Ossido di zinco: sintesi, reazioni, usi

L’ossido di zinco è un composto inorganico con la formula ZnO che si trova in natura nella zincite. Usato dagli antichi romani nel 2000 a.C. fu poi sintetizzato dagli indiani nel sedicesimo secolo, in Cina nel diciassettesimo secolo e in Europa nel 1850.
L’ossido di zinco è poco solubile in acqua e alcoli ed è solubile in acidi e basi.

È un materiale abbastanza tenero e ha una durezza di 4.5 nella scala di Mohs. Nella sua forma cristallina è un materiale termocromico che, scaldandosi in presenza di aria a causa di difetti nel reticolo cristallino, cambia colore da bianco a giallo e raffreddandosi diventa di colore bianco.

Sintesi

L’ossido di zinco può essere ottenuto in laboratorio per elettrolisi di una soluzione di bicarbonato di sodio usando come anodo lo zinco metallico con formazione di idrogeno e idrossido di zinco che si decompone in ossido di zinco:

Zn + 2 H₂O → Zn(OH)₂ + H₂
Zn(OH)₂ → ZnO + H₂O

Un altro metodo consiste nella reazione di doppio scambio tra cloruro di zinco e carbonato di sodio con formazione del carbonato di zinco che precipita:
ZnCl_2(aq) + Na₂CO_3(aq)→ ZnCO_3(s) + 2 NaCl_(aq)

Il carbonato di zinco viene separato e, a seguito di decomposizione termica dà luogo alla formazione di ossido di zinco e biossido di carbonio:
ZnCO_3(s) → ZnO_(s) + CO_2(g)

A livello industriale l’ossido di zinco viene ottenuto prevalentemente attraverso due tipi di processi: il processo diretto a il processo indiretto.

Il processo diretto detto anche processo americano elaborato da Samuel Wetherill si basa sulla riduzione dello zinco contenuto nei minerali a una temperatura intorno ai 1000 °C seguita dall’ossidazione del vapore di zinco.

Il processo indiretto detto anche processo francese ideato da LeClaire in 1844 si basa sulla fusione dello zinco che, reagendo con l’ossigeno dà luogo alla formazione di ossido di zinco.

Reazioni

L’ossido di zinco è un ossido  anfotero che si comporta da base in ambiente acido secondo la reazione:
ZnO_(s) + 2 HCl(aq) → ZnCl_2(aq) + H₂O_(l)
con ottenimento del cloruro di zinco

mentre si comporta da acido in ambiente basico secondo la reazione:
ZnO_(s) + H₂O_(l) + 2 OH⁻_(aq) → [Zn(OH)₄]²⁻_(aq)
per dare il tetraidrossizincato.

L’ossido di zinco reagisce con:

• gli acidi grassi per dare i corrispondenti carbossilati. Ad esempio reagisce con l’acido stearico per dare lo stearato di zinco secondo la reazione:
  2 CH₃(CH₂)₁₆COOH + ZnO → 2 (CH₃(CH₂)₁₆COO)Zn + H₂O

• l’acido fosforico per dare il fosfato di zinco che è il più antico agente cementante secondo la reazione:
  3 ZnO + 2 H₃PO₄ → Zn₃(PO₄)₂ + 3 H₂O

• il monossido di carbonio per dare zinco e biossido di carbonio:
  ZnO + CO → Zn + CO₂

• l’idrogeno per dare zinco e acqua:
  ZnO + H₂ → Zn + H₂O

• il biossido di carbonio e acqua per dare carbonato di zinco e idrossido di zinco secondo la reazione:
  2 ZnO + CO₂ + H₂O → ZnCO₃ + Zn(OH)₂

Usi

L’ossido di zinco viene utilizzato nei campi più svariati tra cui:

• nell’industria della gomma come attivatore della vulcanizzazione e come agente rinforzante
• negli elastomeri come agente reticolante
• nel settore ceramico e in particolare negli smalti per piastrelle
• nell’industria delle vernici come pigmento opacizzante e come anticorrosivo per i metalli
• in campo medico e cosmetico per le sue proprietà antibatteriche, deodoranti. Viene pertanto utilizzato nel talco per i bambini e nelle creme per trattare la dermatite da pannolino e altre irritazioni della pelle, in unguenti, creme e lozioni per proteggere dalle scottature e da altri danni alla pelle causati dalla luce ultravioletta
• nelle celle fotoelettrochimiche, sotto forma di nanoparticelle in sostituzione del biossido di titanio
• come semiconduttore di tipo n grazie alla presenza nella sua struttura cristallina di difetti interstiziali