Zinc

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Zinc
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Informations générales
Nom, symbole, numéro	Zinc, Zn, 30
Série chimique	Métaux de transition
Groupe, période, bloc	12, 4, d
Masse volumique	7,134 g·cm-3 (25 °C)[1]
Dureté	2,5
Couleur	Gris-bleuté
No CAS	7440-66-6 [2]
No EINECS	231-175-3
Propriétés atomiques
Masse atomique	65,409 ± 0,004 u [1]
Rayon atomique (calc)	135 pm (142 pm)
Rayon de covalence	122 ± 4 pm [3]
Rayon de van der Waals	139 pm
Configuration électronique	[Ar] 3d10 4s2
Électrons par niveau d’énergie	2, 8, 18, 2
État(s) d’oxydation	2
Oxyde	amphotère
Structure cristalline	Hexagonal compact
Propriétés physiques
État ordinaire	solide (diamagnétique)
Point de fusion	419,527 °C (congélation)[4]
Point d’ébullition	907 °C [1]
Énergie de fusion	7,322 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation	115,3 kJ·mol-1
Volume molaire	9,16×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur	192,2 Pa à 419,53 °C
Vitesse du son	3 700 m·s-1 à 20 °C
Divers
Électronégativité (Pauling)	1,65
Chaleur massique	390 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique	16,6×106 S·m-1
Conductivité thermique	116 W·m-1·K-1
Solubilité	sol. dans HCl [5]
Énergies d’ionisation[1]
1re : 9,394199 eV	2e : 17,96439 eV
3e : 39,723 eV	4e : 59,4 eV
5e : 82,6 eV	6e : 108 eV
7e : 134 eV	8e : 174 eV
9e : 203 eV	10e : 238 eV
11e : 274 eV	12e : 310,8 eV
13e : 419,7 eV	14e : 454 eV
15e : 490 eV	16e : 542 eV
17e : 579 eV	18e : 619 eV
19e : 698 eV	20e : 738 eV
21e : 1 856 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD MeV 64Zn 48,2 % >4,3×1018 a ε β+ 65Zn {syn.} 244,26 j ε β+ 1,352 65Cu 66Zn 28,0 % stable avec 36 neutrons 67Zn 4,1 % stable avec 37 neutrons 68Zn 19,0 % stable avec 38 neutrons 70Zn 0,6 % >1,3×1016 a 2β-
Précautions
Directive 67/548/EEC[6]
F N Symboles : F : Facilement inflammable N : Dangereux pour l’environnement Phrases R : R15 : Au contact de l’eau, dégage des gaz extrêmement inflammables. R17 : Spontanément inflammable à l’air. R50/53 : Très toxique pour les organismes aquatiques, peut entraîner des effets néfastes à long terme pour l’environnement aquatique. Phrases S : (S2) : Conserver hors de portée des enfants. S43 : En cas d’incendie, utiliser … (moyens d’extinction à préciser par le fabricant. Si l’eau augmente les risques, ajouter : « Ne jamais utiliser d’eau »). S46 : En cas d’ingestion, consulter immédiatement un médecin et lui montrer l’emballage ou l’étiquette. S60 : Éliminer le produit et son récipient comme un déchet dangereux. S61 : Éviter le rejet dans l’environnement. Consulter les instructions spéciales/la fiche de données de sécurité. Phrases R : 15, 17, 50/53, Phrases S : (2), 43, 46, 60, 61,
Transport[6]
X423    1436    Code Kemler : X423 : matière solide inflammable, réagissant dangereusement avec l'eau en dégageant des gaz inflammables) Numéro ONU : 1436 : ZINC EN POUDRE ; ou ZINC EN POUSSIÈRE Classe : 4.3 Étiquettes : 4.3 : Matières qui, au contact de l'eau, dégagent des gaz inflammables 4.2 : Matières sujettes à l'inflammation spontanée Emballage : Groupe d'emballage I : matières très dangereuses ; 423    1436    Code Kemler : 423 : matière solide réagissant avec l'eau en dégageant des gaz inflammables Numéro ONU : 1436 : ZINC EN POUDRE ; ou ZINC EN POUSSIÈRE Classe : 4.3 Étiquettes : 4.3 : Matières qui, au contact de l'eau, dégagent des gaz inflammables 4.2 : Matières sujettes à l'inflammation spontanée Emballage : Groupe d'emballage II/III : matières moyennement/faiblement dangereuses.
SGH[7]
DangerH250, H260, H410, H250 : S'enflamme spontanément au contact de l'air H260 : Dégage, au contact de l'eau, des gaz inflammables qui peuvent s'enflammer spontanément H410 : Très toxique pour les organismes aquatiques, entraîne des effets à long terme
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.
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Le zinc (prononciation /zɛ̃g/, au Canada /zɛ̃k/, en Suisse /zɛ̃/) est un élément chimique, de symbole Zn et de numéro atomique 30. Il est par certains aspects semblable au magnésium dans la mesure où son état d'oxydation courant est +2, donnant un cation de taille comparable à celle de Mg²⁺. C'est le 24^e élément le plus abondant dans l'écorce terrestre. Il possède cinq isotopes stables.

