Cinc

Cinc
; 30	Zn
	Zn
	Cd
	Cobre ← Cinc → Galio
	Táboa periódica dos elementos
	[[Ficheiro:{{{espectro}}}\|300px\|center]]
	Liñas espectrais do Cinc
Información xeral
Nome, símbolo, número	Cinc, Zn, 30
Serie química	Metal de transición
Grupo, período, bloque	12, 4, d
Densidade	7140 kg/m3
Dureza	{{{dureza}}}
Aparencia	Azul pálido;
N° CAS
N° EINECS
Propiedades atómicas
Masa atómica	65,38(2) u
Raio medio	135 pm
Raio atómico (calc)	142 pm
Raio covalente	131 pm
Raio de van der Waals	139 pm
Configuración electrónica	[Ar]3d104s²
Electróns por nivel de enerxía
Estado(s) de oxidación
Óxido
Estrutura cristalina	hexagonal
Propiedades físicas
Estado ordinario	Sólido
Punto de fusión	692,68 K
Punto de ebulición	1180 K
Punto de inflamabilidade	{{{P_inflamabilidade}}} K
Entalpía de vaporización	115,3 kJ/mol
Entalpía de fusión	7,322 kJ/mol
Presión de vapor	192,2
Temperatura crítica	K
Presión crítica	Pa
Volume molar	m3/mol
Velocidade do son	3700 m/s a 293.15 K (20 °C)
Varios
Electronegatividade (Pauling)
Calor específica	390 J/(K·kg)
Condutividade eléctrica	16,6 x 106 S/m
Condutividade térmica	116 W/(K·m)
1.ª Enerxía de ionización	906,4 kJ/mol
2.ª Enerxía de ionización	1733,3 kJ/mol
3.ª Enerxía de ionización	3833 kJ/mol
4.ª Enerxía de ionización	5731 kJ/mol
5.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización5}}} kJ/mol
6.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización6}}} kJ/mol
7.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización7}}} kJ/mol
8.ª enerxía de ionización	{{{E_ionización8}}} kJ/mol
9.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización9}}} kJ/mol
10.ª Enerxía de ionización	{{{E_ionización10}}} kJ/mol
Isótopos máis estables
	MeV
	Unidades segundo o SI e en condicións normais de presión e temperatura, salvo indicación contraria.

O cinc^[2] ou zinc^[3] (do alemán Zink) é un elemento químico de símbolo Zn, número atómico 30 (30 protóns e 30 electróns) con masa atómica 65,4 uma. A temperatura ambiente, o cinc encóntrase en estado sólido. Está situado no grupo 12 (2 B) da clasificación periódica dos elementos.

As aliaxes de cinc teñen sido utilizadas durante séculos (pezas de latón datadas de 1400-1000 a.C. foron encontradas en Palestina), e outros obxectos con até 87% de cinc foron achados na antiga rexión da Transilvania.

A principal aplicación do cinc (cerca de 50% do consumo anual) é na galvanización do aceiro ou ferro para protexelos da corrosión, isto é, o cinc é utilizado como ánodo de sacrificio. Tamén pode ser usado en protectores solares, en forma de óxido, pois ten a capacidade de parar a radiación solar.

O cinc é un elemento químico esencial para as persoas: intervén no metabolismo de proteínas e ácidos nucleicos, estimula a actividade de máis de 100 enzimas, colabora no bo funcionamento do sistema inmunolóxico, é necesario para a cicatrización das feridas, intervén na percepción do sabor e do olfacto e na síntese do ADN.

Foi descuberto en 1746 polo alemán Marggraf.

Características principais

O cinc é un metal, ás veces clasificado como metal de transición aínda que estritamente non o sexa, presenta semellanzas co magnesio e o berilio e outros metais do seu grupo. Este elemento é pouco abundante na cortiza terrestre, porén pode ser obtido con facilidade.

É un metal de coloración branca azulada que arde no ar con chama verde azulada. O ar seco non o ataca, porén, na presenza de humidade, forma unha capa superficial de óxido ou carbonato básico que illa o metal e o protexe da corrosión.

Polo xeral, o único estado de oxidación que presenta é +2. Reacciona con ácidos non oxidantes pasando ó estado de oxidación +2 e liberando hidróxeno, e pode disolverse en bases e ácido acético. O metal presenta unha grande resistencia á deformación plástica en frío que diminúe co quecemento, obrigando a laminalo por riba dos 100 °C. Non se pode endurecer por acritude e presenta o fenómeno de fluencia a temperatura ambiente.

O cinc é empregado na fabricación de aliaxes como o latón e bronce, alén de ser utilizado na produción de tellas. O cinc é, aínda, utilizado como metal de sacrificio para preservar o ferro da corrosión nalgunhas estruturas, na produción de pilas secas e como pigmento en tinta de coloración branca.

