Elllautó, unaliatge decoure i zinc, ha estat utilitzat com a mínim des del segle x aC. No es produí metall de zinc impur a gran escala fins al segle xiii a l'Índia, mentre que el metall romangué desconegut aEuropa fins a la fi del segle xvi. Elsalquimistes cremaven zinc a l'aire per formar el que anomenaven «llana filosofal» o «neu blanca». L'element fou batejat probablement per l'alquimistaParacels a partir del mot alemanyZinke. Se sol atribuir al químic alemanyAndreas Sigismund Marggraf el descobriment del zinc metàl·lic pur en un experiment del 1746. El 1800, el treball deLuigi Galvani iAlessandro Volta ja havia revelat les propietats electroquímiques del zinc. Elzincatge resistent a lacorrosió de l'acer és l'ús principal del zinc. Altres usos són per bateries o aliatges, com ara el llautó. S'utilitzen habitualment una sèrie de compostos de zinc, com ara elclorur de zinc (en desodorants) i elmetilzinc o eldietilzinc al laboratori orgànic.
El zinc, també conegut com a zenc quan es presenta en làmines,[2] és un metalldiamagnètic llustrós de color blanc blavós,[3] tot i que la majoria de tipus comercials del metall tenen un acabat mat.[4] És una mica menys dens que elferro i té unaestructura cristal·lina hexagonal.[5]
És un metall dur i fràgil a la majoria de temperatures però esdevé mal·leable a entre 100 i 150 °C.[3][4] Per sobre de 210 °C, el metall torna a esdevenir fràgil i pot ser polvoritzat per impacte.[6] El zinc és unconductor elèctric mitjanament bo.[3] Per ser un metall, els punts de fusió (420 °C) i d'ebullició (900 °C) del zinc són relativament baixos.[7] El seu punt de fusió és el més baix de tots elsmetalls de transició tret delmercuri i elcadmi.[7]
La principal aplicació del zinc —prop del 50% del consum anual— és el galvanitzat de l'acer per a protegir-lo de lacorrosió, protecció efectiva inclús quan es clavilla el recobriment, ja que el zinc actua com aànode de sacrifici. Altres usos inclouen
Bateries de Zn-AgO usades en la indústria aeroespacial per amíssils i càpsules espacials pel seu òptim rendiment per unitat de pes i bateries zinc-aire per aordinadors portàtils.
Peces de fosa injectada en la indústria d'automoció.
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.
El zinc es troba a alguns aliments com les ostres, carns vermelles, aus de corral, alguns peixos i mariscos, faves i nous. La quantitat diària recomanada de zinc volta els 10mg, menys per a nounats, nens i adolescents (pel seu pes corporal més baix) i una mica més per a dones embarassades i durant la lactància.
La deficiència de zinc pot produir retard del creixement, pèrdua del cabell, diarrea, impotència, lesions oculars i de pell, pèrdua de gana, pèrdua de pes, tardança de la cicatrització de les ferides i anomalies de l'olfacte. Les causes de la deficiència de zinc són la poca ingesta i la mala absorció del mineral —com ara l'alcoholisme, que fa que s'elimini per l'orina,— o per massa eliminació a causa de trastorns digestius.
L'excés de zinc s'ha associat amb baixos nivells decoure, alteracions en la funció delferro i disminució de la funció immunològica i dels nivells delcolesterol bo.
Els aliatges de zinc s'han utilitzat durant segles —peces dellautó datades en 1000-1400 aC s'han trobat aPalestina i altres objectes amb continguts de fins al 87% de zinc han aparegut a l'antiga regió deTranssilvània— malgrat el seu baixpunt de fusió i reactivitat química el metall tendeix a evaporar-se pel que la veritable naturalesa del metall no va ser compresa pels antics.