Son principal minerai est la sphalérite, un sulfure de zinc. Les réserves mondiales estimées de zinc étaient de 250 millions de tonnes en 2010^[8], détenues notamment par l'Australie (21,2 %) et la Chine (16,8 %). La production mondiale s'est élevée en 2010 à 12 millions de tonnes, assurée essentiellement par la Chine (29,2 %), le Pérou (12,7 %) et l'Australie (12,1 %).

Origine de la découverte du zinc

Les Anciens qui connaissaient la calamine (minerai carbonaté de zinc) ne paraissent pas avoir utilisé le zinc en tant que métal isolé, encore que des bracelets de zinc aient été découverts en Grèce, dans les mines de Camaros, ce qui a permis de situer leur fabrication vers le V^e siècle av. J.-C.^{[réf. nécessaire]}.

Lexicologie

Le mot persan zangâr : rouille ; vert-de-gris [Azagar, asugar, asingar, zingar, ziniar (vert-gris) ; de ar. al-zanjâ, qui est le persan zangâr, même signification]. C'est l'alchimiste Paracelse qui lui donne ce nom, dérivé du mot Zinke en allemand qui signifie « pointe acérée » ou « dent », lié à l'apparence du zinc refroidi dans un récipient de coulée (effet dû à la formation de dendrites).

La prononciation académique zɛ̃ɡ (« zingu' ») se retrouve dans zincate (zɛ̃ɡat, « zingat' ») et explique les dérivés zingage, zinguerie, zingueur.

Caractéristiques notables

Zinc, métal pur à 99,995 %

Le zinc est un métal de couleur bleu-gris, moyennement réactif, qui se combine avec l'oxygène et d'autres non-métaux, et qui réagit avec des acides dilués en dégageant de l'hydrogène.

L'état d'oxydation le plus commun du zinc est +II (appelé ion zincique).

Le zinc peut réagir avec les éléments ambiants : humidité, oxygène, dioxyde de carbone, etc, pour former une patine. Cette patine se traduit par une diminution progressive de l'éclat métallique de la surface. La couche formée, insoluble, adhérente et protectrice, a comme constituant principal du carbonate basique de zinc.

En contact avec de l'eau stagnante, il forme des taches blanchâtres constituées notamment d'hydroxyde et d'oxyde de zinc, produits pulvérulents généralement peu adhérents et non protecteurs, parfois appelés rouille blanche.

Le zinc est une ressource non renouvelable.

Isotopes

Le zinc possède 30 isotopes connus, de nombre de masse variant de 54 à 83, ainsi que dix isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, cinq sont stables^[9], ⁶⁴Zn, ⁶⁶Zn, ⁶⁷Zn, ⁶⁸Zn et ⁷⁰Zn, et constituent l'ensemble du zinc, le plus abondant étant ⁶⁴Zn (48,6% d'abondance naturelle). Sa masse atomique standard est de 65,409(4) u.

Vingt-cinq radioisotopes ont été caractérisés, le plus abondant et le plus stable étant ⁶⁵Zn avec une demi-vie de 244,26 jours, suivis du ⁷²Zn avec une demi-vie de 46,5 heures. Tous les autres radioisotopes ont une demi-vie de moins de 14 heures, la majorité d'entre eux inférieure à une seconde.

