Zinco

iso = isotopo
NA = abbondanza in natura
TD = tempo di dimezzamento
DM = modalità di decadimento
DE = energia di decadimento in MeV
DP = prodotto del decadimento

Lo zinco è l'elemento chimico di numero atomico 30. Il suo simbolo è Zn.

Indice

1 Caratteristiche
2 Applicazioni
3 Storia
4 Biologia
5 Disponibilità
6 Composti
7 Isotopi
8 Estrazione
- 8.1 via termica
- 8.2 via elettrolitica
9 Metallurgia Industriale
10 Precauzioni
11 Citazioni letterarie
12 Altri progetti
13 Collegamenti esterni

[modifica] Caratteristiche

È un metallo moderatamente reattivo, che si combina con l'ossigeno e altri non metalli; reagisce con acidi diluiti generando idrogeno. L'unico stato di ossidazione dello zinco è +2.

Lo zinco è solido a temperatura ambiente.

In presenza di ditizone assume una colorazione rosso intenso.

[modifica] Applicazioni

Lo zinco è il quarto metallo più comune nell'uso tecnologico dopo ferro, alluminio e rame, per tonnellate di metallo prodotto annualmente.ed è lucido

Lo zinco si usa per galvanizzare metalli come l'acciaio per prevenirne la corrosione.
Lo zinco si usa in leghe come l'ottone, il nichelargento, il metallo per macchine da scrivere, varie leghe per saldatura, l'argento tedesco ecc.
L'ottone ha numerose applicazioni per la sua resistenza meccanica e alla corrosione.
Una famiglia di leghe di zinco detta comunemente zama è usate per produrre, tramite tecnologia die casting, getti destinati a impieghi disparati (parti di autoveicoli, elettrodomestici, giocattoli, bottoni e cerniere).
Fogli di zinco arrotolati sono parte dei contenitori delle batterie.
L'ossido di zinco si usa come pigmento bianco nei colori e nelle vernici ad acqua, e come attivatore nell'industria della gomma. Sotto forma di unguento, l'ossido di zinco si applica in uno strato sottile sulla pelle del naso e delle guance per prevenirne la disidratazione, e quindi proteggerla dal sole d'estate e dal gelo d'inverno. Applicandolo alla zona perineale dei neonati ad ogni cambio, li protegge dalle irritazioni cutanee. Come accertato da studi clinici sul calo della vista nelle persone anziane, l'ossido di zinco è parte importante di un efficace trattamento per alcuni casi di degenerazione maculare dovuti all'età.
Il cloruro di zinco è usato come deodorante e conservante del legno.
Il solfuro di zinco si usa in pigmenti luminescenti, per rendere luminescenti al buio le lancette degli orologi e altri oggetti.
Lo zinco metile (Zn(CH₃)₂) si usa in un certo numero di reazioni di sintesi organica.
Lozioni di calamina, una miscela di Zn-(idrossi-)carbonati e silicati, sono usati per curare le irritazioni cutanee.
Lo zinco metallico è compreso nella maggior parte degli integratori vitaminici e minerali sul mercato: insieme ad alcuni altri metalli, alcuni pensano che abbia proprietà antiossidanti, che proteggono dall'invecchiamento della pelle e dei muscoli. In quantità maggiori, o preso da solo come in alcuni preparati di zinco, si pensa sia in grado di accelerare i processi di guarigione da un danno fisico.
La zinco gluconato glicina si prende in pastiglie come rimedio contro il comune raffreddore.
Lo zinco si usa nelle leghe per la produzione di oreficeria e argenteria.

[modifica] Storia

Leghe di zinco sono state usate per secoli: l'ottone è senza dubbio la più antica, e si ritrovano manufatti in tale lega in Palestina a partire dal 1000 al 1400 a.C.. Oggetti di zinco puro all'87% sono stati rinvenuti nella Transilvania preistorica. A causa del basso punto di ebollizione e della reattività chimica di questo metallo (lo zinco puro tende ad evaporare piuttosto che a raccogliersi in forma liquida) la vera natura metallica di questo elemento non fu riconosciuta dagli antichi.

