Aleaciones de zinc: propiedades, ocurrencia, compuestos, usos

El zinc es un elemento químico con el símbolo Zn y el número atómico 30. A temperatura ambiente, el zinc es un metal ligeramente quebradizo con un aspecto gris plateado cuando se elimina la oxidación. Es el primer elemento del Grupo 12 de la Tabla Periódica de la tabla periódica (IIB). En cierto modo, el zinc y el magnesio son químicamente similares: ambos elementos tienen un solo estado de oxidación normal (+2). El zinc es el vigésimo cuarto elemento más frecuente en la corteza terrestre, con cinco isótopos estables. La esfalerita (blenda de zinc), un mineral de sulfuro de zinc, es el mineral de zinc más común.

Propiedades físicas

1. El zinc es un metal diamagnético brillante de color blanco azulado con un pulido opaco en la mayoría de los grados comerciales.
2. Tiene una estructura cristalina hexagonal con un tipo deformado de empaquetamiento hermético hexagonal y es algo menos denso que el hierro.
3. A la mayoría de las temperaturas, el metal es duro y quebradizo, aunque se vuelve maleable entre 100 y 150 °C.
4. A temperaturas superiores a 210 °C, el metal vuelve a ser quebradizo y puede aplastarse al golpearlo.
5. El zinc es un buen conductor eléctrico.
6. El zinc tiene bajas temperaturas de fusión y ebullición para un metal. Aparte del mercurio y el cadmio, el punto de fusión de todos los metales del bloque d es el más bajo; por esta razón, el zinc, el cadmio y el mercurio frecuentemente no se consideran metales de transición como el resto de los metales del bloque d.
7. Muchas aleaciones, incluido el latón, incluyen zinc. Se sabe desde hace tiempo que el aluminio, el antimonio, el bismuto, el oro, el hierro, el plomo, el mercurio, la plata, el estaño, el magnesio, el cobalto, el níquel, el telurio y el sodio forman aleaciones binarias con zinc.

Ocurrencia

El zinc constituye alrededor de 75 ppm de la corteza terrestre. En los minerales, el elemento se encuentra normalmente en combinación con otros metales básicos como el cobre y el plomo. El zinc es un calcófilo, lo que significa que es más probable que se encuentre en minerales con azufre y otros calcógenos pesados ​​que en el oxígeno calcógeno ligero o elementos electronegativos no calcógenos como los halógenos. Se pueden usar otros minerales para hacer carbonato de zinc, silicato de zinc, etc. Las reservas de zinc son depósitos de mineral geológicamente definidos cuya viabilidad económica (ubicación, ley, calidad y cantidad) se determina en el momento de la determinación. Debido a que la exploración y el desarrollo de la mina son procesos continuos, la cantidad de depósitos de zinc no es fija y la sostenibilidad de los suministros de mineral de zinc no se puede determinar simplemente extrapolando la vida útil total de las minas de zinc actuales.

Compuestos

Compuestos de zinc (I)

Los compuestos de zinc (I) son poco comunes y requieren ligandos voluminosos para mantener su bajo estado de oxidación. El núcleo [Zn ₂ ] ²⁺ se encuentra en la mayoría de los compuestos de zinc(I). Las propiedades diamagnéticas del ion validan su estructura dimérica. El ion [Zn ₂ ] ²⁺ se desproporciona rápidamente en zinc metálico y zinc (II), y solo se puede formar un vidrio amarillo al enfriar una solución de zinc metálico en ZnCl2 fundido.

Compuestos de zinc (II)

A excepción de los gases nobles, los compuestos binarios de zinc son conocidos por la mayoría de los metaloides y todos los no metales. El ZnO es un polvo blanco prácticamente insoluble en soluciones acuosas neutras pero anfótero, soluble tanto en soluciones básicas fuertes como ácidas.

Aleaciones y Minerales

El latón es una aleación de zinc común en la que el cobre está aleado con entre un 3 % y un 45 % de zinc, según el tipo de latón. El latón es más dúctil y resistente que el cobre y resiste mejor la corrosión. Debido a estas características, es útil en equipos de comunicación, hardware, instrumentos musicales y válvulas de agua. La plata de níquel, el metal de máquina de escribir, la soldadura blanda y de aluminio y el bronce comercial son ejemplos de aleaciones de zinc que se utilizan con frecuencia. El zinc también se utiliza como sustituto de la aleación tradicional de plomo y estaño en los tubos de los órganos de tubos modernos.

