal betraktes som elementer i blokk d.

Til tross for at 3d og 4s orbitals er full, er sink en god leder av elektrisitet; derfor kan dens valenselektroner "hoppe" inn i ledningsbåndet.

Oksidasjonsnummer

Det er umulig for sink å miste de tolv valenselektronene eller ha et oksidasjonsnummer eller -tilstand på +12, forutsatt at det eksisterer Zn ¹²⁺ -kation . I stedet mister den bare to av elektronene sine; nærmere bestemt de fra 4s-bane, som oppfører seg på lignende måte som jordalkalimetaller (Mr. Becambara).

Når dette skjer, sies sink å delta i forbindelsen med et oksidasjonsnummer eller tilstand på +2; det vil si forutsatt at eksistensen av Zn ²⁺ -kation er . For eksempel har sink i oksydet ZnO dette oksidasjonsnummeret (Zn ²⁺ O ^2- ). Det samme gjelder mange andre forbindelser, og tror at bare Zn (II) eksisterer.

Imidlertid er det også Zn (I) eller Zn ⁺ , som bare har mistet en av elektronene fra 4s-bane. Et annet mulig oksidasjonsnummer for sink er 0 (Zn ⁰ ), der dets nøytrale atomer interagerer med gassformige eller organiske molekyler. Derfor kan den presenteres som Zn ²⁺ , Zn ⁺ eller Zn ⁰ .

Hvordan oppnås det

Råmateriale

Sphaleritt mineralprøve fra Romania. Kilde: James St. John

Sink er i den tjuefjerde posisjonen til de mest tallrike elementene i jordskorpen. Det finnes generelt i svovelmineraler, fordelt over hele planeten.

For å få metallet i sin rene form, er det først nødvendig å samle bergartene som ligger i underjordiske tunneler og konsentrere mineralene som er rike på sink, som representerer det sanne råstoffet.

Disse mineraler inneholder: sinkblende eller wurzite (ZnS), zincite (ZnO), willemitt (Zn ₂ SiO ₄ ), smitsonite (ZNCO ₃ ) og gahnite (ZnAl ₂ O ₄ ). Sphaleritt er den desidert viktigste kilden til sink.

Brenning

Når mineralet har blitt konsentrert etter en prosess med flotasjon og rensing av bergartene, må det kalsineres for å transformere sulfidene til deres respektive. I dette trinnet oppvarmes mineralet ganske enkelt i nærvær av oksygen, og utvikler følgende kjemiske reaksjon:

2 ZnS (s) + 3 O ₂ (g) → 2 ZnO (s) + 2 SO ₂ (g)

SO ₂ reagerer også med oksygen for å generere SO ₃ , en forbindelse beregnet på syntesen av svovelsyre.

Når ZnO er oppnådd, kan den underkastes en pyrometallurgisk prosess eller elektrolyse, der sluttresultatet er dannelsen av metallisk sink.

Pyrometallurgisk prosess

ZnO reduseres ved bruk av kull (mineral eller koks) eller karbonmonoksid:

2 ZnO (s) + C (s) → 2 Zn (g) + CO ₂ (g)

ZnO (s) + CO (g) → Zn (g) + CO ₂ (g)

Vanskeligheten med denne prosessen er generering av gassformig sink på grunn av det lave kokepunktet, som blir overvunnet av ovnens høye temperaturer. Derfor må sinkdamp destilleres og skilles fra de andre gassene, mens krystallene deres kondenserer på smeltet bly.

Elektrolytisk prosess

Av de to metodene for å få tak i det, er dette den mest brukte over hele verden. ZnO reagerer med fortynnet svovelsyre for å utvinne sinkioner som sulfatsalt:

ZnO (s) + H ₂ SO ₄ (aq) → ZnSO ₄ (aq) + H ₂ O (l)

Endelig blir denne løsningen elektrolysert for å generere metallisk sink:

2 ZnSO ₄ (aq) + 2 H ₂ O (l) → 2 Zn (s) + 2 H ₂ SO ₄ (aq) + O ₂ (g)

risiko

I underavsnittet om kjemiske reaksjoner ble det nevnt at hydrogengass er et av hovedproduktene når sink reagerer med vann. Det er grunnen til at den i metallisk tilstand må oppbevares korrekt og utilgjengelig for syrer, baser, vann, svovel eller noen varmekilde; Ellers er det fare for brann.

