Zinco

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Pix.gif Zinco Stylised Lithium Atom.svg
CobreZincoGálio
  Hexagonal.png
 
30
Zn
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Zn
Cd
Tabela completaTabela estendida
Aparência
Azul pálido grisáceo


Ao centro: um fragmento de zinco de pureza 99,995%; à direita: um fragmento cristalino de um lingote de zinco; à esquerda: um cubo de zinco de 1cm3 para comparação.
Informações gerais
Nome, símbolo, número Zinco, Zn, 30
Série química Metal de transição
Grupo, período, bloco 12, 4, d
Densidade, dureza 7140 kg/m3, 2,5
Número CAS
Número EINECS
Propriedade atómicas
Massa atômica 65,38(2) u
Raio atómico (calculado) 134 pm
Raio covalente 122±4 pm
Raio de Van der Waals 139 pm
Configuração electrónica [Ar] 3d10 4s2
Elétrons (por nível de energia) 2, 8, 18, 2 (ver imagem)
Estado(s) de oxidação +2, +1, 0 (óxido anfótero)
Óxido
Estrutura cristalina hexagonal
Propriedades físicas
Estado da matéria sólido
Ponto de fusão 692,68 K
Ponto de ebulição 1180 K
Entalpia de fusão 7,32 kJ/mol
Entalpia de vaporização 123,6 kJ/mol
Temperatura crítica  K
Pressão crítica  Pa
Volume molar 9,16×10−6 m3/mol
Pressão de vapor 1 Pa a 610 K
Velocidade do som 3700 m/s a 20 °C
Classe magnética
Susceptibilidade magnética
Permeabilidade magnética
Temperatura de Curie  K
Diversos
Eletronegatividade (Pauling) 1,65
Calor específico J/(kg·K)
Condutividade elétrica S/m
Condutividade térmica 116 W/(m·K)
Potencial de ionização 906,4 kJ/mol
2º Potencial de ionização 1733,3 kJ/mol
3º Potencial de ionização 3833 kJ/mol
4º Potencial de ionização 5731 kJ/mol
5º Potencial de ionização kJ/mol
6º Potencial de ionização kJ/mol
7º Potencial de ionização kJ/mol
8º Potencial de ionização kJ/mol
9º Potencial de ionização kJ/mol
10º Potencial de ionização kJ/mol
Isótopos mais estáveis
iso AN Meia-vida MD Ed PD
MeV
64Zn 48,6% estável com 34 neutrões
65Zn sintético 243,8 d ε
γ
1,3519
1,1155
65Cu
-
66Zn 27,9% estável com 36 neutrões
67Zn 4,1% estável com 37 neutrões
68Zn 18,8% estável com 38 neutrões
69Zn sintético 56,4 min β 0,906 69Ga
70Zn 0,6% estável com 40 neutrões
72Zn sintético 46,5 h β 0,458 72Ga
Unidades do SI & CNTP, salvo indicação contrária.

O zinco (do alemão Zink) é um elemento químico de símbolo Zn, número atômico 30 (30 prótons e 30 elétrons) com massa atómica 65,4 uma. À temperatura ambiente, o zinco encontra-se no estado sólido. Está situado no grupo 12 (2 B) da Classificação Periódica dos Elementos.

As ligas metálicas de zinco têm sido utilizadas durante séculos - peças de latão datadas de 1000-1400 a.C. foram encontrados na Palestina , e outros objetos com até 87% de zinco foram achados na antiga região da Transilvânia. A principal aplicação do zinco - cerca de 50% do consumo anual - é na galvanização do aço ou ferro para protegê-los da corrosão, isto é, o zinco é utilizado como metal de sacrifício (tornando-se o ânodo de uma célula, ou seja, somente ele se oxidará). Ele também pode ser usado em protetores solares, em forma de óxido, pois tem a capacidade de barrar a radiação solar.

O zinco é um elemento químico essencial para a vida: intervém no metabolismo de proteínas e ácidos nucleicos, estimula a atividade de mais de 100 enzimas, colabora no bom funcionamento do sistema imunológico, é necessário para cicatrização dos ferimentos, intervém nas percepções do sabor e olfato e na síntese do ADN. Foi descoberto pelo alemão Andreas Sigismund Marggraf em 1746.