La fabbricazione dell'ottone era nota ai Romani circa fin dal 30 DC, con una tecnica che prevedeva il riscaldamento di rame e calamina in un crogiolo. Il calore riduceva gli ossidi di zinco della calamina, e lo zinco libero veniva catturato dal rame, formando l'ottone, che veniva poi colato in stampi o forgiato.

L'estrazione e l'uso di forme impure di zinco era praticato già nel 1000 AC in Cina e in India; per la fine del XIV secolo gli indù erano a conoscenza dell'esistenza dello zinco come metallo a sé stante, diverso dai sette metalli noti agli antichi. In Occidente la scoperta dello zinco puro metallico pare sia dovuta al tedesco Andreas Marggraf, nel 1746, sebbene l'intera storia presenti dei lati romanzati.

Descrizioni di come ottenere ottone sono trovate in Europa occidentale negli scritti di Alberto Magno (1248 circa), ed entro il XVI secolo, la conoscenza e l'uso del nuovo metallo si diffuse ampiamente. Nel 1546 Agricola osservò che nei forni dove si erano fusi dei pani di zinco si condensava sulle pareti un metallo bianco, che si poteva recuperare grattandolo via; nelle sue note aggiunse che un metallo del tutto simile, chiamato zincum, si preparava in Silesia.

Paracelso (morto nel 1541) fu il primo in occidente a notare che lo zincum era in realtà un nuovo metallo e che aveva un insieme di proprietà chimiche separate da quelle degli altri metalli noti.

Il succo della questione è che quindi lo zinco era già noto quando Marggraf fece la sua scoperta, e infatti lo zinco era già stato isolato due anni prima da un altro chimico, Anton von Swab. Tuttavia, la qualità e la metodica precisione dei suoi esaustivi resoconti fu tale da cementare la sua fama come scopritore dello zinco.

Prima della scoperta della tecnica della flottazione del solfuro di zinco, la calamina era la principale sorgente di zinco metallico.

[modifica] Biologia

Lo zinco è un elemento essenziale per la vita degli esseri umani e degli animali superiori: una carenza di zinco condiziona pesantemente la crescita corporea e l'aumento di peso. Lo zinco fa anche parte dell'insulina, delle proteine con dita di zinco e di enzimi ad azione antiossidante come la superossido dismutasi, oppure con funzioni catalitiche come la carbonico anidrasi, la alcool deidrogenasi, e la lattico deidrogenasi. Secondo alcune fonti, assumere pastiglie di zinco può dare una certa immunità dal raffreddore e dall'influenza, ma l'esattezza di queste informazioni è controversa. Lo zinco è inoltre implicato nel funzionamento della vista, dell'olfatto, del tatto e della memoria, ed è responsabile del buon funzionamento di questi, e una carenza di zinco ne causa disfunzioni.

I seguenti alimenti sono delle fonti naturali di zinco: ostriche, carne rossa e bianca, fagioli, noccioline, pane integrale, semi di zucca e semi di girasole. I livelli di assunzione raccomandati sono:

Bambini 4-8 anni: 3-5 mg/die
Bambini 9-13 anni: 8 mg/die
Uomini: 11 mg/die
Donne: 8 mg/die
Gravidanza: 11-13 mg/die
Allattamento: 12-14 mg/die

Nei maschi, lo zinco è un elemento importante per la produzione di sperma: in una sola eiaculazione si possono perdere fino a 5 mg di zinco. Una carenza di zinco può provocare una diminuzione nel numero degli spermatozoi nel seme, e viceversa, delle eiaculazioni molto frequenti possono provocare una carenza di zinco.

[modifica] Disponibilità

Lo zinco è il ventitreesimo elemento più abbondante nella crosta terrestre; i giacimenti di zinco più sfruttati contengono di solito il 10% di ferro e il 40%-50% di zinco. I minerali da cui si estrae lo zinco sono la sfalerite, la zinco blenda, la smithsonite, la calamina e la franklinite.

Esistono miniere di zinco in tutto il mondo, ma i maggiori produttori sono l'Australia, il Canada, la Cina, il Perù e gli Stati Uniti. In Europa le due miniere più importanti sono la Vieille Montagne in Belgio e la Zinkgruvan in Svezia.