Réactions chimiques courantes

Le zinc existe essentiellement aux états d'oxydation 0 et II. À l'état 0, c'est presque exclusivement un réducteur. À l'état II, il possède des propriétés acidobasique, il intervient dans des complexes, et possède une chimie organométallique.

Oxydation de l'état 0

Avec un E° de -0,7 V ENH, le zinc est un métal qui réduit l'eau et de nombreux autres ions métalliques. La réduction est lente à pH neutre, mais assez rapide en milieux très acide ou très basique. La réduction d'autres ions métallique est utilisé :

• dans les piles (Leclanché, alcaline) notamment;
• dans des procédés industrielle d'hydrométallurgie.

Chimie acidobasique à l'état II

Les ions Zn²⁺ réagissent vers pH 5 - 6 avec les ions hydroxydes pour donner un précipité d'hydroxyde de zinc Zn(OH)₂. L'hydroxyde formé réagit avec des ions H⁺ pour redonner Zn²⁺ (à ce titre Zn(OH)₂ est une base) mais aussi avec des ions HO^- pour donner l'ion zincate ZnO₂^2- (à ce titre Zn(OH)₂ est un acide). L'hydroxyde de zinc (et l'oxyde ZnO dont il dérive par hydratation) et donc un hydroxyde (un oxyde) amphotère.

Précipitation de Zn²⁺

Quelques anions précipitent les ions Zn²⁺, comme les ions HO^- ou CO₃^2-.

Complexation de Zn²⁺

Les ions Zn²⁺ peuvent donner des complexes avec la plupart des ligands courant (H₂O, NH₃ et les amines, les halogénures, SCN^- etc.).

L'ion Zn²⁺ existe également dans des métalloprotéines, telles que certaines histone désacétylases.

Chimie organométallique

Le zinc fut un des tout premiers métaux dont la chimie organométallique fut étudiée par Philippe Barbier. Il permet par exemple la réaction éponyme.

Oligo-élément indispensable à faible dose (dont pour l'Homme)

Le zinc est contenu essentiellement dans la viande rouge et il ne semble pas exister de forme de stockage de ce métal dans l'organisme humain. Une carence patente en zinc est notée dans près d'un tiers de la population mondiale, essentiellement liée à la sous-nutrition^[10].
Des données récentes montrent qu'il peut aussi y avoir des carences dans les populations de pays riches^[11] lié une alimentation mal équilibrée, chez l'enfant et la personne âgée^[12]. Un déficit, même léger, a un impact sur certaines fonctions, dont immunitaires^[13] responsable de la défense vis-à-vis de certaines infections. Il peut induire une sensibilité accrue à certaines infections bactériennes (pneumonie) ou virales (diarrhées, infections des voies respiratoires). Le zinc est important pour la santé reproductive (spermatogenèse) et peut être un traitement efficace dans certaines formes d'acné^[14].

Polluant (au-delà d'une certaine dose)

Le zinc est l'un des éléments traces métalliques qui devient un contaminant et un polluant au-delà des doses qui le rendent écotoxiques (qui varient selon les espèces, et le contexte ; par exemple il est plus mobile et biodisponible en milieu acide qu'en milieu basique). On l'a d'abord constaté dans et autour des raffineries de zinc où seules quelques espèces résistent bien aux sols contaminés par ce métal. Le zinc du sol (ou apporté par l'eau, l'air ou des boues d'épuration)^[15],[16] peut à certaines doses s'avérer écotoxique pour des plantes cultivées PM(soja par exemple^[17]).

Des inquiétudes ont récemment émergé quant aux effet de nanoparticules d'oxyde de zinc sur les cultures. Elles se sont montrées (chez le soja) expérimentalement exposé - sous serre - à des nanoparticules de zinc) non toxiques pour la plante (à la différence du dioxyde de cérium), mais capables de s'y bioaccumuler dans les parties comestibles (feuilles et graine)^[18].

Le zinc est détecté et quantifié dans le sol, par des moyens de plus en plus précis^[19],[20].

Utilisations

Ces utilisations peuvent être classée en fonction de leur importance décroissante du zinc exploité dans le monde^[21] :

• galvanisation (protection du fer) : 50% ;
• fabrication de laiton et du bronze : 17% ;
• alliages d'aluminium (Zamaks, Kayems) : 17% ;
• produits semi-finis à base de zinc : 6%
• produits chimiques : 6%
• autres : 4%

Protection du fer

Le dépôt d'une mince couche de zinc en surface de l'acier le protège de la corrosion : c'est la galvanisation. L'acier galvanisé est utilisé dans l'automobile, la construction, l'électroménager, les équipements industriels, etc.

