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El zinc o el zinc es el elemento número 30 de la tabla periódica de los elementos químicos de Mendeleev y se denota con el símbolo Zn. Se utiliza principalmente en la creación de productos semiacabados deformados y en la composición de diversos tipos de mezclas. En su forma pura, se ve como un metal frágil de color plateado azulado, se oxida rápidamente y se cubre con una película protectora (óxido), que lo hace notablemente opaco.

Se extrae en Kazajstán, Australia, Irán y Bolivia. Debido a las dificultades para determinar el metal, a menudo se lo llama un "enganche" .

Antecedentes historicos

El nombre "zinc" se mencionó por primera vez en el libro "Liber Mineralium" de Paracelsus. Según algunos informes, significaba "diente". La aleación de zinc con cobre o latón se conoce desde hace mucho tiempo. Fue utilizado en la antigua Grecia, India y el antiguo Egipto, más tarde el material se conoció en China.

El metal puro se obtuvo solo en la primera mitad del siglo XVIII en 1738 en el Reino Unido utilizando el método de destilación. Guillermo el Campeón se convirtió en su descubridor. La producción industrial comenzó después de 5 años, y en 1746 en Alemania, el químico Andreas Sigismund Marggraf desarrolló y describió en detalle su propio método para producir zinc . Propuso utilizar el método de calcinación de una mezcla de óxido de metal con carbón en retortas refractarias hechas de arcilla sin aire. La subsiguiente condensación de vapor se llevaría a cabo en el refrigerador. Debido a la descripción detallada y al minucioso desarrollo de Marggraf, a menudo se le llama el descubridor de la materia.

A principios del siglo XIX, se encontró un método para aislar un metal rodando a 100 ° C a aproximadamente -150 ° C. A principios del siglo siguiente, aprendieron a extraer el zinc electrolíticamente. En Rusia, el primer metal recibió solo en 1905.

Propiedades fisicas

  • Número atómico: 30.
  • Masa atómica: 65.37.
  • Volumen atómico: 9.15
  • Densidad: 7.133 g / cm 3 .
  • Punto de fusión: 419.5 ° C.
  • Punto de ebullición: 906 C aproximadamente .
  • Energía superficial: 105 mJ / m 2 .
  • Conductividad eléctrica: 16.2 * 10 -6 S / m.
  • Capacidad calorífica molar: 25, 4 J / (K * mol).
  • Volumen molar: 9.2 cm 3 / mol.

El zinc tiene propiedades mecánicas débiles, a temperatura normal se rompe fácilmente y se desmorona, pero a una temperatura de 100 ° C, alrededor de -150 ° C se vuelve bastante doloroso y cede fácilmente a la deformación: se forja y se enrolla en láminas. El agua simple para el metal es segura, y los ácidos y álcalis se corroen fácilmente. Debido a esto, el zinc puro no se utiliza para la fabricación de piezas, solo aleaciones.

Propiedades quimicas

La configuración electrónica externa de un solo átomo de zinc se puede escribir como 3 d 10 4 s 2 . El metal es activo y es un agente reductor energético. A una temperatura de 100 ° C al aire libre, se cubre con una película que consiste en carbonatos básicos y se vuelve muy opaca. Cuando se expone al dióxido de carbono y alta humedad, el elemento comienza a descomponerse. En un entorno de oxígeno o normal con un fuerte calentamiento, el zinc se quema, formando una llama azulada y humo blanco, que consiste en óxido de zinc. Efecto inflamable sobre los elementos secos de zinc flúor, bromo y cloro, pero solo con la participación del vapor de agua.

Cuando el metal y los ácidos minerales fuertes se combinan, los primeros se disuelven, especialmente si la mezcla se calienta, se forman las sales correspondientes . Los álcalis, los productos fundidos y las soluciones oxidan la sustancia y, como resultado, las zincitas son solubles en agua y se libera hidrógeno. La intensidad de los efectos de los ácidos y álcalis depende de la presencia de impurezas en el zinc. Cuanto más "puro" es el metal, más débil interactúa debido a la sobretensión del hidrógeno.

