Zinc

iso.	AN	Període de semidesintegració	CD	ED M eV	PD
⁶⁴Zn	48,6%	Zn és Isòtop estable amb 34 neutrons
⁶⁵Zn	Sintètic	244,26 dies	ε	1,352	⁶⁵Cu
⁶⁶Zn	27,9%	Zn és estable amb 36 neutrons
⁶⁷Zn	4,1%	Zn és estable amb 37 neutrons
⁶⁸Zn	18,8%	Zn és estable amb 38 neutrons
⁷²Zn	Sintètic	46,5 hores	β	0,458	⁷²Ga

Valors en el SI d'unitats i en CNPT (0º C i 1 atm),
excepte quan s'indica el contrari.

El zinc (o zenc sobretot si està en forma de làmines) és un element químic de nombre atòmic 30 i símbol Zn situat en el grup 12 de la taula periòdica dels elements.

[edita] Característiques principals

El zinc és un metall, a vegades classificat com a metall de transició encara que estrictament no ho siga. Presenta certa semblança amb el magnesi i el beril·li a més de amb els elements del seu grup. Este element és poc abundant en l'escorça terrestre però s'obté amb facilitat. Una de les seues aplicacions més importants és el galvanitzat de l'acer. És un element químic essencial per a la vida.

És un metall de color blanc blavós que crema en aire amb flama verda blavosa. L'aire sec no l'ataca però en presència d'humitat es forma una capa superficial d'òxid o carbonat bàsic que aïlla al metall i el protegix de la corrosió. Pràcticament l'únic estat d'oxidació que presenta és el +2. Reacciona amb àcids no oxidants passant a l'estat d'oxidació +2 i alliberant hidrogen i pot dissoldre's en bases i àcid acètic.

El metall presenta una gran resistència a la deformació plàstica en fred, que disminueix en calent, la qual cosa obliga a laminar-lo per damunt dels 100ºC. No es pot endurir per acritud i presenta el fenomen de fluència a temperatura ambient —al contrari que la majoria dels metalls i aliatges— i petites càrregues provoquen deformacions permanents.

[edita] Aplicacions

La principal aplicació del zinc —prop del 50% del consum anual— és el galvanitzat de l'acer per a protegir-lo de la corrosió, protecció efectiva inclús quan es clavilla el recobriment ja que el zinc actua com a ànode de sacrifici. Altres usos inclouen

bateries de Zn-Ag O usades en la indústria aeroespacial per a míssils i càpsules espacials pel seu òptim rendiment per unitat de pes i bateries zinc-aire per a ordinadors portàtils.
Peces de fosa injectada en la indústria d'automoció.
Metal·lúrgia de metalls preciosos i eliminació de la plata del plom.
En síntesi orgànica, una de les principals aplicacions del zinc és la creació d'enllaços C-C mitjançant la formació de compostos organometàl·lics d'aquest metall. La reacció de Reformatsky i l'acoblament de Negishi són dos exemples d'aquest tipus de reaccions.

[edita] Rol biològic

Aliments rics en zinc

El zinc és un element químic essencial per a les persones: intervé en el metabolisme de proteïnes i àcids nucleics, estimula l'activitat de més de 100 enzims, col·labora en el bon funcionament del sistema immunològic, és necessari per a la cicatrització de les ferides, intervé en les percepcions del gust i l'olfacte i en la síntesi de l'ADN. El metall es troba en la insulina, les proteines dit de zinc (zinc finger) i diversos enzims com la superòxid dismutasa.

El zinc es troba en diversos aliments com les ostres, carns roges, aus de corral, alguns peixos i mariscos, faves i anous. La ingesta diària recomanada de zinc ronda els 10 mg, menor per a nounats, nens i adolescents (pel seu menor pes corporal) i quelcom major per a dones embarassades i durant la lactància.

La deficiència de zinc pot produir retard en el creixement, pèrdua del cabell, diarrea, impotència, lesions oculars i de pell, pèrdua de gana, pèrdua de pes, tardança en la cicatrització de les ferides i anomalies en el sentit de l'olfacte. Les causes que poden provocar una deficiència de zinc són la deficient ingesta i la mala absorció del mineral —com en el cas d'alcoholisme que afavoreix la seua eliminació en l' orina o dietes vegetarianes en què l'absorció de zinc és un 50% menor que de les carns— o per la seua excessiva eliminació a causa de desordes digestius.

L'excés de zinc s'ha associat amb baixos nivells de coure, alteracions en la funció del ferro i disminució de la funció immunològica i dels nivells del colesterol bo.