Características principais[editar | editar código-fonte]

O zinco é um metal, às vezes classificado como metal de transição ainda que estritamente não seja, apresenta semelhanças com o magnésio e o berílio além dos metais do seu grupo. Este elemento é pouco abundante na crosta terrestre, porém pode ser obtido com facilidade.

É um metal de coloração branca azulada que arde no ar com chama verde azulada. O ar seco não o ataca, porém, na presença de umidade, forma uma capa superficial de óxido ou carbonato básico que isola o metal e o protege da corrosão.

Praticamente o único estado de oxidação que apresenta é 2+. Reage com ácidos não oxidantes passando para o estado de oxidação 2+ e liberando hidrogênio, e pode dissolver-se em bases e ácido acético.

O metal apresenta uma grande resistência à deformação plástica a frio que diminui com o aquecimento, obrigando a laminá-lo acima dos 100 °C.

O zinco é empregado na fabricação de ligas metálicas como o latão e o bronze, além de ser utilizado na produção de telhas e calhas residenciais. O zinco é, ainda, utilizado como metal de sacrifício para preservar o ferro da corrosão em algumas estruturas, na produção de pilhas secas e como pigmento em tinta de coloração branca.

Papel biológico[editar | editar código-fonte]

Telhado de zinco.

O zinco é um elemento químico essencial para o corpo humano: intervém no metabolismo de proteínas e ácidos nucleicos, estimula a atividade de mais de 100 enzimas, colabora no bom funcionamento do sistema imunológico, é necessário para cicatrização dos ferimentos, nas percepções do sabor e olfato e na síntese do DNA. O metal é encontrado na insulina, nas proteínas dedo de zinco (zinc finger) e em diversas enzimas como a superóxido dismutase.

O zinco é encontrado em diversos alimentos como nas ostras, carnes vermelhas, aves, alguns pescados, mariscos, favas e nozes. A ingestão diária recomendada de zinco é em torno de 10 mg, menor para bebês, crianças e adolescentes (devido ao menor peso corporal), e algo maior para as mulheres grávidas e durante o aleitamento.

A deficiência de zinco pode produzir retardamento no crescimento, perda de cabelo, diarreias, impotência sexual e imaturidade sexual nos adolescentes, apatia, cansaço e depressão, lesões oculares e de pele, inclusive acne, unhas quebradiças, amnésia, perda de apetite, perda de peso e problemas de crescimento, aumento do tempo de cicatrização de ferimentos e anomalias no sentido do olfato. As causas que podem provocar uma deficiência de zinco são a insuficiente quantidade na dieta alimentar e a dificuldade na absorção do mineral que pode ocorrer em casos de alcoolismo, quando é eliminado pela urina ou, ainda, devido à excessiva eliminação por causa de desordens digestivas.[1] [2] [3] [4]

O excesso de zinco tem-se associado com baixos níveis de cobre, alterações na função do ferro, diminuição da função imunológica e dos níveis de colesterol bom.

É um dado adquirido que o zinco desempenha um papel vital no desenvolvimento animal. Uma dieta rica em zinco diminui o risco de hemorragias e melhora a cicatrização das feridas. Na agricultura, o zinco é usado como suplemento nutritivo para promover o crescimento das plantas. Embora o elemento não seja considerado tóxico, existem certos sais de zinco cuja ingestão provoca náuseas e diarreia. A inalação de óxido de zinco pode provocar lesões nos pulmões e, de um modo geral, em todo o sistema respiratório.

História[editar | editar código-fonte]

As ligas metálicas de zinco foram utilizadas durante séculos - peças de latão datadas de 1000-1400 a.C. foram encontrados na Palestina, e outros objetos com até 87% de zinco foram achados na antiga região da Transilvânia - devido ao seu baixo ponto de fusão e reatividade química o metal tende a evaporar-se, motivo pelo qual a verdadeira natureza do zinco não foi compreendida pelos antigos.

Se sabe que a fabricação do latão era conhecida pelos romanos desde 30 a.C. Plinio e Dioscórides descrevem a obtenção de aurichalcum ( latão ) pelo aquecimento num cadinho de uma mistura de cadmia ( calamina ) com cobre. O latão obtido é posteriormente fundido ou forjado para fabricar objetos.