Contenido en la naturaleza

Como elemento independiente, el zinc no se encuentra en la naturaleza. Se puede extraer de 66 minerales, incluyendo esfalerita, calamina, franklinita, zincita, willemita, smithsonita. La primera es la fuente más común de metal, a menudo conocida como "blenda de zinc". Se compone de sulfuro de zinc e impurezas, que le dan al mineral una variedad de colores. Esto complica su búsqueda y la correcta definición.

Puedes encontrar zinc en rocas ígneas e ígneas; en estas últimas es un poco más. A menudo, el metal en forma de sulfuro, junto con el plomo, se encuentra en aguas termales, migra en fuentes superficiales y subterráneas.

Características de la fundición

La temperatura requerida para fundir el zinc debe ser inferior a 419 ° C, pero no superior a 480 ° C. De lo contrario, aumentarán los desechos de metal y aumentará el desgaste de las paredes del baño, que normalmente está hecho de hierro. En el estado fundido, no se permite más del 0, 05% de impureza de hierro, de lo contrario, la temperatura requerida durante la fusión comenzará a subir. Si el porcentaje de contenido de hierro supera el 0, 2%, el zinc no se puede laminar.

El zinc se obtiene a partir de minerales polimetálicos, que pueden contener hasta el 4% del elemento . Si los minerales se enriquecieron con flotación selectiva, se puede obtener de ellos hasta el 60% de los concentrados de zinc, el resto se ocupará con concentrados de otros metales. Los concentrados de zinc se queman en hornos en un lecho fluidizado, después de lo cual el sulfuro de zinc se convierte en óxido y se libera dióxido de azufre. Este último se va al gasto: de allí se obtiene el ácido sulfúrico.

Para transferir el óxido de zinc al metal mismo, se utilizan dos métodos.

  1. Destilación o pirometalurgia. El concentrado se quema, luego se sinteriza, para dar permeabilidad a los gases y granularidad, y se reduce con la ayuda de coque o carbón cuando se expone a una temperatura de 1200-1300 ° C. Durante la reacción, se forman vapores de metal, que se condensan y se vierten en moldes. La pureza del zinc alcanza el 98.7%, después de lo cual puede incrementarlo a 99.995% con la ayuda de la rectificación, pero este último método es bastante costoso y complicado.
  2. Electrolítica o hidrometalúrgica. Los concentrados calcinados se tratan con ácido sulfúrico, la solución se purifica a partir de impurezas utilizando polvo de zinc y se somete a electrólisis en baños revestidos con plomo o plástico vinílico. El zinc se deposita en los cátodos de aluminio, desde donde se recoge y se funde en hornos de inducción. La pureza del metal obtenido de esta forma alcanza el 99, 95%.

Mezclas y aleaciones.

Para aumentar la resistencia y aumentar la temperatura de fusión del metal se mezcla con cobre, aluminio, estaño, magnesio y plomo.

La aleación más famosa y buscada es el latón. Esta es una mezcla de cobre con la adición de zinc, a veces también hay estaño, níquel, manganeso, hierro, plomo. La densidad del latón alcanza los 8700 kg / m 3 . La temperatura requerida para la fusión se mantiene a alrededor de 880 C o - 950 C o : cuanto más alto es el contenido de zinc, más baja es. La aleación resiste perfectamente el entorno externo desfavorable, aunque se vuelve negro en el aire, si no está recubierta con barniz, está perfectamente pulida y soldada por soldadura de resistencia.

Hay dos tipos de latón:

  1. Latón alfa: más plástico, se dobla bien en cualquier condición, pero se viste más fuerte.
  2. Alpha + beta-brass: se deforma solo cuando se calienta, mientras que es más resistente al desgaste. Suele ser aleado con magnesio, aluminio, plomo y hierro. Esto le permite aumentar la fuerza, pero reduce la ductilidad.

