ZINK: SEJARAH, SIFAT, STRUKTUR, RISIKO, KEGUNAAN - KIMIA - 2026

The zink adalah logam peralihan yang dipunyai oleh kumpulan 12 dalam jadual berkala dan diwakili dengan simbol kimia Zn. Ini adalah elemen ke-24 dalam kerak bumi yang banyak terdapat pada mineral sulfur, seperti sphalerite, atau karbonat, seperti smitsonite.

Ia adalah logam yang terkenal dalam budaya popular; atap zink adalah contoh, seperti makanan tambahan untuk mengatur hormon lelaki. Ia terdapat dalam banyak makanan dan merupakan elemen penting untuk proses metabolik yang tidak terkira banyaknya. Terdapat beberapa faedah pengambilannya yang sederhana berbanding kesan negatif dari kelebihannya dalam badan.

Bumbung aloi zink Muzium Riverside. Sumber: Eoin

Zink telah terkenal lama sebelum keluli tergalvani warna perak dan logam lain. Kuningan, aloi komposisi tembaga dan zink yang bervariasi, telah menjadi bahagian objek sejarah selama ribuan tahun. Hari ini warna keemasannya sering dilihat di beberapa alat muzik.

Begitu juga, ia adalah logam yang menggunakan bateri alkali, kerana daya pengurangan dan kemudahan elektron menderma menjadikannya pilihan yang baik sebagai bahan anodik. Penggunaan utamanya adalah untuk menggalvani baja, melapisi mereka dengan lapisan zink yang mengoksidasi atau mengorbankan untuk mengelakkan besi di bawahnya terhakis kemudian.

Dalam sebatian terbitannya, ia hampir selalu mempunyai bilangan pengoksidaan atau keadaan +2. Oleh itu, ion Zn ²⁺ dianggap diselimuti oleh persekitaran molekul atau ionik. Walaupun Zn ²⁺ adalah asid Lewis yang dapat menyebabkan masalah dalam sel, diselaraskan dengan molekul lain ia berinteraksi positif dengan enzim dan DNA.

Oleh itu, zink adalah kofaktor penting bagi banyak enzim metallo. Walaupun biokimia sangat penting, dan kehebatan kilauan kehijauan ketika menyala, dalam dunia sains ia dianggap sebagai logam "membosankan"; kerana, sifatnya kurang menarik logam lain, dan takat leburnya jauh lebih rendah daripada logam mereka.

Sejarah

Zaman dahulu

Zink telah dimanipulasi selama ribuan tahun; tetapi dengan cara yang tidak disedari, kerana peradaban kuno, termasuk orang Parsi, Rom, Transylvan dan Yunani, sudah membuat benda, duit syiling dan senjata tembaga.

Oleh itu, tembaga adalah salah satu aloi tertua yang diketahui. Mereka menyiapkannya dari mineral calamine, Zn ₄ Si ₂ O ₇ (OH) ₂ · H ₂ O, yang mereka giling dan panaskan di hadapan bulu dan tembaga.

Semasa proses itu, sejumlah kecil zink logam yang mungkin terbentuk melarikan diri sebagai wap, fakta yang melambatkan pengenalannya sebagai unsur kimia selama bertahun-tahun. Ketika berabad-abad berlalu, tembaga dan aloi lain meningkatkan kandungan zinknya, kelihatan lebih kelabu.

Pada abad keempat belas, di India, mereka telah berjaya menghasilkan zink logam, yang mereka sebut Jasada dan kemudian memperdagangkannya dengan China.

Oleh itu, ahli alkimia dapat memperolehnya untuk menjalankan eksperimen mereka. Tokoh sejarah terkenal Paracelsus yang menamakannya 'zincum', mungkin dari kemiripan antara kristal zink dan gigi. Sedikit demi sedikit, di tengah-tengah nama lain dan pelbagai budaya, nama 'zinc' akhirnya melengkung untuk logam ini.