Les deux principales techniques qui permettent de produire l'acier zingué sont :

• La galvanisation à chaud de produits finis: trempage de l'acier préalablement décapé, dans un bain de zinc en fusion à 450^oC, procédé mis au point par l'ingénieur français Stanislas SOREL en 1837; l'alliage de surface a une épaisseur de 40 à 200 μm en quelques minutes ; la couche ainsi formée est dure mais ne supporte pas d'être déformée (par exemple par pliage ou emboutissage).
• L'électrozingage ; il s'agit d'une électrolyse où l'acier à la cathode (pôle négatif) dans un bain de chlorure de zinc contenant des ions Zn²⁺ à 30 à 40 g.L^-1. Ces ions se déposent sous forme de zinc à la surface de l'acier (et non d'un alliage comme avec le processus du trempage). Les ions Zn²⁺ sont régénérés à l'anode de zinc qui s'oxydent simultanément. Ce procédé s'est surtout développé après 1980. Son intérêt est de maîtriser l'épaisseur de la couche de zinc qui se dépose, souvent limitée à 10 µm, au choix sur une seule face de la pièce ou sur les deux^[22].

Le zingage du fer est la plus grosse utilisation du zinc.

Piles

le zinc est un des deux composant permettant le fonctionnement des piles tant salines qu'alcaline.

Monnaie

Des pièces de monnaie sont en zinc ; ce sont surtout des pièces frappées pendant la Seconde Guerre mondiale et des monnaies de nécessité.

Alliage

Le zinc est utilisé pur ou bien pour réaliser des alliages :

• avec le cuivre : le laiton connu depuis la préhistoire^[23];
• avec l'aluminium : le Zamak nom déposé avec le brevet en 1926 par la New Jersey Zinc Company^[24],[25] ou le Kayem de l'Imperial Smelting Company^[25]. Ces produits ne diffèrent que par leur teneur en cuivre et la présence ou non de magnésium. Ils sont utilisés pour confectionner des pièces moulées (automobile, équipements ménagers, pièces industrielles, carters...).

Couverture

On l'emploie pour la couverture (toiture) des bâtiments et pour les gouttières et les descentes d'eaux pluviales.

Agriculture

Il est aussi utilisé en agriculture, comme apport d'oligo-élément, essentiellement en zone de sols fortement calcaires.

La culture la plus sensible à la carence ou insuffisance en zinc est probablement le maïs.

Des symptômes d'insuffisance apparaissent aussi sur la plupart des arbres fruitiers, plus rarement sur la vigne. Les légumes sont moins sensibles, hormis les asperges, les aubergines, les oignons et les pommes de terre.

Les apports, préventifs ou curatifs, se font sur le sol – et il faut alors veiller à la durée de la disponibilité pour les plantes – ou par pulvérisation foliaire.

Pour exemple, les besoins annuels pour le maïs se situent autour de 300 à 500 grammes de zinc par hectare.

Thérapeutique

Le zinc peut être utilisé pour le traitement des dermatoses (acné, érythème fessier), en particulier sous forme d'oxyde de zinc, car il possède des propriétés cicatrisantes et anti-inflammatoires.

Minerais de zinc

Le minerai qui est le plus utilisé est le sulfure de zinc appelé blende ou sphalérite (ZnS). Le mot blende, désormais abandonné dans la littérature minéralogique, provient du mot allemand blenden : « aveugler, éblouir, tromper ». Ce sulfure — le plus répandu dans la lithosphère — cristallise dans le système cubique. Il peut contenir des impuretés métalliques, telles que celles du fer (blendes foncées) : la marmatite, (Zn, Fe)S, contient jusqu’à 14 % de fer. Dans la nature, la sphalérite est associée à d’autres sulfures, comme la galène (sulfure de plomb : PbS).

La wurtzite a la même composition chimique mais cristallise dans le système hexagonal : c'est le polymorphe de haute température de ZnS.