La aleación Zamak o Zamac consiste en zinc, aluminio, cobre y magnesio . El nombre en sí está formado por las primeras letras de los nombres latinos: Zink - Aluminio - Magnesio - Kupfer / Cuprum (Zinc-Aluminio-Magnesio-Cobre). En la URSS, la aleación era conocida como TsAM: Zinc-Aluminio-Cobre. Utilizado activamente en el moldeo por inyección, la fusión comienza a una temperatura baja (381 C o - 387 C o ) y tiene un bajo coeficiente de fricción (0.07). Tiene una mayor resistencia, lo que permite obtener productos de formas complejas que no temen romper: manijas de puertas, palos de golf, contraventanas de armas de fuego, accesorios de construcción, diversos tipos de sujetadores y artes de pesca.

Un pequeño porcentaje de zinc (no más de 0.01%) está contenido en las aleaciones estándar utilizadas en la industria de la impresión para la fundición de fuentes y líneas tipográficas, planchas de impresión y juegos de máquinas. Estas son mezclas obsoletas, en lugar de las cuales ha venido zinc puro, con una pequeña adición de impurezas.

La baja temperatura requerida para fundir el zinc a menudo se compensa con aleaciones con otros metales, pero también sucede al revés. Si la temperatura requerida para fundir el metal "puro" es 419.5 C o, entonces la aleación con estaño disminuye a 199 C o, y con estaño y lleva a 150 C o . Y aunque tales aleaciones se pueden soldar y hervir, la mayoría de las veces las mezclas con zinc se usan solo para sellar defectos existentes debido a su débil resistencia. Por ejemplo, se recomienda utilizar una aleación de estaño, plomo y zinc solo en productos niquelados.

La mayoría de las veces, las aleaciones de zinc se utilizan para crear carburadores, marcos de velocímetro, parrillas de radiador, frenos hidráulicos, bombas y elementos decorativos, piezas para lavadoras, batidoras y equipos de cocina, estuches de relojes, máquinas de escribir, cajas registradoras y electrodomésticos. Estas piezas no pueden utilizarse en la producción industrial: cuando la temperatura aumenta a 100 ° C, la resistencia del producto disminuye en un tercio y la dureza en casi un 40%. Cuando la temperatura desciende a 0 ° C , el zinc se vuelve demasiado frágil, lo que puede provocar la rotura.

Aplicación

El zinc es uno de los metales más demandados del mundo: ocupa el tercer lugar en términos de producción entre los metales no ferrosos, superado solo por el cobre y el aluminio. Esto contribuye a su bajo precio. Más a menudo se utiliza para proteger contra la corrosión y como parte de una aleación, como el latón.

  1. En metalurgia, el zinc es especialmente valioso. Se aplica con una capa delgada a la superficie de acero de muchas estructuras metálicas para protegerlas completamente del óxido a nivel mecánico y químico. Consume hasta el 40% de toda la producción. Dado que el zinc, a diferencia del níquel, el cobalto, el estaño y el cadmio, es más activo que el hierro, primero comienza a entrar en contacto con un ambiente externo hostil, protegiendo completamente la base.
  2. El metal puro se utiliza para recuperar metales nobles después de la extracción por lixiviación. También con su ayuda, el oro y la plata se extraen del plomo en bruto.
  3. El zinc es el metal más electropositivo, prácticamente no responde al agua. Esto hizo posible crear una gran cantidad de diversas fuentes de corriente química: aire-zinc, plata-zinc, mercurio-zinc, elementos de Leclanche "secos".
  4. El polvo de zinc se usa en fuegos artificiales y pirotécnicos para crear fuego azul, en pintura, especialmente en blanco de zinc, para protección anticorrosión y una mejor adhesión a la base. También se usa para desplazar los metales preciosos de las soluciones de cianuro y para purificar la solución de sulfato de zinc de cadmio y cobre.
  5. En la impresión, el zinc se utiliza para fundir fuentes e imprimir ilustraciones: la zincografía se ha utilizado desde el siglo XIX. Al mismo tiempo, el cliché tipográfico se prepara sobre una base de zinc con una pequeña adición, no más del 5%, de otros metales. Antes de cada grabado, la placa se recuece y se enrolla en un estado caliente.
  6. En medicina, el óxido de zinc se usa como antiséptico en los ungüentos "Paste Lassara", "Sudokrem", "Ungüento de zinc", así como en polvo, pastas de dientes y material para cementar los dientes. Aplique metal para crear techos bactericidas y superficies de autolimpieza. Anteriormente, el zinc se utilizaba para la purificación de agua fotocatalítica a escala industrial.