Jo mer finfordelt sink, jo større er risikoen for brann eller til og med eksplosjon.

Ellers, så lenge temperaturen ikke er nær 500 ºC, representerer ikke dens faste eller kornede form noen fare. Hvis det er dekket av et lag med oksyd, kan det håndteres med bare hender, siden det ikke reagerer med deres fuktighet; som et fast stoff, er det imidlertid irriterende for øynene og luftveiene.

Selv om sink er viktig for helsen, kan en overflødig dose forårsake følgende symptomer eller bivirkninger:

- Kvalme, oppkast, fordøyelsesbesvær, hodepine og mage eller diaré.

- Det fortrenger kobber og jern under absorpsjonen deres i tarmen, noe som gjenspeiles i økende svakheter i ekstremitetene.

- Nyrestein.

- Tap av luktesans.

applikasjoner

- Metall

legeringer

Mange musikkinstrumenter er laget av messing, en kobber og sinklegering. Kilde: Pxhere.

Kanskje er sink en av metallene, sammen med kobber, som danner de mest populære legeringene: messing og galvanisert jern. Messing er blitt observert ved en rekke anledninger under et musikalsk orkester, ettersom den gyldne gløden av instrumentene delvis skyldes nevnte legering av kobber og sink.

Metallisk sink har ikke mange bruksområder, selv om det rulles sammen fungerer det som anoden til tørre celler, og i pulverform er det ment som et reduksjonsmiddel. Når et lag av dette metallet blir elektroavsatt på et annet, beskytter førstnevnte det sistnevnte mot korrosjon da det er mer utsatt for oksidasjon; det vil si at sink oksiderer før jern.

Dette er grunnen til at stål er galvanisert (belagt med sink) for å øke holdbarheten. Eksempler på disse galvaniserte stålene er også til stede i uendelige “sink” -tak, hvorav noen har et strøk med grønn maling, og i busslegemer, husholdningsutstyr og hengebroer.

Det er også aluzinc, en aluminium-sinklegering som brukes i sivile konstruksjoner.

Reduksjonsmiddel

Sink er et godt reduksjonsmiddel, så det mister elektronene sine for at en annen art kan få; spesielt en metallkation. Når den er i pulverform, er dens reduserende virkning enda raskere enn for faste korn.

Det brukes i prosessene for å hente metaller fra mineralene deres; som rodium, sølv, kadmium, gull og kobber.

På samme måte brukes dens reduserende virkning for å redusere organiske arter, som kan være involvert i oljeindustrien, så som benzen og bensin, eller i farmasøytisk industri. På den annen side finner sinkstøv anvendelse i alkaliske sink-mangandioksidbatterier.

Diverse

På grunn av sin reaktivitet og mer energiske forbrenning, finner sinkstøv bruk som tilsetningsstoff i fyrstikkhoder, i eksplosiver og fyrverkeri (de gir hvite blinker og grønlige flammer).

- Forbindelser

sulfid

Klokke med fosforescerende maling på hender og timer. Kilde: Francis Flinch

Zinksulfid har egenskapen å være fosforescerende og selvlysende, og det er grunnen til at det brukes i produksjonen av lysende maling.

oxide

Den hvite fargen på oksydet, så vel som halv- og fotokonduktivitet, brukes som pigment for keramikk og papir. I tillegg er den til stede i talkum, kosmetikk, gummi, plast, tekstiler, medisiner, blekk og emaljer.

Ernæringstilskudd

Kroppen vår trenger sink for å oppfylle mange av de viktige funksjonene. For å tilegne seg det, er det inkorporert i noen kosttilskudd i form av oksid, glukonat eller acetat. Den er også til stede i kremer for å lindre forbrenninger og hudirritasjoner, og i sjampo.