Sous l’ancien vocable de calamine on trouve la smithsonite (carbonate de zinc : ZnCO₃) et l'hémimorphite (silicate de zinc : Zn₄Si₂O₇(OH) ₂, H₂O). Les deux minéraux peuvent être associés. Si historiquement la calamine fut utilisée au début du développement industriel de ce métal, elle est maintenant peu exploitée.

Autres minéraux plus rares :

• Franklinite : (Zn, Fe, Mn)(Fe, Mn)₂O₄, spinelle ;
• Willemite : Zn₂SiO₄, nésosilicate ;
• Zincite : ZnO.

Environ 30 % du zinc mondial provient du recyclage^[26].

Couverture en zinc à joint-debout (Toruń, Pologne).

Production de zinc

Les principaux gisements de minerais de zinc se situent en Chine et en Australie. La production de zinc à partir de minerai (blende) est effectuée dans deux filières technologiques distinctes :

• la pyrométallurgie ;
• l’hydrométallurgie suivie d’une électrolyse.

Les opérations du procédé pyrométallurgique sont :

• grillage du sulfure de zinc (ZnS) pour obtenir un oxyde de zinc (ZnO) ;
• réduction de l’oxyde pour obtenir du zinc métallique (Zn) ;
• affinage du zinc par liquation et distillation pour supprimer les impuretés comme le plomb ou le fer.

Les opérations du procédé hydrométallurgique sont :

• grillage du sulfure de zinc (ZnS) pour obtenir un oxyde de zinc (ZnO) et supprimer certaines impuretés (fer) ;
• lixiviation pour solubiliser le zinc sous forme de sulfate de zinc (ZnSO₄) ;
• cémentation pour éliminer les impuretés : cobalt, nickel, cadmium et cuivre de la solution de sulfate de zinc ;
• électrolyse pour transformer le sulfate de zinc en zinc métal.

Quelques données économiques

La consommation mondiale de zinc en 2004 a été de l'ordre de 10 millions de tonnes^[27] :

Tendance de la production mondiale

• Asie 5 057 kt (kt = milliers de tonnes)
• Europe 2 840 kt
• Amériques 2 113 kt
• Océanie 263 kt
• Afrique 193 kt

Total 10 466 kt

La production de métal en 2004 s'est répartie de la façon suivante :

• Asie 4 729 kt
• Europe 2 715 kt
• Amériques 1 993 kt
• Océanie 474 kt
• Afrique 256 kt

Total 10 167 kt

La production minière (en kt de zinc contenu dans le concentré) a été en 2004 de :

• Asie 3 340 kt
• Europe 1 037 kt
• Amériques 3 606 kt
• Océanie 1 298 kt
• Afrique 353 kt

Total 9 634 kt

Le zinc est un des métaux non ferreux cotés à la bourse des métaux de Londres^[28]. Son prix au comptant, exprimé en $, est cyclique : entre 1994 et 2005, il a varié entre 725 $/t et 1 760 $/t. En 2006, il a dépassé les 3 000 $/t.

Expressions

• Dans le langage populaire le zinc désigne le comptoir d'un bar.
• Le zinc est un surnom pour désigner un avion ;
• Le plombier-zingueur désigne un plombier qui est également zingueur ;
• « avoir du zinc dans la tête » : être pénible ;^{[réf. nécessaire]}
• Dézinguer : tuer.
• Zinc est parfois synonyme de joint/pétard/spleef^{[réf. nécessaire]}
• Ça zinc ? : Ca va ?^{[réf. nécessaire]}
• Doigt de zinc : motif porté par certaines protéines.

Symbolique

Calendrier républicain

• Dans le calendrier républicain, le Zinc était le nom attribué au 28^e jour du mois de nivôse^[29].

Commerce

En 2014, la France est nette importatrice de zinc, d'après les douanes françaises. Le prix moyen à la tonne à l'import était de 600 €^[30].

Voir aussi

Articles connexes

Liens externes

• (fr) Informations de marché sur le site de la Conférence des Nations unies sur le commerce et le développement : description, qualité, secteurs d'utilisation, marché, filière, sociétés, techniques, prix, politiques économiques
• (fr) Tableau périodique des éléments : Zn
• (fr) Propriétés chimiques
• (en) International Zinc Association
• (en) Images de zinc sous différentes formes
• (fr) Sculptures en fonte de zinc

Bibliographie

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Références

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