En organismos vivos

El cuerpo humano contiene aproximadamente 2 gramos de zinc, aproximadamente 400 enzimas lo contienen. Los últimos incluyen enzimas que catalizan la hidrólisis de proteínas, ésteres y léptidos, polimerización de ARN y ADN, la formación de aldehídos. El elemento puro se encuentra en los músculos, el páncreas y el hígado. Los hombres necesitan 11 mg de zinc por día, las mujeres 8 mg.

En el cuerpo, el zinc realiza las siguientes funciones:

  1. Normaliza la actividad de la próstata;
  2. Promueve el metabolismo de la vitamina E;
  3. Participa en la síntesis de hormonas anabólicas: hormona del crecimiento, insulina, testosterona y otras;
  4. Participa en la producción de hormonas masculinas y espermatozoides;
  5. Ayuda a descomponer el alcohol en el cuerpo.

Con la falta de un elemento en el cuerpo, hay una fatiga rápida, irritabilidad, pérdida de memoria, pérdida de visión y peso sin una causa objetiva, ataques de alergia y estado depresivo. Hay una disminución en el nivel de insulina y la acumulación en el cuerpo de ciertos elementos: hierro, plomo, cobre, cadmio.

En la comida

El elemento se encuentra en la carne, queso, sésamo, ostras, chocolate, legumbres, avena, girasol y semillas de calabaza, a menudo presentes en el agua mineral. El mayor porcentaje de zinc se encuentra en los siguientes productos (en base a 100 gramos):

  1. Ostras (hasta 40 mg), anchoas (1.72 mg), pulpo (1.68 mg), carpa (1.48 mg), caviar (hasta 1 mg), arenque (aproximadamente 1 mg).
  2. Semillas de calabaza (10 mg), sésamo (7 mg), semillas de girasol (5, 3 mg), cacahuetes (4 mg), nueces (3 mg), almendras (3 mg).
  3. Carne de res (hasta 8.4 mg), cordero (hasta 6 mg), hígado de res (4 mg), carne de cerdo (hasta 3.5 mg), pollo (hasta 3.5 mg).
  4. Cacao en polvo sin azúcar y edulcorantes (6, 81 mg), chocolate amargo puro (2, 3 mg), chocolates (hasta 2 mg, según la cantidad y el tipo de chocolate).
  5. Lentejas (4, 78 mg), avena (3, 97 mg), trigo (3, 46 mg), soja (3 mg), centeno (2, 65 mg), pan (hasta 1, 5 mg), guisantes verdes (1, 24 mg), guisantes (1, 2 mg), brotes de bambú (1, 1 mg), arroz (1 mg), galletas de cereales (hasta 1 mg).
  6. Queso duro (hasta 4 mg).

Peligro para los humanos

El envenenamiento por zinc usualmente ocurre con la inhalación prolongada de sus vapores . Los primeros signos son sed intensa, pérdida de apetito, sabor dulce en la boca. A menudo hay fatiga, somnolencia, tos seca, sensación de debilidad, dolor apremiante en el pecho. La exposición prolongada puede causar infertilidad, anemia y retraso en el desarrollo. En la vida, el peligro son los platos galvanizados, en los que los alimentos se almacenan durante mucho tiempo.

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Categoría:

Metalurgia