Pengasingan

Walaupun India telah menghasilkan zink logam sejak tahun 1300-an, ini berasal dari kaedah yang menggunakan calamine dengan bulu; oleh itu, ia bukanlah sampel logam yang mempunyai ketulenan yang besar. William Champion memperbaiki kaedah ini pada tahun 1738, Great Britain, menggunakan relau tegak tegak.

Pada tahun 1746, ahli kimia Jerman Andreas Sigismund Marggraf memperoleh "kali pertama" sampel zink tulen dengan memanaskan calamine dengan adanya arang (agen pengurang yang lebih baik daripada bulu), di dalam bekas dengan tembaga. Cara menghasilkan zink ini dikembangkan secara komersial dan selari dengan Champion's.

Kemudian, proses dikembangkan yang akhirnya bebas dari calamine, menggunakan zink oksida sebagai gantinya; dengan kata lain, sangat serupa dengan proses pirometallurgikal semasa. Tungku juga bertambah baik, dapat menghasilkan jumlah zink yang bertambah.

Sehingga itu, masih belum ada aplikasi yang memerlukan sejumlah besar zink; tetapi itu berubah dengan sumbangan Luigi Galvani dan Alessandro Volta, yang memberi jalan kepada konsep galvanisasi. Volta juga hadir dengan apa yang dikenali sebagai sel galvanik, dan zink segera menjadi sebahagian daripada reka bentuk sel kering.

Sifat fizikal dan kimia

Penampilan fizikal

Ia adalah logam keabu-abuan, biasanya terdapat dalam bentuk butiran atau serbuk. Ia lemah secara fizikal, jadi ini bukan pilihan yang baik untuk aplikasi di mana ia mesti menyokong objek berat.

Begitu juga, rapuh, walaupun ketika dipanaskan di atas 100 ºC, ia menjadi lembut dan tidak mulus; hingga 250 ºC, suhu di mana ia menjadi rapuh dan boleh disembur lagi.

Jisim molar

65.38 g / mol

Nombor atom (Z)

30

Takat lebur

419.53 ° C. Titik lebur rendah ini menunjukkan ikatan logamnya yang lemah. Apabila cair, ia mempunyai penampilan yang serupa dengan aluminium cair

Takat didih

907 ºC

Suhu autoignition

460 ºC

Ketumpatan

-7.14 g / mL pada suhu bilik

-6.57 g / mL pada titik lebur, iaitu ketika mencair atau mencair

Panas pelakuran

7.32 kJ / mol

Haba pengewapan

115 kJ / mol

Kapasiti haba molar

25,470 J / (mol K)

Elektronegativiti

1.65 pada skala Pauling

Tenaga pengionan

-Pertama: 906.4 kJ / mol ( gas Zn ⁺ )

-Kedua: 1733.3 kJ / mol ( gas Zn ²⁺ )

-Tiga: 3833 kJ / mol ( gas Zn ³⁺ )

Radio atom

Empirikal 134 malam

Jejari kovalen

122 ± 4 petang

Mohs kekerasan

2.5. Nilai ini jauh lebih rendah berbanding dengan kekerasan logam peralihan lain, iaitu tungsten.

Susunan magnet

Diamagnetik

Kekonduksian terma

116 W / (m K)

Ketahanan elektrik

59 nΩm pada 20 ° C

Keterlarutan

Ia tidak larut dalam air selagi lapisan oksida melindunginya. Setelah dikeluarkan oleh serangan asid atau basa, zink akhirnya bertindak balas dengan air untuk membentuk kompleks berair, Zn (OH ₂ ) ₆ ²⁺ , meletakkan Zn ²⁺ di tengah oktahedron terhad oleh molekul air.

Penguraian

Apabila terbakar, ia dapat melepaskan zarah ZnO toksik ke udara. Dalam prosesnya, api kehijauan dan cahaya menyala diperhatikan.

