Zinco
Lo zinco è un metallo del blocco d appartenente al 4 Periodo e al 12° Gruppo con numero atomico 30 e configurazione elettronica [Ar] 3d10, 4s2.
È spesso impropriamente classificato come un metallo di transizione tuttavia un metallo di transizione è definito come un elemento che può dare uno o più ioni che presentano un orbitale d incompleto.
Tuttavia quando esso ionizza perde due elettroni formando uno ione che ha configurazione elettronica [Ar] 3d10 che ha l’orbitale d pieno e pertanto non rientra nei metalli di transizione.
Sin dai tempi antichi il metallo è stato usato, unitamente al rame per ottenere l’ottone riscaldando rame, ossido di zinco e carbone. Lo zinco formatosi per riduzione del suo ossido andava a costituire la lega e quindi il metallo non era riconosciuto come tale.
Fu solo nel XV secolo che a Zawar nel Rajasthan in India fu ottenuto per la prima volta questo elemento a partire dal minerale calamina. Nel mondo occidentale fu il chimico tedesco Andreas Sigismund Marggraf nel 1746 che ottenne il metallo riscaldando la calamina in presenza di carbone.
I minerali da cui è estratto sono in prevalenza la sfalerite dove esso è contenuto sotto forma di solfuro ZnS e la calamina dove è contenuto sotto forma di carbonato ZnCO3. Ha un reticolo cristallino esagonale compatto è duttile e malleabile, ma in presenza di impurità diventa fragile.
Ottenimento
Per ottenere lo zinco metallico il solfuro è ossidato a ossido secondo la reazione:
2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2
Mentre il carbonato subisce una decomposizione termica secondo la reazione:
ZnCO3 → ZnO + CO2
L’ossido è successivamente ridotto a metallo per via termica o per via elettrolitica.
Il metallo appena ottenuto ha un colore bianco-azzurro ma in breve tempo si ossida all’aria assumendo il tipico colore grigio. La reazione con l’aria passiva lo zinco con formazione di carbonato basico di zinco Zn5(HO)6(CO3)2 proteggendolo a lungo. Per questo motivo è usato nei trattamenti protettivi di altri metalli ed in particolare per l’acciaio specie dall’industria automobilistica tramite il processo di zincatura.
Zincatura
La zincatura può essere effettuata in modi diversi: uno dei metodi è quello elettrochimico per elettrodeposizione.
Il materiale da proteggere che costituisce il catodo è immerso in una soluzione contenente sali di zinco in cui sono poste barre di zinco puro. Alla chiusura del circuito lo ione zinco si riduce a zinco metallico depositandosi sulla superficie del materiale da proteggere mentre l’anodo di zinco si ossida andando a ripristinare la concentrazione dello ione zinco in soluzione. In questo modo si ottiene un’adesione superficiale dello zinco sul materiale da proteggere.
Reazioni
Lo zinco è attaccato dagli acidi con formazione di ioni zinco e idrogeno gassoso:
Zn(s) + 2 H+(aq) → Zn2+(aq)+ H2(g)
Lo zinco reagisce con gli alogeni per dare composti binari aventi formula ZnX2 che sono degli acidi di Lewis.
Lo ione zinco reagisce con le basi per dare un precipitato bianco di idrossido di zinco secondo la reazione:
Zn2+(aq) + 2 OH–(aq)→ Zn(OH)2(s)
In eccesso di base l’idrossido si solubilizza per la formazione del tetraidrossizincato:
Zn(OH)2(s) + 2 OH–(aq)→ Zn(OH)42- (aq)
Composti
Lo zinco forma numerosi composti dove presenta numero di ossidazione +2 e, avendo un potenziale normale di riduzione pari a – 0.76 V, è un riducente.
Tra essi:
1) l’ossido ZnO di colore bianco usato come pigmento e come additivo in moltissimi materiali, riveste una grande importanza anche come semiconduttore ed è pertanto usato per ottenere LED. Allo stato cristallino l’ossido di zinco mostra piezoelettricità ed è inoltre termocromico cambiando colore dal bianco al giallo se riscaldato e ritornando al colore bianco quando è raffreddato.
2) il solfuro ZnS esiste in due forme cristalline ed è un esempio di polimorfismo. Quando è puro è bianco e trasparente e quindi viene usato come pigmento ma trova applicazione anche come materiale luminescente per fosfori, come semiconduttore e per materiali ottici
3) il cromato ZnCrO4 di colore giallo è usato come rivestimento protettivo sul ferro e su leghe di alluminio. Inoltre stante la sua tossicità elimina la possibilità di crescita di materiale organico sulle superfici trattate.
4) il solfato ZnSO4 è usato come concime in quanto lo ione zinco catalizza la fotosintesi clorofilliana . È importante per la formazione del triptofano, precursore della sintesi dell’acido indolacetico, sostanza prodotta dalle piante che regola i processi di accrescimento e riproduzione.
È usato in medicina sia per via esterna per combattere patologie dermatologiche che per via interna per integrare carenze di zinco nell’organismo. Lo zinco riveste infatti un ruolo essenziale per la salute: è essenziale per:
- la crescita
- lo sviluppo del cervello
- la protezione della pelle
- il corretto funzionamento del sistema immunitario
- la digestione
- la riproduzione
- il gusto
- l’olfatto
È presente in molti alimenti come pesce, carne, cereali, frutta secca, cacao, lievito e cioccolata ma un’alimentazione scorretta può portare a carenza di zinco.
Il solfato , unitamente a quello di sodio e all’acido solforico costituisce uno dei composti usati nel bagno di filatura del processo alla viscosa per la sintesi del rayon
5) il molibdato ZnMoO4 di colore bianco è utilizzato quale inibitore della corrosione nelle vernici e negli adesivi
Forma complessi sia cationici come l’esammino zinco [Zn(NH3)6]2+ che anionici come il tetraciano zincato [Zn(CN)4]2- , è presente nelle metalloproteine e forma composti zinco-organici