[modifica] Composti

L'ossido di zinco è probabilmente il composto di zinco più noto e più ampiamente usato: costituisce un'ottima base per pigmenti bianchi e si trova in molte vernici. Si usa anche nell'industria della gomma e si vende come protezione solare. Una ampia varietà di altri composti trovano applicazione in molti settori dell'industria. Il cloruro di zinco viene impiegato nei deodoranti; il solfuro di zinco nelle vernici fosforescenti, e lo zinco metile si usa come reagente in chimica organica. Circa un quarto di tutta la produzione mondiale di zinco viene impiegata sotto forma di composti di zinco.
Ioduro di zinco
Solfato di zinco monoidrato
Il sale di zinco, in acido acetico, diventa acetato di zinco diidrato.

[modifica] Isotopi

Lo zinco in natura è composto dei 4 isotopi stabili ⁶⁴Zn (il più abbondante, 48,6%), ⁶⁶Zn, ⁶⁷Zn e ⁶⁸Zn. Sono stati sintetizzati e studiati altri 22 radioisotopi, di cui il più stabile è ⁶⁵Zn con una emivita di 244,26 giorni e ⁷²Zn con emivita di 46,5 ore. Tutti gli altri isotopi sono radioattivi con emivite di meno di 14 ore; anzi la maggior parte di essi ha emivite di meno di un secondo. Lo zinco ha anche 4 stati metastabili. L'isotopo ⁵⁴Zn, con emivita di appena 3,7 millisecondi, può decadere emettendo due protoni, modalità estremamente rara, possibile solo a nuclei atomici con un numero pari di protoni e fortemente carenti di neutroni. L'unico altro nucleo atomico che esibisce tale fenomeno è il ⁴⁵Fe.

[modifica] Estrazione

L'estrazione dello zinco viene operata secondo due differenti procedimenti:per via Termica o per via Elettrolitica;

[modifica] via termica

I minerali di Zinco vengono ossidati con aria, secondo la reazione 1: 2ZnS+3O2-->2ZnO+2SO2 gli ossidi di Zinco vengono poi Ridotti per via termica, secondo la reazione 2: ZnO->Zn+O2 lo Zinco prodotto è metallico in fase vapore: per poterlo successivamente condensare è necessario estrarlo insieme al Piombo, che impedisce alla reazione 2 di tornare indietro verso l'Ossido di Zinco; il Piombo e lo Zinco vengono successivamente separati in una colonna di distillazione operante alla temperatura di circa 750°C in Carburo di Silicio (Imperial Carbonum), dalla quale si ottengono Zinco e piombo pressochè puri allo stato fuso.

[modifica] via elettrolitica

L'ossido di Zinco viene lisciviato con Acido Solforico secondo la reazione 3: ZnO+H2SO4-->ZnSO4+2H+ ed inviato a cella galvanica, il cui elettrolita è composto da una soluzione di Solfato di Zinco, L'anodo è costituito da una lastra di Piombo e il Catodo da una lastra di Zinco puro; qui avviene la reazione 4: ZnSO4+H2O+H+ -->Zn+H2SO4+H2 si ottiene Zinco allo stato puro in Catodi.