Tindak balas kimia

Tindak balas antara zink dan sulfur di dalam wadah di mana warna api kehijauan-biru dihargai. Sumber: Eoin

Zink adalah logam reaktif. Pada suhu bilik ia tidak hanya dapat ditutup oleh lapisan oksida, tetapi juga oleh karbonat asas, Zn ₅ (OH) ₆ (CO ₃ ) ₂ , atau bahkan sulfur, ZnS. Apabila lapisan komposisi yang bervariasi ini dihancurkan oleh serangan asid, logam tersebut bertindak balas:

Zn (s) + H ₂ SO ₄ (aq) → Zn ²⁺ (aq) + SO ₄ ²⁻ (aq) + H ₂ (g)

Persamaan kimia yang sesuai dengan tindak balasnya dengan asid sulfurik dan:

Zn (4) + 4 HNO ₃ (aq) → Zn (NO ₃ ) ₂ (aq) + 2 NO ₂ (g) + 2 H ₂ O (l)

Dengan asid hidroklorik. Dalam kedua kes tersebut, walaupun tidak ditulis, Zn berair kompleks (OH ₂ ) ₆ ^{2+ ada} ; kecuali jika mediumnya asas, kerana mendakan sebagai zink hidroksida, Zn (OH) ₂ :

Zn ²⁺ (aq) + 2OH ^- (aq) → Zn (OH) ₂ (s)

Yang merupakan hidroksida putih, amorfus dan amfoterik, mampu untuk terus bertindak balas dengan lebih OH ^- ion :

Zn (OH) ₂ (s) + 2OH ^- (aq) → Zn (OH) ₄ ^2- (aq)

Zn (OH) ₄ ^2- adalah anion zinkat. Sebenarnya, apabila zink bertindak balas dengan asas yang kuat, seperti NaOH pekat, kompleks natrium zinkat, Na ₂ , dihasilkan secara langsung :

Zn (2) + 2NaOH (aq) + 2H ₂ O (l) → Na ₂ (aq) + H ₂ (g)

Begitu juga, zink boleh bertindak balas dengan unsur bukan logam, seperti halogen dalam keadaan gas atau sulfur:

Zn (s) + I ₂ (g) → ZnI ₂ (s)

Zn (s) + S (s) → ZnS (gambar atas)

Isotop

Zink wujud di alam sebagai lima isotop: ⁶⁴ Zn (49.2%), ⁶⁶ Zn (27.7%), ⁶⁸ Zn (18.5%), ⁶⁷ Zn (4%) dan ⁷⁰ Zn (0.62 %). Yang lain adalah sintetik dan radioaktif.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Atom zink mengkristal menjadi struktur heksagon yang padat tetapi terdistorsi (hcp), hasil ikatan logam mereka. Elektron valensi yang mengatur interaksi tersebut adalah, mengikut konfigurasi elektron, yang tergolong dalam orbital 3d dan 4s:

3d ¹⁰ 4s ²

Kedua-dua orbit sepenuhnya diisi dengan elektron, jadi tumpang tindihnya tidak begitu berkesan, walaupun inti zink memberikan daya tarikan yang menarik pada mereka.

Akibatnya, atom Zn tidak begitu padu, suatu fakta yang dicerminkan pada titik lebur rendah mereka (419.53 ºC) berbanding dengan logam peralihan yang lain. Sebenarnya, ini adalah ciri logam kumpulan 12 (bersama dengan merkuri dan kadmium), sehingga mereka kadang-kadang mempersoalkan sama ada ia harus dianggap sebagai unsur blok d.

Walaupun orbit 3d dan 4s penuh, zink adalah pengalir elektrik yang baik; oleh itu, elektron valensinya dapat "melompat" ke jalur konduksi.

Nombor pengoksidaan

Mustahil zink kehilangan dua belas elektron valensinya atau mempunyai nombor pengoksidaan atau keadaan +12, dengan andaian adanya kation Zn ¹²⁺ . Sebaliknya, ia hanya kehilangan dua elektronnya; khususnya orbit 4s, berkelakuan serupa dengan logam bumi alkali (Mr. Becambara).

Apabila ini berlaku, zink dikatakan mengambil bahagian dalam sebatian dengan nombor pengoksidaan atau keadaan +2; iaitu dengan mengandaikan adanya kation Zn ²⁺ . Contohnya, dalam oksida, ZnO, zink mempunyai nombor pengoksidaan ini (Zn ²⁺ O ^2- ). Perkara yang sama berlaku untuk banyak sebatian lain, yang menganggap hanya Zn (II) yang ada.

