Kẽm

Lịch sử

Hợp kim của kẽm đã được sử dụng hàng thế kỷ, chẳng hạn đồng thanh có niên đại 1.000 - 1.400 TCN đã được tìm thấy ở Palestin và các đồ vật bằng kẽm có hàm lượng kẽm 87% đã được tìm thấy ở Transylvania tiền sử. Vì nhiệt độ bay hơi thấp và hoạt động hóa học mạnh nên bản chất tự nhiên của kẽm không được hiểu rõ trong thời cổ đại (kẽm phân lập khi nung chảy có xu hướng bay hơi lên hơn là bị giữ lại).

Việc sản xuất đồ đồng thau đã được người La Mã biết đến vào khoảng năm 30 TCN, họ sử dụng công nghệ nấu calamin với đồng trong các nồi nấu. Lượng oxit kẽm giảm xuống và kẽm tự do bị đồng giữ lại, tạo ra hợp kim là đồng thau. Đồng thau sau đó được đúc hay rèn thành các chủng loại đồ vật.

Việc nấu chảy và phân lập kẽm nguyên chất đã được những người Ấn Độ và người Trung Quốc thực hiện sớm nhất vào thế kỷ X. Cuối thế kỷ XIV, người Hindu đã biết sự tồn tại của kẽm như một kim loại khác với bảy kim loại đã biết trước đó. Ở phương Tây, sự phát hiện ra kẽm nguyên chất được gắn với tên tuổi của người Đức Andreas Marggraf vào năm 1746, mặc dù toàn bộ lịch sử của việc này còn nhiều điều đáng nói.

Các miêu tả về sản xuất đồng thau được tìm thấy trong các ghi chép của Albertus Magnus, khoảng năm 1248 và vào thế kỷ XVI, người ta biết đến một kim loại mới một cách rộng rãi. Georg Agricola đã quan sát vào năm 1546, và phát hiện ra rằng một kim loại màu trắng có thể ngưng tụ và đập vụn ra từ vách các lò nấu kim loại khi các loại quặng kẽm được nung chảy. Ông đã bổ sung trong các ghi chép của mình rằng một chất giống như kim loại gọi là "zincum" đã được sản xuất ở Silesia . Paracelsus (mất năm 1541) đã là người đầu tiên ở phương Tây nói rằng "zincum" là một kim loại mới và nó có các thuộc tính hóa học khác với các kim loại đã biết trước đó.

Kết quả là kẽm đã được biết trong thời gian Marggraf làm thực nghiệm của mình và trên thực tế nó đã được thực nghiệm của mình và trên thực tế nó đã được phân lập hai năm trước đó bởi một nhà hóa học khác là Anton von Swab. Tuy nhiên, các báo cáo của Marggraf là toàn diện và có phương pháp, chất lượng các nghiên cứu của ông đã làm cho hình ảnh của ông như là người phát hiện ra kẽm.

Trước khi phát minh ra công nghệ tách kẽm từ sulfua kẽm thì calamin là nguồn khoáng chất duy nhất của kẽm kim loại.

Thuộc tính

Kẽm là một kim loại hoạt động trung bình có thể kết hợp với oxi và các á kim khác, có phản ứng với axit loãng để giải phóng hydro. Trạng thái oxy hóa phổ biến của kẽm là +2.

Ứng dụng

Kẽm là kim loại được sử dụng phổ biến hàng thứ tư sau sắt, nhôm, đồng tính theo lượng sản xuất hàng năm.

·Kẽm được sử dụng để mạ kim loại, chẳng hạn như thép để chống ăn rỉ.

·Kẽm được sử dụng trong các hợp kim đồng thau, niken trắng, các loại que hàn, bạc Đức… Đồng thau có ứng dụng rộng rãi nhờ độ cứng và sức kháng rỉ cao.

·Kẽm được sử dụng trong dập khuôn, đặc biệt là trong công nghệ ô tô.

·Kẽm oxit được sử dụng như chất liệu có màu trắng trong màu nước và sơn cũng như chất hoạt hóa trong công nghiệp ô tô. Sử dụng trong thuốc mỡ, nó có khẳ năng chống cháy nắng cho các khu vực da trần. Sử dụng như lớp bột mỏng trong các khu vực ẩm ướt của cơ thể (bộ phận sinh dục) của trẻ em để chống hăm.

·Kẽm lorua được sử dụng làm chất khử mùi và bảo quản gỗ.

·Kẽm sulfua được sử dụng làm chất lân quang, được sử dụng để phủ lên kim đồng hồ hay các đồ vật khác cần phát sáng trong bóng tối.

·kẽm methyl (Zn(CH ₃) ₂) được sử dụng trong một số phản ứng tổng hợp chất hữu cơ.

·Kẽm stearat được sử dụng làm chất độn trong sản xuất chất dẻo (plastic) từ dầu mỏ.

·Các loại nước thơm sản xuất từ calamin, là hỗn hợp của kẽm (hydroxy) cacbonat và silicat, được sử dụng để chống phỏng da.