[modifica] Metallurgia Industriale

[modifica] Rivestimenti Protettivi

Lo zinco è utilizzato solitamente per rivestire pezzi metallici al fine di proteggerli dalla corrosione; tale rivestimento può essere effettuato tramite: 1)Metallizzazione (Spruzzatura): Lo Zinco puro viene inserito in una pistola a spruzzo a fiamma ossidrica o acetilenica, che vaporizza lo Zinco metallico che va poi a depositarsi sul pezzo da rivestire.Tale metodo è molto rapido ed economico e può essere effettuato direttamente in loco, ma gli spessori del rivestimento sono elevati e non omogenei. 2)Hot Dipping Lo zinco in lega con un 5% di Alluminio viene fuso e i pezzi da rivestire vengono immersi nel bagno fuso;lo Zinco fuso va a bagnare il pezzo, creando le seguenti fasi sul pezzo: Zn eta(esagonale compatto) ZnFe Zeta (tetragonale) ZnFe delta (cubico corpo centrato) ZnFe gamma (cubico facce centrate) tale rivestimento è molto coerente, ma gli spessori sono elevati e disomogenei; inoltre la temperatura del bagno fuso potrebbe indurre trattamenti termici nel pezzo da rivestire.La grana finale è molto grossa, visibile anche ad occhio nudo. 3)Cerardizzazione (rivestimento meccanico) In pezzi da rivestire vengono inseriti in un Tamburo rotante ad alta temperatura insieme a scaglie di vetro e di ZnFe, ottenuti dagli scarti dell'hot dipping; si forma un rivestimento sui pezzi che conferisce resistenza da corrosione e da usura. 4)Galvanizzazione il pezzo viene inserito in una cella galvanica alla quale fa da Catodo, mentre come Anodo solubile viene utilizzato un pezzo di zinco Purissimo;come elettrolita può essere utilizzata una soluzione Alcalina oppure Acida di solfato di zinco (utilizzato per rendere omogenea la composizione dell'elettrolita); solitamente si utilizzano elettroliti Acidi perchè presentano sovratensioni maggiori per le impurezze inevitabilmente oresenze, impedendo loro di depositarsi; inoltre conducono meglio l'elettricità e permettono consumi minori di elettricità per il processo. attraverso galvanizzazione si ottengono spessori molto omogenei e piccoli, anche su pezzi di forma complessa; inoltre la grana cristallina è molto piccola e porta ad una lucidità superficiale esteticamente gradevole; la temperatura della soluzione è inoltre piuttosto bassa (al massimo 80°C) e non può indurre trattamenti termici nei pezzi da rivestire; occorre però prestare attenzione ai possibili effetti di bordo generati da asimmetrie nel pezzo da rivestire.

Il pezzo da rivestire deve essere preventivamente Spazzolato, Sgrassato, ripulito da eventuali ossidazioni superficiali tramite Decapaggio per assicurare massima aderenza al rivestimento di Zinco, la cui funzione è di protezione da corrosione, attraverso 1)strato superficiale di Ossido di Zinco ZnO, che a basse temperature è protettivo eprotegge da ulteriori ossidazioni. 2)protezione fisica da corrosione dello strato di Zinco metallico sul pezzo; 3)protezione elettrochimica da corrosione; in caso di danneggiamento dei primi due strati superficiali verrebbe allo scoperto il metallo del epzzo; si formerebbe allora coppia galvanica tra Me e Zn; ma lo Zinco ha un elettronegatività molto bassa e si compoterebbe da anodo, corrodendosi al posto del metallo da proteggere.

[modifica] Zinco Superplastico

Per una lega di Zinco con il 21-23% di Alluminio e il 0,4-0,6% di rame, possiamo ottenere un comportamento superplastico, simile al vetro fuso o alla gomma, attraverso un trattamento di solubilizzazione ad una temperatura compresa fra 275 e 375°C seguito da una tempra ed invecchiamento a temperatura inferiore a 275°C: si forma una grana cristallina finissima che dà alla lega proprietà superplastiche; se viene superata la temperatura di 275°C la lega perde tutte le proprietà superplastiche;

[modifica] Leghe Da Fonderia

sono solitamente leghe Zinco-Alluminio con alluminio inferiore al 5%; esso conferisce alla lega una migliore resistenza a corrosione, tranne in ambienti riducenti, e caratteristiche meccaniche superiori allo zinco puro.Si formano strutture dendritiche durante la solidificazione, facilmente sensibili a stress termici e tensionamenti; saranno necessari trattamenti di ricottura anche per pezzi ottenuti in pressofusione.

[modifica] Precauzioni

Lo zinco metallico non è tossico, ma esiste una sindrome detta brividi da zinco, che può verificarsi per inalazione di ossido di zinco appena formato. Un eccessivo apporto di zinco con la dieta può provocare carenze di altri oligominerali.

[modifica] Citazioni letterarie

Allo zinco è dedicato uno dei racconti de "Il sistema periodico" di Primo Levi.

[modifica] Altri progetti

Wikimedia Commons contiene file multimediali su Zinco
Wikizionario contiene la voce di dizionario «zinco»

[modifica] Collegamenti esterni

La tavola periodica degli elementi