[edita] Història

Els aliatges de zinc s'han utilitzat durant segles —peces de llautó datades en 1000-1400 adC s'han trobat a Palestina i altres objectes amb continguts de fins al 87% de zinc han aparegut en l'antiga regió de Transsilvània— no obstant pel seu baix punt de fusió i reactivitat química el metall tendeix a evaporar-se pel que la verdadera naturalesa del metall no va ser compresa pels antics.

Se sap que la fabricació de llautó era coneguda pels romans cap a 30 adC. Plini i Dioscòrides descriuen l'obtenció de aurichalcum (llautó) pel procediment d'escalfar en un cresol una mescla de cadmia (calamina) amb coure; el llautó obtingut posteriorment era fos o forjat per a fabricar objectes.

La fusió i extracció de zinc impur es va dur a terme cap a l'any 1000 a l'Índia —en l'obra Rasarnava (c. 1200) d'autor desconegut es descriu el procediment— i posteriorment a Xina i a finals del segle XIV els indis coneixien ja l'existència del zinc com a metall diferent dels set coneguts en l'Antiguitat, l'octau metall. Al 1597 Andreas Libavius descriu una «peculiar classe d'estany» que havia estat preparada a l'Índia i va arribar a les seues mans una petita quantitat a través d'un amic; de les seues descripcions es dedueix que es tractava del zinc encara que no va arribar a reconèixer-lo com el metall procedent de la calamina.

A occident, cap a 1248, Albert Magne descriu la fabricació de llautó a Europa, i en el segle XVI ja es coneixia l'existència del metall. Agrícola va observar al 1546 que podia rascar-se un metall blanc condensat de les parets dels forns en què es fonien minerals de zinc; afegint en les seues notes que un metall semblant denominat zincum es produïa en Silèsia. Paracels va ser el primer a suggerir que el zincum era un nou metall i que les seues propietats diferien de les dels metalls coneguts sense donar, no obstant, cap indicació sobre el seu origen; en els escrits de Basilio Valentino es troben també mencions del zincum. A pesar d'això, en tractats posteriors les freqüents referències al zinc, amb els seus distints noms, es referixen generalment al mineral no al metall lliure i a vegades es confon amb el bismut.

Johann Kunkel al 1677 i poc més tard Stahl al 1702 indiquen que al preparar el llautó amb el coure i la calamina aquesta última es redueix prèviament a l'estat de metall lliure, el zinc, que va ser aïllat pel químic Anton von Swab al 1742 i per Andreas Marggraf al 1746, l'exhaustiu i metòdic treball del qual Sobre el mètode d'extracció del zinc del seu mineral verdader, la calamina va fonamentar la metal·lúrgia del zinc i la seua reputació com a descobridor del metall.

Al 1743 es va fundar a Bristol el primer establiment per a la fosa del metall a escala industrial però el seu procediment va quedar en secret pel que va caldre esperar 70 anys fins que Daniel Dony desenvolupés un procediment industrial per a l'extracció del metall i s'establira la primera fàbrica en el continent europeu.

Després del desenvolupament de la tècnica de flotació del sulfur de zinc es va desplaçar a la calamina com a mena principal. El mètode de flotació és avui en dia emprat en l'obtenció de diversos metalls.

[edita] Abundància i obtenció

Zinc

El zinc és el 23è element més abundant en l'escorça terrestre. Les menes més riques contenen prop d'un 10% de ferro i entre el 40 i 50% de zinc. Els minerals dels que s'extrau són l'esfalerita i blenda (sulfur), smithsonita (carbonat), hemimorfita (silicat) i franklinita (òxid).

Les reserves mundials demostrades l'explotació de les quals és econòmica ascendixen a quasi 220 milions de tones, repartint-se més de la mitat a parts iguals entre Estats Units, Austràlia, Xina i Kazakhstan. Les reserves conegudes (incloent aquelles l'explotació de les quals no és avui en dia econòmica) freguen els 2000 milions de tones.

La producció minera mundial va ser en el 2003, segons dades de l'agència de prospeccions geològiques nord-americanes (US Geological Survey) de 8,5 milions de tones, liderada per Xina amb el 20% del total i Austràlia amb el 19%. S'estima que prop d'un terç del zinc consumit és reciclat (secundari).

La producció del zinc comença amb l'extracció del mineral que pot realitzar-se tant a cel obert com en jaciments subterranis. Els minerals extrets es trituren amb posterioritat i es sotmeten a un procés de flotació per a obtindre el concentrat.