A fusão e extração de zinco impuro já era efetuda no ano 1.000 na Índia - na obra Rasarnava (c. 1200) de autor desconhecido o procedimento foi descrito - e posteriormente na China. Em 1597 Andreas Libavius descreve uma peculiar classe de estanho que havia sido preparada na Índia que tinha recebido em pequenas quantidades através de um amigo; deduziu que se tratava do zinco mesmo não chegando a reconhecê-lo como o metal procedente da calamina.

No ocidente, em 1248, Alberto Magno descreve a fabricação do latão na Europa. No século XVI já se conhecia a existência do metal. Agrícola observou em 1546 que formava-se um metal branco prateado condensado nas paredes dos fornos nos quais se fundiam minerais de zinco, adicionando em sua notas que um metal similar denominado zincum era produzido na Silésia. Paracelso foi o primeiro a sugerir que o zincum era um novo metal e que suas propriedades diferiam dos metais conhecidos, sem dar nenhuma indicação sobre a sua origem;[5] [6] nos escritos de Basílio Valentino são encontrados também menções sobre o zincum. Em tratados posteriores são frequentes as referências ao zinco, com diferentes nomes, se referindo geralmente ao mineral e não ao metal livre, e muitas vezes confundido com o bismuto.

Johann Kunkel em 1677 e pouco mais tarde Stahl em 1702 indicam que ao preparar o latão com o cobre e a calamina, esta última se reduz previamente em zinco livre, que foi isolado posteriormente pelo químico Anton von Swab em 1742 e por Andreas Marggraf em 1746, cujo exaustivo e metódico trabalho Sobre o método de extração do zinco de um mineral verdadeiro, a calamina sedimentou a metalurgia do zinco e sua reputação como descobridor do metal.

Em 1743 foi fundado em Bristol o primeiro estabelecimento para a fundição do metal em escala industrial, porém, o procedimento ficou em segredo. Setenta anos depois Daniel Dony desenvolveu um procedimento industrial para a extração do metal, construindo-se a primeira fábrica no continente Europeu. Após o desenvolvimento da técnica de flotação do sulfeto de zinco se desprezou a calamina como fonte principal de obtenção do zinco. O método de flotação, atualmente, é empregado para a obtenção de vários metais.

Em 1800, Alessandro Volta inventou a pilha de Volta.[7] A unidade básica da pilha de Volta era uma célula simplificada galvânica, que era feita de uma placa de cobre e uma placa de zinco ligadas uns aos outros externamente e separados por um eletrólito. Estes foram empilhadas em série para fazer a célula voltaica, que por sua vez produziu eletricidade, orientando os elétrons do zinco para o cobre e permitindo que o zinco a corroer.[7]

Abundância e obtenção[editar | editar código-fonte]

Zinco

O zinco é o 23º elemento mais abundante na crosta terrestre. As jazidas mais ricas contém cerca de 10% de ferro e entre 40% e 50% de zinco. Os minerais dos quais se extrai o zinco são a esfalerita (sulfetos), smithsonita (carbonato), hemimorfita (silicato) e franklinita (óxido).

As reservas mundiais cuja exploração é economicamente viável ultrapassa a casa dos 220 milhões de toneladas, a maior parte nos Estados Unidos , Austrália, China e Cazaquistão. As reservas mundiais (incluindo aquelas cuja extração atualmente não é viável) são estimadas em 2000 milhões de toneladas.

A produção mundial foi em 2003, segundo dados da Agência de Prospecção Geológica dos Estados Unidos (US Geological Survey) de 8,5 milhões de toneladas, liderada pela China com 20% e Austrália com 19%. Estima-se que um terço do zinco consumido é reciclado.

A produção do zinco começa com a extração do mineral que pode ser realizada tanto a céu aberto como em jazidas subterrâneas. Os minerais extraídos são triturados e, posteriormente, submetidos a um processo denominado flotação para a obtenção do mineral concentrado.

Os minerais com altos teores de ferro são tratados por via seca. O concentrado é queimado (calcinação) para transformar o sulfeto em óxido, que recebe a denominação de calcina. O óxido obtido é reduzido com carbono produzindo o metal (o agente redutor na prática é o monóxido de carbono formado).