Se sap que la fabricació de llautó era coneguda pelsromans cap a 30 aC.Plini el Vell iDiògenes Laerci descriuen l'obtenció deaurichalcum (llautó) pel procediment d'escalfar en un gresol una mescla decadmia (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 —a l'obraRasarnava (c. 1200) d'autor desconegut es descriu el procediment— i posteriorment a laXina i a la fi del segle xiv els indis coneixien ja l'existència del zinc com a metall diferent dels set coneguts en l'Antiguitat, el vuitè metall. El 1597Andreas Libavius descriu una «peculiar classe d'estany» que havia estat feta 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.Georgius Agricola va observar el 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 denominatzincum es produïa enSilèsia.Paracels va ser el primer a suggerir que elzincum era un nou metall i que les seues propietats diferien de les dels metalls coneguts sense donar, això no obstant, cap indicació sobre el seu origen. Tot i això, als tractats posteriors les freqüents referències al zinc, amb els seus noms diferents, es referixen generalment al mineral no al metall lliure i a vegades es confon amb elbismut.
Johann Kunkel el 1677 i poc més tardStahl el 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 químicAnton von Swab el 1742 i perAndreas Marggraf el 1746, l'exhaustiu i metòdic treball del qualSobre el mètode d'extracció del zinc del seu mineral veritable, la calamina va fonamentar la metal·lúrgia del zinc i la seua reputació com a descobridor del metall.
El 1743 es va fundar aBristol 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 setanta anys fins queDaniel 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 delsulfur 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.
El zinc representa aproximadament 75ppm (0,007%) de l'escorça terrestre, on és el 24è element més abundant.[9] El sòl conté 5-770 ppm de zinc, amb una mitjana de 64 ppm.[9] L'aigua de mar només té 0,03 ppm de zinc, mentre que l'atmosfera en conté 0,1-4 µg/m³.[9]
Esfalerita (ZnS)
A lesmenes, aquest element se sol trobar en associació amb altresmetalls base com ara el coure i el plom.[10] El zinc és unelement calcòfil ("que estima el sofre"), cosa que significa que té una baixa afinitat per l'oxigen i prefereix unir-se amb elsofre ensulfurs altament insolubles. Els calcòfils es formaren a mesura que l'escorça se solidificava sota les condicionsreductores de l'atmosfera de la Terra primitiva.[11] L'esfalerita, una forma desulfur de zinc, és el mineral portador de zinc més minat, car el seu concentrat conté un 60-62% de zinc.[10]
Altres minerals dels quals s'extreu zinc inclouen lasmithsonita (carbonat de zinc), l'hemimorfita (silicat de zinc), lawurtzita (un altre sulfur de zinc) i a vegades lahidrozincita (carbonat de zinc bàsic).[12] Amb l'excepció de la wurtzita, tots aquests altres minerals es formaren com a resultat de l'acció de processos d'erosió sobre els sulfurs de zinc primordials.[11]
Els recursos globals de zinc pugen a uns 1.800 milions de tones.[13] Gairebé 200 milions de tones eren econòmicament viables el 2008; afegint-hi les reserves marginalment econòmiques i subeconòmiques, s'ha identificat una reserva base total de 500 milions de tones.[13] N'hi ha dipòsits grans a Austràlia, el Canadà i els Estats Units.[11] Al ritme actual de consum, s'estima que aquestes reserves s'exhauriran en algun moment entre el 2027 i el 2055.[14][15] El 2002, se n'havien extret uns 346 teragrams (un teragram equival a unamegatona) al llarg de tota la història, i una estimació sosté que aproximadament 109 teragrams encara estan sent utilitzats.[16]
Zinc
El zinc és el 23è element més abundant en l'escorça terrestre. Les menes més riques contenen prop d'un 10% deferro i entre el 40 i 50% de zinc. Elsminerals dels que s'extrau són l'esfalerita iblenda (sulfur),smithsonita (carbonat),hemimorfita (silicat) ifranklinita (òxid).
A les reserves mundials demostrades, l'explotació de les quals és econòmica, ascendixen a quasi 220 milions detones i es reparteixen més de la meitat a parts iguals entreEstats Units,Austràlia,Xina iKazakhstan.
La producció del zinc comença amb l'extracció del mineral, que pot ser tant a cel obert com en jaciments subterranis. Els minerals extrets es trituren amb posterioritat i se sotmeten a un procés deflotació per a obtenir el concentrat.