[edita] Via seca

Els minerals amb alts continguts de ferro es tracten per via seca: primerament es tórra el concentrat per a transformar el sulfur en òxid, que rep la denominació de calcina, i a continuació es redueix aquest amb carboni obtenint el metall (l'agent reductor és en la pràctica el monòxid de carboni que es forma). Les reaccions en ambdós etapes són:

2 ZnS + 3 O₂ --> 2 ZnO + 2 SO₂

ZnO + CO --> Zn + CO₂

[edita] Via humida

Per via humida primerament es realitza el torrat obtenint l'òxid que es lixivia amb àcid sulfúric diluït; els lleixius obtinguts es purifiquen separant les distintes fases presents. El sulfat de zinc se sotmet posteriorment a electròlisi amb ànode de plom i càtode d'alumini sobre el qual es deposita el zinc formant plaques d'alguns mil·límetres de gruix que es retiren cada cert temps. Els càtodes obtinguts es fonen i es cola el metall per a la seua comercialització.

Com a subproductes s'obtenen diferents metalls com mercuri, òxid de germani, cadmi, or, plata, coure, plom, etc. en funció de la composició dels minerals. El diòxid de sofre obtingut en la torrada del mineral s'usa per a produir àcid sulfúric que es reutilitza en el lixiviat comercialitzant l'excedent produït.

[edita] Puresa

Els tipus de zinc obtinguts es classifiquen segons la norma ASTM en funció de la seua puresa:

SHG, Special High Rascle (99,99% mínim)
HG, High Rascle (99,90% mínim)
PWG Prime Western Rascle (98% mínim)

La norma EN 1179 considera cinc graus Z1 a Z5 amb continguts de zinc entre 99,995% i 98,5% i hi ha normes equivalents al Japó i Austràlia. Per a harmonitzar totes elles la ISO va publicar al2004 la norma ISO 752 sobre classificació i requisits del zinc primari.

[edita] Aleacions

Els aliatges més emprats són els d'alumini (3,5-4,5%, Zamak; 11-13%, Zn-Al-Cu-Mg; 22%, Prestal, aliatge que presenta superplasticitat) i coure (al voltant de l'1%) que milloren les característiques mecàniques del zinc i la seua aptitud al modelatge.

És un component minoritari en aliatges diversos, principalment de coure com llautons (3 a 45% de zinc), alpaques (Cu-Ni-Zn) i bronzes (Cu-Sn) de modelatge.

[edita] Compostos

L'òxid de zinc (ZnO), és el més conegut i utilitzat industrialment, especialment com a base de pigments blancs per a pintura, però també en la indústria del cautxú i en cremes solars. Altres compostos importants són el clorur de zinc (ZnCl₂) (desodorants) i sulfur de zinc (ZnS) (pintures lluminiscents). Aproximadament la quarta part del zinc consumit ho és en forma de compost.

[edita] Isòtops

El zinc existent a la natura està format per quatre isòtops estables, Zn-64 (48,6%), Zn-66, Zn-67, i Zn-68. S'han caracteritzat 22 radioisòtops dels quals els més estables són Zn-65 i Zn-72 de Període de semidesintegració de 244,26 dies i 46,5 hores respectivament; la resta d'isòtops radioactius tenen vides mitges menors de 14 hores i la majoria menors d'un segon. El zinc té quatre estats metaestables.

[edita] Precaucions

El zinc metall no està considerat com a tòxic però sí alguns dels seus compostos com l'òxid i el sulfur.

En la dècada d'els 40 es va observar que en la superfície de l'acer galvanitzat es formen amb el temps «pèls de zinc» (zinc whiskers) que poden alliberar-se a l'ambient provocant curtcircuits i fallades en components electrònics. Aquests pèls es formen després d'un període d'incubació que pot durar dies o anys i creixen a un ritme de l'orde d'1 mm a l'any. El problema causat per aquests pèls s'ha aguditzat amb el pas del temps per haver-se construïtles sales d'ordinadors i equips informàtics sobre sòls elevats per a facilitar el cablejat en les que era comú l'ús d'acer galvanitzat, tant en l'estructura portant com en la part posterior dels taulells. Les edats d'aquestes sales, en molts casos de 20 o 30 anys propicien l'existència de pèls en quantitats i longituds perilloses susceptibles de provocar fallades informàtiques. A més, la progressiva miniaturització dels equips disminueix la longitud necessària per a provocar la fallada i els petits voltatges de funcionament impedixen que s'arribi a la temperatura de fusió del metall provocant fallades cròniques que poden ser inclús intermitents.