Produção de Zinco em 2010 [8]
Rank País Toneladas
1 República Popular da China China 3,500,000
2 Peru Peru 1,520,000
3 Austrália Austrália 1,450,000
4 Índia Índia 750,000
5 Estados Unidos Estados Unidos 720,000
6 Canadá Canadá 670,000

As reações por etapas são: Por via úmida o minério é calcinado (queimado) para a obtenção do óxido, posteriormente lixiviado com ácido sulfúrico diluído. A lixívia obtida é purificada para a separação dos diferentes componentes, principalmente o sulfato de zinco. O sulfato é submetido a um processo de eletrólise com ânodo de chumbo e cátodo de alumínio, sobre o qual se deposita o zinco, formando placas de alguns milímetros. O zinco obtido é fundido e lingotado para sua comercialização.

Como subprodutos, diferentes metais são obtidos, como mercúrio, cádmio, ouro, prata, cobre e chumbo, em função da composição dos minerais. O dióxido de enxofre obtido na calcinação é usado para produzir o ácido sulfúrico utilizado na lixiviação. O excedente é comercializado.

Os tipos de zinco obtidos se classificam segundo a norma ASTM em função da sua pureza:

  • SHG, Special High Grade (99,99%)
  • HG, High Grade (99,90%)
  • PWG Prime Western Grade (98%)

A norma EN 1179 considera cinco níveis (Z1 a Z5) com teores de zinco entre 99,995% e 98,5%, existindo normas equivalentes no Japão e Austrália. Para harmonizar todas as normas a ISO publicou em 2004 a norma ISO 752 regulando a classificação e requisitos necessários em relação ao zinco.

Ligas metálicas[editar | editar código-fonte]

As ligas metálicas mais empregadas são as de alumínio (3,5-4,5%, Zamak; 11-13%, Zn-Al-Cu-Mg; 22%, Prestal , liga que apresenta superplasticidade) e cobre (aproximadamente 1%) que melhora as características mecânicas do zinco e sua aptidão ao molde.

É componente minoritário em diversas ligas, principalmente de cobre como latões (3 a 45% de zinco) , alpacas (Cu-Ni-Zn) e bronzes ( u-Sn ) de molde.

Compostos[editar | editar código-fonte]

O óxido de zinco é o mais conhecido e utilizado industrialmente, especialmente como base de pigmentos brancos para pintura, também na indústria de borracha e em protetores solares. Outros compostos importantes são o cloreto de zinco (desodorantes) e sulfeto de zinco (pinturas luminescentes). A quarta parte, aproximadamente, do zinco consumido é na forma de compostos.

Isótopos[editar | editar código-fonte]

O zinco existente na natureza é formado por quatro isótopos estáveis, Zinco-64 (48,6%), Zinco-66, Zinco-67, e Zinco-68. Se tem caracterizado 22 radioisótopos sendo os mais estáveis Zinco-65 e Zinco-72 com meia-vida de 244,26 dias e 46,5 horas, respectivamente. Os demais isótopos radiativos apresentam meias-vidas menores que 14 horas, e a maioria menores que um segundo. O zinco tem quatro estados metaestáveis.

Aplicações[editar | editar código-fonte]

A principal aplicação do zinco metálico é a produção de ligas ou a galvanização de estruturas de aço. Uma das ligas mais importantes de zinco é o bronze, que consiste na mistura deste elemento com o cobre. Este processo consiste na eletrodeposição de uma fina película de zinco sobre as peças que devem ser protegidas. O zinco pode também ser um aditivo para borrachas e tintas.

O principal composto do zinco é o óxido (ZnO), utilizado nas indústrias de cerâmica, de borrachas e na fabrição de tintas. O sulfato de zinco (ZnSO4) tem aplicação na indústria têxtil e no enriquecimento de solos. O cloreto de zinco é usado para preservar madeiras.[9]

Criação[editar | editar código-fonte]

O zinco é muito grande e pesado para se formar nas estrelas por meio do processo de fusão nuclear do silício. A forma estável de zinco é criada em supernovas por meio do processo r.[carece de fontes?]

Precauções[editar | editar código-fonte]

Embora o zinco seja um requisito essencial para uma boa saúde, o excesso dele pode ser prejudicial. Absorção excessiva de zinco suprime a absorção de cobre e de ferro.[10] O zinco metálico não é considerado tóxico, porém alguns de seus compostos, como o óxido e o sulfeto, são nocivos.

