Zinc: propiedades, historia y usos del elemento Zn

Propiedades físicas

El zinc es un metal gris azulado y brillante. Cuando está recién cortado, el zinc tiene un color gris blanquecino. Si se expone al aire, no permanecerá brillante durante mucho tiempo. Su punto de fusión es de (419,58 °C), su punto de ebullición es de (907,0 °C), su punto de enfriamiento es de -419,58 °C y su punto de congelación es de -907,0 °C. Esta temperatura es inferior a la de la mayoría de los metales de transición, pero superior a la del estaño o el plomo. Se puede fundir en un fogón. Hierve a una temperatura baja para un metal. No es magnético. Si se calienta un poco, se vuelve muy flexible. Si se calienta más, se vuelve muy frágil. Se alea fácilmente con otros metales.

Propiedades químicas

El zinc es un metal reactivo. Es tan reactivo como el aluminio y más reactivo que la mayoría de los metales más comunes, como el hierro, el cobre, el níquel y el cromo. Es menos reactivo que el magnesio. El zinc puede reaccionar con ácidos, bases y no metales. Sin embargo, no se oxida en el aire. En la superficie del zinc se forma una capa de óxido y carbonato de zinc cuando está en el aire. Esta capa impide la corrosión. Los ácidos pueden disolver esta capa y reaccionar con el zinc metálico. Esta reacción del zinc con un ácido da lugar a una sal de zinc (II), como el cloruro de zinc, y a gas hidrógeno. Esta es una reacción química muy común. La reacción que se muestra a continuación es la reacción con el ácido clorhídrico.

Zn + 2HCl → ZnCl₂+ H ₂

El zinc puede arder en polvo o en trozos pequeños para hacer óxido de zinc, un polvo blanco. La llama es de color azul-verde brillante.

2 Zn + O ₂→ 2 ZnO

El óxido de zinc puede disolverse en bases fuertes. Esta reacción se produce en algunas pilas que llevan zinc.

ZnO + H₂ O + 2 OH ^-→ Zn(OH) ₄^2-.

El zinc es un calcófilo. Esto significa que prefiere reaccionar con el azufre y los elementos situados por debajo de él en la tabla periódica que con el oxígeno. Por eso el sulfuro de zinc es el mineral de zinc más común, y no el óxido de zinc.

Compuestos químicos

El zinc puede formar compuestos químicos con otros elementos. Estos compuestos químicos sólo tienen un estado de oxidación: +2. Se ha encontrado un compuesto +1, pero es difícil de fabricar. No hay más estados de oxidación que +1 o +2. La mayoría de estos compuestos no tienen color. Si tienen color, no es el zinc el que lo produce.

El cloruro de zinc es uno de los compuestos de zinc más comunes. Son bastante poco reactivos. Son un poco ácidos cuando se disuelven en agua. Producen una llama verde cuando se calientan en el fuego.

Otros compuestos de zinc son:

• Antimoníaco de zinc, semiconductor gris
• Arseniuro de zinc, semiconductor naranja
• El bromuro de zinc, un escudo contra la radiación
• Carbonato de zinc, mineral de zinc
• Fluoruro de zinc
• Hidróxido de zinc, utilizado en vendajes quirúrgicos
• Yoduro dezinc, utilizado en la toma de fotografías de rayos X
• Nitrato de zinc, utilizado como mordiente
• Óxido de zinc, utilizado en los protectores solares
• Fosfato de zinc, utilizado en odontología
• Sulfato de zinc, utilizado en pigmentos
• Sulfuro de zinc, mineral de zinc común

En la naturaleza se encuentran cinco isótopos de zinc. ⁶⁴El Zn es el isótopo más común, con el 48,63% del Zinc natural. Este isótopo tiene una vida media de 4,3x10¹⁸ años. Esto es tan largo, que su radiactividad puede ser ignorada. Del mismo modo, el ⁷⁰
Zn (0,6%), con una vida media de 1,3x10 años, ¹⁶suele considerarse no radiactivo. Los otros isótopos que se encuentran en la naturaleza son el ⁶⁶
Zn (28%), el ⁶⁷
Zn (4%) y el ⁶⁸
Zn (19%).

El zinc no se encuentra como metal en la corteza terrestre. El zinc sólo se encuentra en forma de compuestos de zinc. La esfalerita, un mineral formado por sulfuro de zinc, es la principal mena de zinc. Hay muy poco zinc en el océano. El mineral de zinc se encuentra normalmente con los minerales de cobre y plomo.

Existen otros minerales de zinc, como la smithsonita (carbonato de zinc) y un mineral de silicato de zinc. Son menos comunes.

El sulfuro de zinc se concentra por flotación. Hay un detergente que recoge el sulfuro de zinc. Las impurezas se hunden en el fondo y se eliminan. A continuación, el sulfuro de zinc se calienta en el aire para obtener óxido de zinc y dióxido de azufre.

2 ZnS + 3 O ₂→ 2 ZnO + 2 SO ₂

El dióxido de azufre se oxida a trióxido de azufre.

