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Zinco

Proprietà e composti dello zinco

Lo zinco fu estratto dai minerali insieme al rame e impiegato in lega con questo (a costituire l'ottone) fin dall'antichità, sicuramente a partire dal 1000 a.C.; l'ottone ebbe poi larghissima diffusione per la produzione di monete e altri oggetti durante l'impero romano.

Il metallo non legato, anche se forse casualmente già preparato precedentemente, venne descritto già a partire dal 1400-1500, e da quell'epoca importato in Europa dalle Indie e dalla Cina che tra le prime lo conobbero, mentre solo nel 1740 ne iniziò in Gran Bretagna la produzione industriale, a opera di William e John Champion, a partire da calamina e poi da blenda.

In natura, dove non si trova mai libero, ma in composti corrispondenti al suo stato di ossidazione +2, è un elemento non molto abbondante, che costituisce circa lo 0,006-0,010% della crosta terrestre.

Si conoscono molti minerali, tra i quali i più importanti sono: il solfuro ZnS (blenda o sfalerite nella forma cubica, e wurtzite nella forma esagonale), e i suoi prodotti di alterazione (detti comunemente calumine) quali il carbonato ZnCO3 (smithsonite), i silicati emimorfite e willemite, gli ossidi zincite e franklinite, e altri.

Lo zinco è un metallo bianco argenteo nella superficie fresca, più o meno fragile a temperatura ambiente in relazione al suo contenuto in impurezze e al tipo di lavorazione subito, ma facilmente lavorabile a 100-150 °C.

A temperatura ambiente l'aria secca ossida in superficie lo zinco che si ricopre di una sottile pellicola protettiva di ossido, mentre in presenza di umidità e diossido di carbonio si ha la formazione di una pellicola più spessa di carbonato basico. Reagisce a freddo (ma solo in superficie) con il fluoro,  mentre con gli altri alogeni reagisce energicamente a temperature elevate formando i corrispondenti dialogenuri.

Mentre non reagisce né con l'azoto né con il carbonio, reagisce a caldo con lo zolfo solo se il miscuglio dei due elementi è finemente suddiviso.

In acqua si ossida lentamente solo in superficie, mentre si discioglie nelle soluzioni acquose di cloro o di bromo, negli acidi diluiti e nelle soluzioni fortemente alcaline, nonché negli acidi ossidanti concentrati come per esempio l'acido nitrico.

Lo zinco purissimo peraltro, nonostante la sua posizione nella serie dei potenziali di riduzione, non viene praticamente attaccato a freddo dall'acido cloridrico concentrato; in presenza di alcune impurezze però l'attacco si verifica rapidamente con sviluppo di idrogeno.

La configurazione elettronica dello zinco è la seguente: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10.

zinco

Zinco.

Composti dello zinco

Lo zinco forma composti (sia inorganici sia organici) praticamente solo in corrispondenza del suo stato di ossidazione +2, essendo lo stato +1 rappresentato da alcune specie estremamente instabili e riducenti. Allo stato +2 corrisponde lo ione Zn2+ incolore e diamagnetico, che possiede una configurazione elettronica molto stabile poiché è completa sul livello n = 3.

Il monossido di zinco (o semplicemente ossido di zincoZnO, è un ossido anfotero e si discioglie facilmente negli acidi, con formazione dei corrispondenti sali di zinco, e nelle basi forti concentrate con formazione di zincati. È il composto più importante dello zinco, largamente utilizzato nell'industria della gomma (in particolare per i pneumatici) sia come componente del sistema di vulcanizzazione, sia come carica di rinforzo, oltre che nelle industrie delle vernici, plastiche, fibre e ceramiche come pigmento bianco e carica, in farmaceutica per la preparazione di pomate e unguenti, in chimica come catalizzatore e per la preparazione di altri composti dello zinco.

L'idrossido di zinco Zn(OH)2, può essere ottenuto come precipitato gelatinoso aggiungendo idrossidi alcalini a una soluzione acquosa di zinco. Ha caratteristiche anfotere: si discioglie facilmente negli acidi (con formazione di ioni Zn2+ idrati), ma anche nelle basi forti con formazione di idrossocomplessi tetra o esacoordinati.

Esistono tutti i quattro alogenuri dell'elemento: sono composti simili tra loro nel comportamento (a eccezione del fluoruro), generalmente molto solubili in acqua e in solventi donatori (ammine, alcoli, eteri, chetoni ecc.) con formazione di alogenocomplessi.

Il fluoruro, ZnF2, può essere ottenuto per azione di HF su zinco metallico o bruciando quest’ultimo in F2 gassoso.

Il cloruro dì zinco, ZnCl2, da una soluzione acquosa fortemente acida per effetto dell'idrolisi. Il cloruro di zinco è un importante composto commerciale, largamente utilizzato per la sua solubilità in molti solventi organici e per le proprietà delle sue soluzioni acquose (capaci tra l'altro di disciogliere sostanze come la cellulosa, l'amido e la caseina), come mordente, vulcanizzante, disinfettante e ignifugo nelle industrie cartarie, tessili, del legname e delle colle, come catalizzatore e disidratante in chimica, nelle pile a secco, come antisettico in farmacia e in altri settori.

Il solfuro di zinco, ZnS, costituisce impuro gli importanti minerali blenda e wurtzite.