Na década de 40 observou-se que na superfície do aço galvanizado formava-se com o tempo pelos de zinco (zinc whiskers) que liberados ao ambiente provocavam curtos-circuitos e falhas em componentes eletrônicos. Estes pelos se formam após um período de incubação que pode durar dias ou anos, e crescem num ritmo da ordem de 1 mm por ano.

Envenenamento[editar | editar código-fonte]

Moeda de um cent (1982)

Em 1982, a United States Mint começou a cunhar moedas de um centavo revestido de cobre, mas feitas principalmente de zinco. Com as moedas de zinco novo, há o potencial para a intoxicação por zinco, que pode ser fatal. Um caso relatado da ingestão crônica de 425 moedas de um centavo (mais de 1 kg de zinco) resultou em morte por sepse bacteriana e fúngica gastrointestinal, enquanto outro paciente, que ingeriu 12 gramas de zinco, só mostrou letargia e ataxia (falta grave de coordenação dos movimentos dos músculos).[11] Vários outros casos foram relatados de seres humanos que sofreram intoxicação pela ingestão de moedas de zinco.[12] [13]

As moedas de pequeno porte são, por vezes, ingeridos por cães, resultando na necessidade de tratamento médico para remover o corpo estranho. O teor de zinco de algumas moedas podem causar intoxicação por zinco, que é comumente fatal em cães, pois causa uma anemia hemolítica grave, e também causa danos no fígado ou nos rins. Vômitos e diarreia são sintomas possíveis.[14] O zinco é altamente tóxico em papagaios e o envenenamento por muitas vezes pode ser fatal.[15]

Referências

  1. Modern Nutrition in health and disease. 18. Edition. 1994. Maurice E Shils, James ª Olson and Moshe Shike.
  2. Present Knowlede in Nutrition. 6. Edition. 1990. Myrtle L. Brown.
  3. Biol. Trace Element. Research, 1991, 29: 133-136.
  4. Environ Res 1994, 64 (2):151-80
  5. Habashi, Fathi. Discovering the 8th metal (em inglês). [S.l.]: International Zinc Association. Página visitada em 17 de dezembro de 2012.
  6. Hefner Alan G. Paracelsus (em inglês). themystica.com. Página visitada em 17 de dezembro de 2012.
  7. a b Warren, Neville G.. Excel Preliminary Physics. [S.l.]: Pascal Press, 2000. p. 47. ISBN 1740200853
  8. Tolcin, A. C. (2011). Mineral Commodity Summaries 2009: Zinc. United States Geological Survey. Página visitada em 21 de janeiro de 2012.
  9. Zinco: Aplicações. Página visitada em 21 de janeiro de 2012.
  10. Fosmire, G. J.. (1990). "Zinc toxicity". American Journal of Clinical Nutrition 51 (2): 225–7. PMID 2407097.
  11. Barceloux, Donald G.; Barceloux, Donald. (1999). "Zinc". Clinical Toxicology 37 (2). DOI:10.1081/CLT-100102426.
  12. Bennett, Daniel R. M.D.; Baird, Curtis J. M.D.; Chan, Kwok-Ming; Crookes, Peter F.; Bremner, Cedric G.; Gottlieb, Michael M.; Naritoku, Wesley Y. M.D.. (1997). "Zinc Toxicity Following Massive Coin Ingestion". American Journal of Forensic Medicine & Pathology 18 (2). DOI:10.1097/00000433-199706000-00008.
  13. Fernbach, S. K.; Tucker G. F.. (1986). "Coin ingestion: unusual appearance of the penny in a child". Radiology 158 (2). PMID 3941880.
  14. Stowe, C. M.; Nelson, R.; Werdin, R.; et al.. (1978). "Zinc phosphide poisoning in dogs". Journal of the American Veterinary Medical Association 173 (3). PMID 689968.
  15. Reece, R. L.. (1986). "Zinc toxicity (new wire disease) in aviary birds". Australian Veterinary Journal 63 (6). DOI:10.1111/j.1751-0813.1986.tb02979.x.

Ligações externas[editar | editar código-fonte]

Commons
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Bibliografia[editar | editar código-fonte]

  • Diccionário Enciclopédico Hispano-Americano, Tomo XXIII, Montaner y Simón Editores, Barcelona, 1898.

Ver também[editar | editar código-fonte]