·Trong thực đơn hàng ngày, kẽm có trong thành phần của các loại kháng chất và vitamin. Người ta cho rằng kẽm có thuộc tính chống oxi hóa, do vậy nó được sử dụng như là nguyên tố vi lượng để chống sự chết yểu của da và cơ trong cơ thể (lão hóa). Trong các biệt dược chứa một lượng lớn kẽm, người ta cho rằng nó có tác dụng làm nhanh lành vết thương.

·Kẽm gluconat glycin trong các viên nang hình thoi có tác dụng chống cảm.

Vai trò sinh học

Kẽm là nguyên tố cần thiết để duy trì sự sống của con người và động vật. Sự thiếu hụt kẽm để lại những hiệu ứng rõ nét trong việc tăng trọng của động vật. Kẽm tìm thấy trong insulin, các protein chứa kẽm và các enzym như superoxit dismutas.

Theo một số nguồn thì việc sử dụng các loại thuốc chứa kẽm có thể đem lại sự miễn dịch đối với cảm lạnh hay cúm, mặc dù điều này còn gây tranh cãi.

Thị giác, vị giác, khứu giác và trí nhớ có liên quan đến kẽm và sự thiếu hụt kẽm có thể gây ra sự hoạt động không bình thường của các cơ quan này.

Các nguồn thức ăn tự nhiên giàu kẽm bao gồm: sò huyết, các loại thịt màu đỏ và thịt gia cầm, đậu, các loại quả có nhân, ngũ cốc nguyên vẹn, hạt bí hay hạt hướng dương.

Ở đàn ông, kẽm rất quan trọng trong việc sản xuất tinh dịch. Tới 5mg kẽm bị mất đi trong quá trình xuất tinh. Thiếu hụt kẽm ở đàn ông có thể dẫn tới giảm lượng tinh trùng và tần xuất tình dục. Sự xuất tinh thường xuyên có thể dẫn tới thiếu hụt kẽm.

Sự phổ biến

Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 23 trong vỏ Trái đất. Các loại khoáng chất nặng nhất có xu hướng chứa khoảng 10% sắt và 40 - 50% kẽm. Các loại khoáng chất để tách kẽm chủ yếu là sphalerit, blendo, smith-sonit, calamin, franklinit.

Sản xuất kẽm

Các mỏ kẽm có khắp trên thế giới, với những nhà sản xuất lớn nhất là Úc, Canada, Trung Quốc, Peruvà Mỹ. Các mỏ ở châu Âu bao gồm Vieille Montagne ở Bỉ và Zinkgruvan ở Thụy Điển. Kẽm kim loại được sản xuất bằng công nghiệp khai khoáng. Kẽm sulfua (khoáng chất sphalerit) được cô bằng phương pháp tách đãi bọt và sau đó được làm tinh thành kẽm bằng nhiệt luyện kim. Xử lý oxit kẽm có ít ứng dụng hơn, nhưng khoáng chất có chất lượng cao được sử dụng một cách có hiệu quả để sản xuất kẽm từ kẽm oxit hay kẽm cacbonat bằng thủy luyện kim.

Hợp chất

Kẽm oxit là hợp chất được sử dụng rộng rãi của kẽm, do nó tạo ra nền trắng tốt cho chất liệu màu trắng trong sản xuất sơn. Nó cũng có ứng dụng trong công nghiệp cao su, và nó được bán như là chất chống nắng mờ. Các loại hợp chất cũng có ứng dụng trong công nghiệp, chẳng hạn như kẽm clorua (chất khử mùi), kẽm sulfua (lân quang), kẽm methyl trong các phòng thí nghiệm về chất hữu cơ. Khoảng một phần tư của sản lượng kẽm sản xuất hàng năm được tiêu thụ dưới dạng các hợp chất của nó.

Đồng vị

Kẽm trong tự nhiên là hỗn hợp của 4 đồng vị ổn định Zn ⁶⁴, Zn ⁶⁷, Zn ⁶⁸với đồng vị 64 là phổ biến nhất (48,6% trong tự nhiên). 2 đồng vị phóng xạ được biết đến với phổ biến hay ổn định nhất là Zn ⁶⁵với chu kỳ bán rã 244,26 ngày, Zn ⁷²với chu kỳ bán rã 46,5 giờ. Các đồng vị phóng xạ khác có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 14 giờ và phần lớn có chu kỳ bán rã nhỏ hơn một giây. Nguyên tố này cũng có 4 trạng thái đồng phân nguyên tử.

Cảnh báo

Kẽm kim loại không bị coi là độc, nhưng có những tình huống gọi là sự run kẽm hay ớn lạnh kẽm sinh ra do hít phải các dạng bột kẽm oxit nguyên chất. Việc thu nạp quá nhiều kẽm của cơ thể có thể sinh ra sự thiếu hụt của các khoáng chất khác trong dinh dưỡng.