Els minerals amb alts continguts de ferro es tracten pervia seca: primerament es torra el concentrat per a transformar el sulfur en òxid, que rep la denominació decalcina, i a continuació es redueix aquest ambcarboni obtenint el metall (l'agent reductor és en la pràctica elmonòxid de carboni que es forma). Les reaccions en ambdues etapes són:
Pervia humida primerament es fa el torrat obtenint l'òxid que eslixivia ambàcid sulfúric diluït; els lleixius obtinguts es purifiquen separant les distintes fases presents. El sulfat de zinc se sotmet posteriorment aelectròlisi ambànode deplom icàtode d'alumini sobre el qual es diposita el zinc formant plaques d'alguns mil·límetres de gruix que es retiren cada cert temps. Elscàtodes obtinguts es fonen i es cola el metall per a la seua comercialització.
Com a subproductes s'obtenen diferents metalls commercuri,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 produiràcid sulfúric que es reutilitza en el lixiviat comercialitzant l'excedent produït.
Els tipus de zinc obtinguts es classifiquen segons la norma ASTM en funció de la seua puresa:
SHG,Special High Grade (99,99% mínim)
HG,High Grade (99,90% mínim)
PWGPrime Western Grade (98% mínim)
La normaEN 1179 considera cinc graus Z1 a Z5 amb continguts de zinc entre 99,995% i 98,5% i hi ha normes equivalents alJapó iAustràlia. Per a harmonitzar totes elles l'ISO va publicar al2004 la normaISO 752 sobre classificació i requisits del zinc primari.
Els aliatges més emprats són els d'alumini (3,5-4,5%,Zamak; 11-13%, Zn-Al-Cu-Mg; 22%, Prestal, aliatge que presentasuperplasticitat) icoure (al voltant de l'1%) que milloren les característiques mecàniques del zinc i la seua aptitud almodelatge.
És un component minoritari en aliatges diversos, principalment de coure comllautons (3 a 45% de zinc),alpaques (Cu-Ni-Zn) ibronzes (Cu-Sn) de modelatge.
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 22radioisòtops dels quals els més estables són Zn-65 i Zn-72 deperíode de semidesintegració de 244,26 dies i 46,5 hores respectivament; la resta d'isòtops radioactius tenen vides mitjanes menors de 14 hores i la majoria menors d'un segon. El zinc té quatre estats metaestables.
El zinc metall no és considerat tòxic però sí alguns dels seus compostos com l'òxid i el sulfur. En ladècada de 1940 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'1mm a l'any. El problema causat per aquests pèls s'ha aguditzat amb el pas del temps per haver-se construït les 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 progressivaminiaturització dels equips disminueix la longitud necessària per a provocar la fallada i els petitsvoltatges de funcionament impedixen que s'arribi a latemperatura de fusió del metall provocant fallades cròniques que poden ser inclús intermitents.
↑Gordon, R. B.; Bertram, M.; Graedel, T. E. «Metal stocks and sustainability». Proceedings of the National Academy of Sciences, 103, 5, Gener 2006, pàg. 1209–1214.DOI:10.1073/pnas.0509498103.PMC:1360560.PMID:16432205.
Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred.Advanced Inorganic Chemistry. 6a ed.. Nova York: John Wiley & Sons, Inc., 1999.ISBN 0-471-199957-5.
Contribuents de CRC. David R. Lide.Handbook of Chemistry and Physics. 87a ed.. Boca Raton (Florida): CRC Press, Taylor & Francis Group, 2006.ISBN 0-8493-0487-3.
Lehto, R. S.. «Zinc». A: Clifford A. Hampel.The Encyclopedia of the Chemical Elements. Nova York: Reinhold Book Corporation, 1968, p. 822–830. LCCN 68-29938.ISBN 0-442-15598-0.
Stwertka, Albert. «Zinc». A:Guide to the Elements. Oxford University Press, 1998.ISBN 0-19-508083-1.
Weeks, Mary Elvira. «III. Some Eighteenth-Century Metals». A:The Discovery of the Elements. Easton (Pennsilvània): Journal of Chemical Education, 1933.ISBN 0-7661-3872-0.