È utilizzato come pigmento bianco (eventualmente in miscela con BaSO4 a costituire il cosiddetto litopone) nella produzione di vernici, carte, vetri, gomme ecc.; impieghi più recenti si hanno in campo elettronico.

Il solfato di zinco ZnSO4, con i suoi idrati (in particolare l'eptaidrato ZnSO4·7H2O e il monoidrato ZnSO4·H2O), è un importante composto commerciale, utilizzato (generalmente come eptaidrato) nell'industria delle fibre artificiali (in particolare nei bagni per il rayon con il processo alla viscosa), come mordente conciario, come disinfettante, ignifugo per legno e tessuti, per la preparazione del litopone, nelle pile a secco, in medicina e in altri campi.

Il nitruro di zinco Zn3N2, si può ottenere per reazione tra zinco in polvere e ammoniaca.

Il nitrato di zinco Zn(NO3)2, può essere ottenuto per dissoluzione in acido nitrico di zinco metallico; è un sale molto solubile in acqua e solventi organici.

Il cianuro di zinco, Zn(CN)2, si ottiene come precipitato per aggiunta di cianuro alcalino a una soluzione di un sale di zinco; è poco solubile in acqua, ma si discioglie in eccesso di cianuro alcalino con formazione di complessi come per esempio lo ione tetracianozincato [Zn(CN)4]2-.

Costituisce un sottoprodotto del processo di estrazione dell'oro mediante cianurazione, ed è impiegato nei processi di zincatura elettrolitica in bagno alcalino.

Il carbonato di zinco ZnCO3, sospeso in acqua forma carbonati basici, per es. Zn5(OH)6(CO3)2, idrozincite. Ha impieghi come pigmento in ceramiche e vernici.

Lo zinco forma complessi con numerosi leganti sia inorganici sia organici, carichi o neutri. Con gli ioni cloruro e idrossido si possono formare in soluzione acquosa complessi anionici non molto stabili, e altri, molto più stabili, con gli ioni cianuro; questi complessi sono generalmente tetraedrici, più raramente a coordinazione 3 o 6.

Con legami azotati come l'ammoniaca e le ammine si formano complessi ben caratterizzati, generalmente tetraedrici (per esempio ZnCl2·2NH3), ma talvolta anche a numero di coordinazione 6.

Leghe metalliche dello zinco

Sono così definibili le leghe in cui lo zinco è il principale elemento di alligazione e, dal punto di vista applicativo, si possono suddividere in leghe da lavorazione plastica e in leghe per getti; queste ultime sono di gran lunga le più importanti e l'uso è indirizzato alla produzione di componenti pressofusi di ogni genere, grazie a un complesso di proprietà che, tra l'altro, sono note fin dall'antichità.

Le leghe da fonderia più importanti, usate come già detto nella pressofusione, sono note sotto il nome Zama, seguito da un numero che ne identifica il tipo; contengono 3,5-4,5% di alluminio, 0,25-1,5% di rame e piccole quantità di altri elementi, tra cui in particolare il magnesio e il ferro.

Le applicazioni delle leghe Zama si ritrovano in un gran numero di oggetti di uso comune (parti di auto e motoveicoli, elettrodomestici).

Ricordiamo infine l'alpacca una lega metallica costituita da da rame (60%), zinco (20%) e nichel (20%).

Utilizzo dello zinco

L'applicazione più importante dello zinco è quella del rivestimento protettivo del ferro e delle leghe ferrose (zincatura o galvanizzazione).

Lo zinco infatti già di per sé possiede una buona resistenza alla corrosione in aria e in acqua (a pH tra 5 e 10), poiché si ricopre rapidamente di uno strato compatto protettivo di ossido e carbonato basico; inoltre la protezione del ferro sottostante dalla corrosione elettrochimica permane anche nei punti nei quali il rivestimento di zinco presenta discontinuità, poiché sì viene a formare in tal caso una pila locale nella quale lo zinco funge da anodo solubile ossidandosi, mentre sul ferro (il quale, essendo meno elettropositivo, funge da catodo) si ha la riduzione degli ioni di idrogeno.

In tal modo la zincatura impedisce per lungo tempo la corrosione del ferro, fino a che quest'ultimo non rimane quasi completamente scoperto.

La zincatura può essere effettuata per immersione dell'oggetto di ferro (o acciaio), preventivamente trattato con acidi e asciugato, in un bagno di zinco fuso mantenuto a circa 450°C.

Molto importante è il procedimento di zincatura elettrolitica in soluzione acquosa, che impiega di solito bagni leggermente acidi contenenti solfato di zinco, e come anodo solubile zinco a elevata purezza, mentre il manufatto in ferro da rivestire costituisce il catodo.

Sempre nel settore della protezione dalla corrosione, lo zinco è impiegato sotto forma di polvere in vernici antiruggine. Altro importante campo di impiego è quello delle leghe.

Lo zinco è anche uno dei componenti della miscela Berger per la produzione dei fumogeni.

Metodo di produzione dello zinco

Il minerale più importante per l'estrazione dello zinco è la blenda che è associata a minerali del piombo; prima della lavorazione occorre quindi procedere a una flottazione preliminare per separare i due tipi di minerali.

La blenda così separata viene arrostita in appositi forni (a letto fluido), in modo da eliminare gran parte dello zolfo e trasformare la blenda in ossido.

La riduzione dell'ossido a metallo viene effettuata per via termica o per via elettrochimica.

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