Walau bagaimanapun, terdapat juga Zn (I) atau Zn ⁺ , yang kehilangan hanya satu daripada elektron dari orbit 4s. Nombor pengoksidaan lain bagi zink ialah 0 (Zn ⁰ ), di mana atom neutralnya berinteraksi dengan molekul gas atau organik. Oleh itu, ia boleh dipersembahkan sebagai Zn ²⁺ , Zn ⁺ atau Zn ⁰ .

Bagaimana ia diperoleh

Bahan mentah

Sampel mineral sphalerite dari Romania. Sumber: James St. John

Zink berada di kedudukan kedua puluh empat unsur paling banyak di kerak bumi. Ia biasanya terdapat dalam mineral sulfur, yang diedarkan ke seluruh planet.

Untuk mendapatkan logam dalam bentuk tulennya, pertama sekali diperlukan untuk mengumpulkan batu-batu yang terletak di terowong bawah tanah dan memusatkan mineral yang kaya dengan zink, yang mewakili bahan mentah sebenarnya.

Mineral ini termasuk: sphalerite atau wurzite (ZnS), zinkit (ZnO), willemite (Zn ₂ SiO ₄ ), smitsonite (ZnCO ₃ ) dan gahnite (ZnAl ₂ O ₄ ). Sphalerite adalah sumber utama zink.

Pengapuran

Setelah mineral dipusatkan setelah proses pengapungan dan pemurnian batu-batuan, ia mesti dikalsinasi untuk mengubah sulfida menjadi yang masing-masing. Pada langkah ini, mineral hanya dipanaskan dengan adanya oksigen, mengembangkan tindak balas kimia berikut:

2 ZnS + 3 O ₂ (g) → 2 ZnO (2) + 2 SO ₂ (g)

SO ₂ juga bertindak balas dengan oksigen untuk menghasilkan SO ₃ , sebatian yang ditakdirkan untuk sintesis asid sulfurik.

Setelah ZnO diperoleh, ia dapat menjalani proses pirometallurgical, atau elektrolisis, di mana hasil akhirnya adalah pembentukan zink logam.

Proses pirometallurgikal

ZnO dikurangkan menggunakan arang batu (mineral atau kok) atau karbon monoksida:

2 ZnO (s) + C (s) → 2 Zn (g) + CO ₂ (g)

ZnO (CO) + CO (g) → Zn (g) + CO ₂ (g)

Kesukaran yang dihadapi oleh proses ini adalah penghasilan seng gas, kerana titik didihnya yang rendah, yang diatasi oleh suhu tinggi tungku. Itulah sebabnya wap zink mesti disuling dan dipisahkan dari gas lain, sementara kristalnya mengembun pada timbal lebur.

Proses elektrolitik

Dari dua kaedah mendapatkannya, ini adalah kaedah yang paling banyak digunakan di seluruh dunia. ZnO bertindak balas dengan asid sulfurik cair untuk mengeluarkan ion zink sebagai garam sulfatnya:

ZnO (s) + H ₂ SO ₄ (aq) → ZnSO ₄ (aq) + H ₂ O (l)

Akhirnya larutan ini di elektrolisis untuk menghasilkan zink logam:

2 ZnSO ₄ (aq) + 2 H ₂ O (l) → 2 Zn (2) + 2 H ₂ SO ₄ (aq) + O ₂ (g)

Risiko

Dalam bahagian reaksi kimia disebutkan bahawa gas hidrogen adalah salah satu produk utama apabila zink bertindak balas dengan air. Itulah sebabnya, dalam keadaan logam, ia mesti disimpan dengan betul dan jauh dari asid, basa, air, sulfur atau sumber haba; jika tidak, terdapat risiko kebakaran.

Semakin halus zink yang dibahagikan, semakin besar risiko kebakaran atau letupan.