Aplicacións

A principal aplicación do zinc -preto do 50 % do consumo anual- é o galvanizado do aceiro para protexelo da corrosión, protección efectiva ata cando se agreta o recubrimento xa que o zinc actúa como ánodo de sacrificio. Outros usos inclúen:

Baterías de Zn-Ag O usadas na industria aeroespacial para mísiles e cápsulas espaciais polo seu óptimo rendemento por unidade de peso e baterías zinc-aire para computadoras portátiles.
Pezas de fundición inxectada na industria da automoción.
Metalurxia de metais preciosos e eliminación da prata do chumbo.

Papel biolóxico

O cinc é un elemento químico esencial para as persoas: intervén no metabolismo de proteínas e ácidos nucleicos, estimula a actividade de máis de 100 enzimas, colabora no bo funcionamento do sistema inmunolóxico, é necesario para a cicatrización das feridas, nas percepcións do sabor e olfacto e na síntese do ADN. O metal atópase na insulina, nas proteínas dedo de cinc (zinc finger) e en diversas enzimas como a superóxido dismutasa.

O cinc é encontrado en diversos alimentos como nas ostras, carnes vermellas, aves, algúns peixes, mariscos, fabas e noces. A inxesta diaria recomendada de cinc é en torno de 10 mg, menor para bebés, rapaces e adolescentes (debido ao menor peso corporal), e algo maior para as mulleres embarazadas e durante a lactación.

A deficiencia de cinc pode producir atrasos no crecemento, perda de cabelo, diarreas, impotencia sexual, lesións oculares e da pel, perda de apetito, perda de peso, aumento do tempo de cicatrización de feridas e anomalías no sentido do olfacto. As causas que poden provocar unha deficiencia de cinc son a insuficiente cantidade na dieta alimentaria e a dificultade na absorción do mineral que pode ocorrer en casos de alcoholismo, cando é eliminado pola urina ou, aínda, debido á excesiva eliminación por causa de desordes dixestivas.

O exceso de cinc tense asociado con baixos niveis de cobre, alteracións na función do ferro, diminución da función inmunolóxica e dos niveis de colesterol bo.

Historia

As aliaxes de cinc téñense utilizado durante séculos - pezas de latón datadas de 1000-1400 a.C. foron encontrados en Palestina, e outros obxectos con até 87 % de cinc foron achados na antiga rexión da Transilvania - debido ao seu baixo punto de fusión e reactividade química o metal tende a evaporarse, motivo polo cal a verdadeira natureza do cinc non foi comprendida polos antigos.

Sábese que a fabricación do latón era coñecida polos romanos desde 30 a.C.. Plinio e Dioscórides describen a obtención de aurichalcum (latón) polo quecemento dunha mestura de cadmio (calamina) con cobre. O latón obtido é posteriormente fundido ou forxado para fabricar obxectos.

A fusión e extracción de cinc impuro xa era efectuada no ano 1.000 na India - na obra Rasarnava (c. 1200) de autor descoñecido o procedemento foi descrito - e posteriormente na China. En 1597 Andreas Libavius describe unha peculiar clase de estaño que fora preparada na India que recibira en pequenas cantidades a través dun amigo, deduciu que se trataba do cinc, mesmo non chegando a recoñecelo como o metal procedente da calamina.

En Occidente, en 1248, Alberto Magno describe a fabricación do latón en Europa. No século XVI xa se coñecía a existencia do metal. Agrícola observou en 1546 que se formaba un metal branco prateado condensado nas paredes dos fornos nos cales se fundían minerais de cinc, indicando nas súas notas que un metal similar denominado zincum era producido en Silesia. Paracelso foi o primeiro en suxerir que o zincum era un novo metal e que as súas propiedades diferían dos metais coñecidos, sen dar ningunha indicación sobre a súa orixe; nos escritos de Basilio Valentino son encontrados tamén mencións sobre o zincum. En tratados posteriores son frecuentes as referencias ao cinc, con diferentes nomes, referíndose xeralmente ao mineral e non ao metal libre, e moitas veces confundido co bismuto.

Johann Kunkel en 1677 e pouco máis tarde Stahl en 1702 indican que ao preparar o latón co cobre e a calamina, esta última se reduce previamente en cinc libre, que foi illado posteriormente polo químico Anton von Swab en 1742 e por Andreas Marggraf en 1746, cuxo exhaustivo e metódico traballo Sobre o método de extracción do cinc dun mineral verdadeiro, a calamina sedimentou a metalurxia do cinc e a súa reputación como descubridor do metal.

En 1743 foi fundado en Bristol o primeiro establecemento para a fundición do metal en escala industrial, porén, o procedemento ficou en segredo. Setenta anos despois Daniel Dony desenvolveu un procedemento industrial para a extracción do metal, construíndose a primeira fábrica no continente Europeo.