Noen fordeler kjent eller assosiert med å ta sink er:

- Forbedrer immunforsvaret.

- Det er en god betennelsesdempende.

- Reduserer de irriterende symptomene på forkjølelse.

- Forhindrer celleskader i netthinnen, så det anbefales for syn.

- Det hjelper med å regulere testosteronnivået og er også assosiert med menns fruktbarhet, kvaliteten på sædcellene deres og utvikling av muskelvev.

- Regulerer interaksjonene mellom hjerneneuroner, og det er grunnen til at det er knyttet til forbedringer i hukommelse og læring.

-Og det er effektivt i behandlingen av diaré.

Disse sinktilskuddene er kommersielt tilgjengelige som kapsler, tabletter eller sirup.

Biologisk rolle

I karboanhydrase og karboksypeptidase

Sink antas å være en del av 10% av de totale enzymer i menneskekroppen, omtrent 300 enzymer. Blant dem kan karbonanhydrase og karboksypeptidase nevnes.

Kullsyreanhydras, et sinkavhengig enzym, virker på vevnivået ved å katalysere reaksjonen av karbondioksyd med vann for å danne bikarbonat. Når bikarbonatet når lungene, reverserer enzymet reaksjonen og det dannes karbondioksid, som blir utvist til utsiden under utløpet.

Karboksypeptidase er en exopeptidase som fordøyer proteiner og frigjør aminosyrer. Sink fungerer ved å tilveiebringe en positiv ladning som letter interaksjonen mellom enzymet og proteinet det fordøyer.

I prostata fungerer

Sink er til stede i forskjellige organer i menneskekroppen, men det har den høyeste konsentrasjonen i prostata og sæd. Sink er ansvarlig for at prostata fungerer som den skal og utviklingen av de mannlige reproduktive organene.

Sinkfingre

Sink er involvert i metabolismen av RNA og DNA. Sinkfingre (Zn-fingre) består av sinkatomer som fungerer som bindingsbroer mellom proteiner, som sammen er involvert i forskjellige funksjoner.

Sinkfingre er nyttige i lesing, skriving og transkripsjon av DNA. I tillegg er det hormoner som bruker dem i funksjoner assosiert med veksthomeostase i hele kroppen.

I regulering av glutamat

Glutamat er den viktigste eksitatoriske nevrotransmitteren i hjernebarken og hjernestammen. Sink akkumuleres i glutaminergiske presynaptiske vesikler, griper inn i reguleringen av frigjøring av nevrotransmitter glutamat og i neuronal eksitabilitet.

Det er bevis på at en overdreven frigjøring av nevrotransmitteren glutamat kan ha en nevrotoksisk virkning. Derfor er det mekanismer som regulerer frigjøring av det. Sinkhomeostase spiller dermed en viktig rolle i den funksjonelle reguleringen av nervesystemet.

referanser

1. Shiver & Atkins. (2008). Uorganisk kjemi. (Fjerde utgave). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Sink. Gjenopprettet fra: en.wikipedia.org
3. Michael Pilgaard. (2016, 16. juli). Sink: kjemiske reaksjoner. Gjenopprettet fra: pilgaardelements.com
4. Nasjonalt senter for informasjon om bioteknologi. (2019). Sink. PubChem-databasen. CID = 23994. Gjenopprettet fra: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Wojes Ryan. (25. juni 2019). Egenskapene og bruken av sinkmetall. Gjenopprettet fra: thebalance.com
6. Mr. Kevin A. Boudreaux. (SF). Sink + svovel. Gjenopprettet fra: angelo.edu
7. Alan W. Richards. (12. april 2019). Sinkbehandling. Encyclopædia Britannica. Gjenopprettet fra: britannica.com
8. Renhets sinkmetaller. (2015). Industri applikasjoner. Gjenopprettet fra: purityzinc.com
9. Nordqvist, J. (5. desember 2017). Hva er helsemessige fordeler med sink? Medisinske nyheter i dag. Gjenopprettet fra: medicalnewstoday.com