Jika tidak, selagi suhunya tidak mendekati 500 ºC, bentuk pepejal atau butirannya tidak menimbulkan bahaya. Sekiranya ditutupi oleh lapisan oksida, ia boleh ditangani dengan tangan kosong, kerana ia tidak bertindak balas dengan kelembapan mereka; namun, seperti pepejal, ia menjengkelkan mata dan saluran pernafasan.

Walaupun zink sangat penting untuk kesihatan, dos berlebihan boleh menyebabkan gejala atau kesan sampingan berikut:

- Mual, muntah, senak, sakit kepala dan perut atau cirit-birit.

- Ia mengeluarkan tembaga dan besi semasa penyerapannya ke dalam usus, yang tercermin dalam peningkatan kelemahan di bahagian ekstrem.

- Batu karang.

- Kehilangan deria bau.

Permohonan

- Logam

Aloi

Banyak alat muzik terbuat dari tembaga, tembaga dan aloi zink. Sumber: Pxhere.

Mungkin zink adalah salah satu logam, bersama dengan tembaga, yang membentuk aloi yang paling popular: tembaga dan besi tergalvani. Kuningan telah diperhatikan berkali-kali selama orkestra muzik, kerana cahaya keemasan instrumen sebagian disebabkan oleh paduan tembaga dan zink tersebut.

Zink logam itu sendiri tidak mempunyai banyak kegunaan, walaupun digulung berfungsi sebagai anoda sel kering, dan dalam bentuk serbuk ia dimaksudkan sebagai agen pengurangan. Apabila lapisan logam ini dilekatkan pada elektrod yang lain, yang pertama melindungi yang terakhir dari kakisan kerana lebih mudah terkena pengoksidaan; iaitu zink mengoksidakan sebelum zat besi.

Inilah sebabnya mengapa keluli tergalvani (dilapisi dengan zink) untuk meningkatkan ketahanannya. Contoh keluli tergalvani ini juga terdapat di bumbung "zink" yang tidak berkesudahan, beberapa di antaranya dilengkapi dengan cat hijau, dan di badan bas, perkakas rumah tangga dan jambatan gantung.

Terdapat juga aluzinc, aloi aluminium-zink yang digunakan dalam pembinaan sivil.

Ejen pengurangan

Zink adalah agen pengurangan yang baik, sehingga kehilangan elektronnya untuk memperoleh spesies lain; terutamanya kation logam. Apabila dalam bentuk serbuk, tindakan pengurangannya lebih cepat daripada butiran pepejal.

Ia digunakan dalam proses mendapatkan logam dari mineralnya; seperti rhodium, perak, kadmium, emas dan tembaga.

Demikian juga, tindakan pengurangannya digunakan untuk mengurangi spesies organik, yang mungkin terlibat dalam industri minyak, seperti benzena dan petrol, atau dalam industri farmasi. Sebaliknya, habuk zink juga terdapat pada bateri zink-mangan dioksida alkali.

Pelbagai

Debu zink, memandangkan kereaktifan dan pembakaran yang lebih bertenaga, digunakan sebagai bahan tambahan pada kepala pencocokan, dalam bahan letupan dan bunga api (ia memberikan kilatan putih dan api kehijauan).

- Sebatian

Sulfida

Jam dengan cat fosforus di tangan dan berjam-jam. Sumber: Francis Flinch

Zink sulfida mempunyai sifat menjadi fosforus dan bercahaya, itulah sebabnya ia digunakan dalam penghasilan cat bercahaya.

Oksida

Warna putih oksida, serta kekonduksian separa dan fotonya, digunakan sebagai pigmen untuk seramik dan kertas. Selain itu, terdapat dalam talc, kosmetik, getah, plastik, kain, ubat-ubatan, dakwat, dan enamel.

Makanan tambahan pemakanan

Tubuh kita memerlukan zink untuk memenuhi banyak fungsi pentingnya. Untuk memperolehnya, ia digabungkan dalam beberapa makanan tambahan dalam bentuk oksida, glukonat atau asetat. Ia juga terdapat dalam krim untuk menghilangkan luka bakar dan kerengsaan kulit, dan dalam syampu.

Beberapa faedah yang diketahui atau dikaitkan dengan pengambilan zink adalah:

- Meningkatkan sistem ketahanan badan.