2 SO ₂+ O₂ → 2 SO ₃

El trióxido de azufre reacciona con el óxido de zinc para producir sulfato de zinc. Esto hace una forma soluble de zinc que puede ser más procesada.

SO ₃+ ZnO → ZnSO ₄

El sulfato de zinc se purifica y se electroliza. Esta electrólisis produce oxígeno, zinc y ácido sulfúrico. Así se obtiene un zinc puro que se conoce como "SHG" o de alto grado especial.

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

El ácido sulfúrico se reutiliza en lugar del trióxido de azufre para lixiviar más óxido de zinc.

El óxido de zinc también puede ser reducido por el carbono a zinc metal y dióxido de carbono a altas temperaturas. Se trata de un proceso de alto horno similar al de la fabricación del hierro.

2 ZnO + C → 2 Zn + CO ₂

Esta forma de zinc es más barata pero no es pura.

El zinc es el cuarto metal más común del mundo. Cada año se fabrican unos 10 millones de toneladas.

Como metal

El zinc se utiliza en las pilas eléctricas. La pila alcalina y la pila Leclanche son las que más utilizan el zinc. Se oxida y proporciona electrones para que la pila funcione.

Alrededor del 59% del zinc se utiliza para la prevención de la corrosión, lo que incluye la galvanización. El 47% del zinc mundial se utiliza para la galvanización. Se utiliza para proteger otro metal, normalmente hierro, de la oxidación. El revestimiento de zinc se corroe en lugar del hierro. El recubrimiento de zinc puede colocarse en el metal de dos maneras. El metal puede sumergirse en una olla de zinc fundido. También se puede galvanizar el zinc sobre el metal. La inmersión dura más tiempo, pero tiene una superficie irregular que a algunos no les parece agradable. También se utiliza en lanchas y tuberías para frenar la oxidación. El motor de una lancha suele tener una "bala" de zinc, que se corroe fácilmente, pero ayuda a que otras partes metálicas del motor no se oxiden.

El zinc se utiliza en aleaciones. El latón es una aleación de cobre y zinc. El latón es la aleación de zinc más común. El zinc puede formar aleaciones con muchos otros metales. El zinc-aluminio es una aleación de zinc y aluminio que permite fabricar buenos rodamientos. El bronce comercial lleva zinc. A veces, el teluro de cadmio reacciona con el zinc para producir teluro de cadmio y zinc, un semiconductor. La plata níquel es otra aleación de zinc.

El zinc puede utilizarse en los tubos de un órgano de tubos. En el pasado se utilizaba una aleación de estaño y plomo. El zinc se utiliza en el centavo de los Estados Unidos, que sólo tiene una fina capa de cobre. El núcleo es de zinc. Los centavos más antiguos se hacían completamente de bronce.

Una mezcla de zinc en polvo y azufre puede utilizarse para propulsar un modelo de cohete. Esta reacción produce sulfuro de zinc, calor, luz y gases. La chapa de zinc se utiliza para fabricar barras de zinc.

Como los compuestos de zinc

Aproximadamente 1/4 del zinc se utiliza para hacer compuestos de zinc. El óxido de zinc puede utilizarse como protector solar o como pigmento de pintura. El óxido de zinc también es un semiconductor. El cloruro de zinc se utiliza para preservar la madera para que no se pudra. Algunos fungicidas contienen zinc. El sulfato de zinc se utiliza en tintes y pigmentos. El sulfuro de zinc se utiliza en las bombillas fluorescentes para convertir la luz ultravioleta en luz visible.

En biología

Los seres humanos necesitan un poco de zinc para que su cuerpo funcione bien. Si no reciben suficiente zinc en su alimentación, pueden sufrir una carencia del mineral. Casi dos mil millones de personas tienen una deficiencia de zinc. La carencia de zinc hace que uno se contagie más fácilmente de infecciones. Algunos dicen que cuando nos resfriamos, debemos tomar más zinc. Otros dicen que el zinc no hace ninguna diferencia. Hay medicamentos que se pueden utilizar cuando se está resfriado. La gente añade pequeñas cantidades de compuestos de zinc a las píldoras vitamínicas y a los cereales para asegurarse de tomar suficiente zinc. La mayoría de las vitaminas en pastillas tienen zinc. El zinc se encuentra en al menos 100 enzimas. Es el segundo metal de transición más común después del hierro. El zinc también es utilizado por el cerebro. El cuerpo humano contiene de 2 a 4 gramos de zinc. Una enzima de zinc ayuda a eliminar el dióxido de carbono de la sangre. El trigo contiene mucho zinc.

Grandes cantidades de zinc metálico son tóxicas. Puede disolverse en el ácido del estómago. Cuando se ingiere demasiado zinc, los niveles de cobre y hierro bajan en el organismo. Los compuestos de zinc pueden ser corrosivos en el estómago. Los compuestos de zinc introducidos en la nariz pueden arruinar el sentido del olfato.

Los iones de zinc son muy tóxicos para los peces y muchas cosas que viven en el agua.