Las aleaciones de zinc con trazas de cobre, aluminio y magnesio son útiles en la fundición a presión y por rotación, particularmente en los sectores automotriz, eléctrico y de hardware. El bajo punto de fusión de la aleación, combinado con su baja viscosidad, permite la creación de formas microscópicas y delicadas. Debido a la baja temperatura de trabajo, los productos fundidos se enfrían rápidamente y el ensamblaje se completa rápidamente. Se dice que Prestel, que se compone de 78% de zinc y 22% de aluminio, es casi tan fuerte como el acero pero tan flexible como el plástico. Debido a la superplasticidad de la aleación, se puede moldear utilizando moldes de cerámica y cemento. Los troqueles de estampado fabricados con un 96 por ciento de zinc y un 4 por ciento de aleación de aluminio se utilizan para situaciones de producción limitada en las que los troqueles de metal ferroso serían prohibitivamente caros.

Los minerales de zinc se pueden encontrar en todo el mundo. El sulfuro de zinc se conoce como blenda de zinc o esfalerita (ZnS), una versión ferrosa de la blenda de zinc conocida como marmatita, y el carbonato de zinc se conoce como calamina o smithsonita, son los minerales que contienen zinc más frecuentes.

Los depósitos de zinc tienen una geología complicada. La mayoría de las veces se usaban métodos hidrotermales, en los que se conducían soluciones acuosas a través de estratos porosos a altas temperaturas y presiones para disolver zinc, plomo y otros minerales, que luego se precipitaban como sulfuros. El porcentaje de zinc del mineral extraído suele estar entre el 3 y el 10%. Casi todos los minerales contienen galena, un mineral de sulfuro de plomo, así como trazas de sulfuro de cadmio. Con frecuencia se encuentran calcopirita y sulfuro de cobre-hierro. La calcita, la dolomita y el cuarzo son los elementos de ganga más frecuentes. La geología de los depósitos de zinc es compleja. En la mayoría de los casos, se utilizaron mecanismos hidrotermales para disolver zinc, plomo y otros minerales, que luego se precipitaron como sulfuros después de ser conducidos a través de estratos porosos a altas temperaturas y presiones. La concentración de zinc en el mineral extraído suele estar entre el 3 % y el 10 %. La galena, un mineral de sulfuro de plomo, se encuentra en casi todos los minerales, así como en pequeñas cantidades de sulfuro de cadmio. Con frecuencia se encuentran calcopirita y sulfuro de cobre-hierro. La calcita, la dolomita y el cuarzo son los elementos de ganga más frecuentes.

Usos

1. El metal se utiliza en la industria, como la producción de materiales para techos y rust de zinc.
2. El elemento metálico se utiliza para una variedad de aplicaciones, incluidos protectores solares, células solares y reactores nucleares.
3. El elemento ayuda a mantener bajo control el equilibrio enzimático del cuerpo humano.
4. Es un pigmento blanco utilizado en pinturas a base de aceite.
5. Otra aplicación notable del rust de zinc es como adición al caucho utilizado en la fabricación de neumáticos para automóviles.
6. El rust de zinc puede tolerar altas temperaturas y evita que los neumáticos colapsen cuando se calientan.

Problemas de muestra

Pregunta 1: ¿Cuáles son las ventajas de la suplementación con zinc?

Solución: 

El zinc, un mineral contenido en su cuerpo, ayuda a que su sistema inmunológico y su metabolismo funcionen correctamente. El zinc también es necesario para la cicatrización de heridas, así como para los sentidos del gusto y el olfato. Una dieta diversificada proporciona a su cuerpo suficiente zinc.

Pregunta 2: ¿Cuáles son las desventajas del zinc?

Solución: 

Así como una deficiencia de zinc puede ser dañina para la salud, un exceso de zinc puede tener el impacto contrario. El consumo excesivo de zinc es la forma más común de intoxicación por zinc, que puede inducir síntomas tanto agudos como crónicos. Los síntomas tóxicos incluyen náuseas y vómitos.

Pregunta 3: ¿Para qué se utiliza el zinc?

Solución:

El zinc es necesario para que el cuerpo humano crezca y se mantenga adecuadamente. Está presente en una variedad de sistemas y eventos biológicos y es necesario para la función inmunológica, la cicatrización de heridas, la coagulación de la sangre, la función tiroidea y otras funciones.

Pregunta 4: ¿Por qué el zinc tiene un punto de fusión bajo?

Solución:

El orbital d del hierro solo está parcialmente lleno, mientras que el orbital d del zinc está totalmente lleno. Independientemente del efecto de pantalla, el Zn tiene un tamaño sustancialmente mayor que el Fe, lo que significa que los electrones de valencia del Zn están menos restringidos al núcleo.

Pregunta 5: ¿El zinc se oxida en el agua?

Solución: 

Cuando se expone al aire y al agua, el zinc, como todos los metales ferrosos, se corroe. El zinc, por otro lado, corroe el acero a una fracción del ritmo. El zinc, al igual que otros metales ferrosos, se corroe u oxida a tasas variables según su entorno.