- Ia adalah anti-radang yang baik.

- Mengurangkan gejala selesema yang menjengkelkan.

- Mencegah kerosakan sel di retina, jadi disarankan untuk penglihatan.

- Membantu mengatur tahap testosteron dan juga berkaitan dengan kesuburan lelaki, kualiti sperma mereka dan pengembangan tisu otot.

- Mengatur interaksi antara neuron otak, sebab itulah ia dikaitkan dengan peningkatan memori dan pembelajaran.

-Dan juga, ia berkesan dalam rawatan cirit-birit.

Makanan tambahan zink ini boleh didapati secara komersial sebagai kapsul, tablet, atau sirap.

Peranan biologi

Dalam anhidrasa karbonik dan karboksipeptidase

Zink dianggap sebagai sebahagian daripada 10% daripada jumlah enzim dalam tubuh manusia, kira-kira 300 enzim. Antaranya, karbonat anhidrase dan karboksipeptidase dapat disebutkan.

Karbonic anhydrase, enzim yang bergantung pada zink, bertindak pada tahap tisu dengan memangkinkan tindak balas karbon dioksida dengan air untuk membentuk bikarbonat. Apabila bikarbonat sampai ke paru-paru, enzim membalikkan reaksi dan karbon dioksida terbentuk, yang dikeluarkan ke luar semasa habis.

Carboxypeptidase adalah exopeptidase yang mencerna protein, membebaskan asid amino. Zink berfungsi dengan memberikan muatan positif yang memudahkan interaksi enzim dengan protein yang dicerna.

Dalam prostat berfungsi

Zink terdapat dalam organ tubuh manusia yang berlainan, tetapi mempunyai kepekatan tertinggi di prostat dan air mani. Zink bertanggungjawab untuk fungsi prostat yang betul dan perkembangan organ pembiakan lelaki.

Jari zink

Zink terlibat dalam metabolisme RNA dan DNA. Jari seng (Zn-jari) terdiri daripada atom zink yang berfungsi sebagai jambatan pengikat antara protein, yang bersama-sama terlibat dalam pelbagai fungsi.

Jari zink berguna dalam membaca, menulis, dan transkripsi DNA. Di samping itu, terdapat hormon yang menggunakannya dalam fungsi yang berkaitan dengan homeostasis pertumbuhan di seluruh badan.

Dalam peraturan glutamat

Glutamat adalah neurotransmitter pengujaan utama di korteks serebrum dan batang otak. Zink terkumpul dalam vesikel presinaptik glutaminergik, campur tangan dalam peraturan pelepasan glutamat neurotransmitter dan kegembiraan neuron.

Terdapat bukti bahawa pelepasan glutamat neurotransmitter yang berlebihan mungkin mempunyai tindakan neurotoksik. Oleh itu, ada mekanisme yang mengatur pembebasannya. Oleh itu, homeostasis zink memainkan peranan penting dalam pengaturan fungsi sistem saraf.

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi keempat). Bukit Mc Graw.
2. Wikipedia. (2019). Zink. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Michael Pilgaard. (2016, 16 Julai). Zink: tindak balas kimia. Dipulihkan dari: pilgaardelements.com
4. Pusat Maklumat Nasional Bioteknologi. (2019). Zink. Pangkalan Data PubChem. CID = 23994. Dipulihkan dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Wojes Ryan. (25 Jun 2019). Sifat dan Kegunaan Logam Zink. Dipulihkan dari: thebalance.com
6. Encik Kevin A. Boudreaux. (sf). Zink + Sulfur. Dipulihkan dari: angelo.edu
7. Alan W. Richards. (12 April 2019). Pemprosesan zink. Encyclopædia Britannica. Dipulihkan dari: britannica.com
8. Logam Zink Kesucian. (2015). Aplikasi industri. Dipulihkan dari: purityzinc.com
9. Nordqvist, J. (5 Disember 2017). Apakah faedah kesihatan zink? Berita Perubatan Hari Ini. Dipulihkan dari: medicalnewstoday.com