Logo do desenvolvemento da técnica de flotación do sulfato de cinc desprezouse a calamina como fonte principal de obtención do cinc. O método de flotación, actualmente, é empregado para a obtención de varios metais.

Abundancia e obtención

O cinc é o 23º elemento máis abundante na cortiza terrestre. As menas máis ricas conteñen cerca de 10% de ferro e entre 40% e 50% de cinc.

De acordo coa información recollida no informe anual do United States Geological Survey (USGS), as estimacións sinalan que as reservas economicamente explotables de zinc en 2011 a nivel mundial alcanzarían as 250 millóns de toneladas métricas, repartidas entre a China, os Estados Unidos, o Perú e Casaquistán.^[4]

A produción mundial foi en 2003, segundo dados da Axencia de Prospección Xeolóxica dos Estados Unidos (US Geological Survey) de 8,5 millóns de toneladas, liderada pola China con 20 % e Australia con 19 %. Estímase que un terzo do cinc consumido é reciclado.

A produción do cinc comeza coa extracción do mineral que pode ser realizada tanto a ceo aberto como subterránea. Os minerais extraídos son triturados e, posteriormente, sometidos a un proceso denominado flotación para a obtención do mineral concentrado.

Os minerais con altos contidos de ferro son tratados por vía seca. O concentrado é queimado (calcinación) para transformar o sulfato en óxido, que recibe a denominación de calcina. O óxido obtido é reducido con carbono producindo o metal (o axente redutor na práctica é o monóxido de carbono formado).

As reaccións por etapas son: Por vía húmida o minerío é calcinado (queimado) para a obtención do óxido, posteriormente lixiviado con ácido sulfúrico diluído. A lixivia obtida é purificada para a separación dos diferentes compoñentes, principalmente o sulfato de cinc. O sulfato é sometido a un proceso de electrólise con ánodo de chumbo e cátodo de aluminio, sobre o cal se deposita o cinc, formando placas dalgúns milímetros. O cinc obtido é fundido e lingotado para a súa comercialización.

Como subprodutos, diferentes metais son obtidos, como mercurio, cadmio, ouro, prata, cobre e chumbo, en función da composición dos minerais. O dióxido de xofre obtido na calcinación é usado para producir o ácido sulfúrico utilizado na lixiviación. O excedente é comercializado.

Os tipos de cinc obtidos clasifícanse segundo a norma ASTM en función da súa pureza:

SHG, Special High Grade (99,99 %)
HG, High Grade (99,9 %)
PWG Prime Western Grade (98 %)

A norma EN 1179 considera cinco niveis (Z1 a Z5) con contidos de cinc entre 99,995% e 98,5 %, existindo normas equivalentes no Xapón e Australia. Para harmonizar todas as normas a ISO publicouse en 2004 a norma ISO 752 regulando a clasificación e requisitos necesarios en relación ao cinc.

Aliaxes

As aliaxes máis empregadas son as de aluminio (3,5-4,5 %, Zamak; 11-13 %, Zn-Al-Cu-Mg; 22 %, Prestal, liga que presenta superplasticidade) e cobre (aproximadamente 1 %) que mellora as características mecánicas do cinc e a súa aptitude ao molde.

É compoñente minoritario en diversas aliaxes, principalmente de cobre como latóns (3 a 45% de cinc), alpacas (Cu-Ni-Zn) e bronces (Cu-Sn) de moldeo.

Compostos

O óxido de cinc é o máis coñecido e utilizado industrialmente, especialmente como base de pigmentos brancos para pintura, tamén en cremas solares. Outros compostos importantes son o clorato de cinc (desodorizantes) e sulfato de cinc (pinturas luminiscentes). A cuarta parte, aproximadamente, do cinc consumido é na forma de compostos.

Isótopos

O cinc existente na natureza está formado por catro isótopos estábeis, Zn-64 (48,6 %), Zn-66, Zn-67, e Zn-68. Téñense caracterizado 22 radioisótopos sendo os máis estábeis Zn-65 e Zn-72 con vidas-medias de 244,26 días e 46,5 horas, respectivamente. Os demais isótopos radioactivos presentan medias-vidas menores de 14 horas, e a maioría menores dun segundo. O cinc ten catro estados meta-estábeis.

Precaucións

O cinc metálico non é considerado tóxico, porén algúns dos seus compostos, como o óxido e o sulfato, son nocivos. Na década de 1940 observouse que na superficie do aceiro galvanizado se formaban co tempo fíos de cinc, que liberados ao ambiente provocaban curtocircuítos e fallas en compoñentes electrónicos. Estes fíos se forman logo dun período de incubación que pode durar días ou anos, e crecen nun ritmo da orde de 1 mm por ano.