Zinco -Zinc

Zinco,  30 Zn
Fragmento de zinco sublimado e 1cm3 cube.jpg
Zinco
Aparência cinza prateado
Peso atômico padrão A r °(Zn)
Zinco na tabela periódica
hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro argônio
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio Cromo Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo Krypton
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio índio Lata Antimônio Telúrio Iodo xenônio
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio Neodímio Promécio Samário Európio gadolínio Térbio disprósio hólmio érbio Túlio Itérbio lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio rênio Ósmio irídio Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Liderar Bismuto Polônio Astato Radônio
frâncio Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio amerício cúrio berquélio Californium Einsteinium férmio mendelévio Nobelium laurêncio Rutherfórdio Dúbnio Seaborgio Bohrium Hássio Meitnério Darmstadtium Roentgenium Copérnico Nihonium Fleróvio Moscovium fígado Tennessee Oganesson


Zn

Cd
cobrezincogálio
Número atômico ( Z ) 30
Grupo grupo 12
Período período 4
Bloquear   bloco d
configuração eletrônica [ Ar ] 3d 10 4s 2
Elétrons por camada 2, 8, 18, 2
Propriedades físicas
Fase em  STP sólido
Ponto de fusão 692,68  K ​(419,53 °C, ​787,15 °F)
Ponto de ebulição 1180 K ​(907 °C, ​1665 °F)
Densidade (perto de  rt ) 7,14 g/ cm3
quando líquido (em  mp ) 6,57 g/cm 3
Calor de fusão 7,32  kJ/mol
Calor da vaporização 115 kJ/mol
Capacidade térmica molar 25,470 J/(mol·K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1k 10k 100 mil
em  T  (K) 610 670 750 852 990 1179
Propriedades atômicas
Estados de oxidação −2, 0, +1, +2 (um  óxido anfótero )
Eletro-negatividade Escala de Pauling: 1,65
energias de ionização
Raio atômico empírico:  134h
raio covalente 122±16h
raio de Van der Waals 139h
Linhas coloridas em uma faixa espectral
Linhas espectrais de zinco
Outras propriedades
ocorrência natural primordial
Estrutura de cristal hexagonal compacto (hcp)
Estrutura cristalina hexagonal compactada para zinco
Velocidade do som haste fina 3850 m/s (à  temperatura ambiente ) (rolado)
Expansão térmica 30,2 µm/(m⋅K) (a 25 °C)
Condutividade térmica 116 W/(m⋅K)
Resistividade elétrica 59,0 nΩ⋅m (a 20 °C)
Ordenação magnética diamagnético
Suscetibilidade magnética molar −11,4 × 10 −6  cm 3 /mol (298 K)
módulo de Young 108 GPa
módulo de cisalhamento 43 GPa
módulo de massa 70 GPa
razão de Poisson 0,25
dureza de Mohs 2.5
Dureza Brinell 327–412 MPa
Número CAS 7440-66-6
História
Descoberta metalúrgicos indianos (antes de 1000 aC )
primeiro isolamento Andreas Sigismund Marggraf (1746)
Reconhecido como um metal único por Rasaratna Samuccaya (1300)
Principais isótopos de zinco
Isótopo Decair
abundância meia-vida ( t 1/2 ) modo produtos
64 Zn 49,2% estábulo
65 Zn sin 244 dias ε 65 Cu
γ
66 Zn 27,7% estábulo
67 Zn 4,0% estábulo
68 Zn 18,5% estábulo
69 Zn sin 56 min β- _ 69 Ga
69m Zn _ sin 13,8h β- _ 69 Ga
70 Zn 0,6% estábulo
71 Zn sin 2,4 minutos β- _ 71 Ga
71m Zn sin 4h β- _ 71 Ga
72 Zn sin 46,5 horas β- _ 72 Ga
 Categoria: Zinco
| referências

O zinco é um elemento químico com o símbolo Zn e número atômico 30. O zinco é um metal ligeiramente quebradiço à temperatura ambiente e tem uma aparência acinzentada brilhante quando a oxidação é removida. É o primeiro elemento do grupo 12 (IIB) da tabela periódica . Em alguns aspectos, o zinco é quimicamente semelhante ao magnésio : ambos os elementos exibem apenas um estado de oxidação normal (+2), e os íons Zn 2+ e Mg 2+ são de tamanho semelhante. O zinco é o 24º elemento mais abundante na crosta terrestre e possui cinco isótopos estáveis . O minério de zinco mais comum é a esfalerita (mistura de zinco), um mineral de sulfeto de zinco . Os maiores veios viáveis ​​estão na Austrália, na Ásia e nos Estados Unidos. O zinco é refinado por flotação de espuma do minério, torrefação e extração final usando eletricidade ( eletroextração ).

O zinco é um oligoelemento essencial para humanos, animais, plantas e microorganismos e é necessário para o desenvolvimento pré-natal e pós-natal. É o segundo metal traço mais abundante em humanos depois do ferro e é o único metal que aparece em todas as classes de enzimas . O zinco também é um elemento nutriente essencial para o crescimento dos corais, pois é um cofator importante para muitas enzimas.

A deficiência de zinco afeta cerca de dois bilhões de pessoas no mundo em desenvolvimento e está associada a muitas doenças. Em crianças, a deficiência causa retardo no crescimento, atraso na maturação sexual, suscetibilidade a infecções e diarreia . Enzimas com um átomo de zinco no centro reativo são amplamente difundidas em bioquímica, como a álcool desidrogenase em humanos. O consumo excessivo de zinco pode causar ataxia , letargia e deficiência de cobre .

O latão , uma liga de cobre e zinco em várias proporções, foi usado já no terceiro milênio aC na área do Egeu e na região que atualmente inclui Iraque , Emirados Árabes Unidos , Calmúquia , Turcomenistão e Geórgia . No segundo milênio aC, foi usado nas regiões que atualmente incluem Índia Ocidental , Uzbequistão , Irã , Síria , Iraque e Israel . O zinco metálico não foi produzido em larga escala até o século 12 na Índia, embora fosse conhecido pelos antigos romanos e gregos. As minas de Rajasthan forneceram evidências definitivas da produção de zinco desde o século VI aC. Até o momento, a evidência mais antiga de zinco puro vem de Zawar, no Rajastão, já no século IX dC, quando um processo de destilação foi empregado para produzir zinco puro. Os alquimistas queimavam zinco no ar para formar o que chamavam de "lã filosofal " ou "neve branca".

O elemento foi provavelmente nomeado pelo alquimista Paracelsus após a palavra alemã Zinke (ponta, dente). O químico alemão Andreas Sigismund Marggraf é creditado com a descoberta do zinco metálico puro em 1746. O trabalho de Luigi Galvani e Alessandro Volta descobriu as propriedades eletroquímicas do zinco em 1800. O revestimento de zinco resistente à corrosão ( galvanização por imersão a quente ) é a principal aplicação do zinco . Outras aplicações são em baterias elétricas , pequenas peças fundidas não estruturais e ligas como o latão. Uma variedade de compostos de zinco são comumente usados, como carbonato de zinco e gluconato de zinco (como suplementos dietéticos), cloreto de zinco (em desodorantes), piritionato de zinco ( shampoos anticaspa ), sulfeto de zinco (em tintas luminescentes) e dimetilzinco ou dietilzinco . no laboratório orgânico.

Características

Propriedades físicas

O zinco é um metal branco-azulado, brilhante e diamagnético , embora as classes comerciais mais comuns do metal tenham um acabamento opaco. É um pouco menos denso que o ferro e possui uma estrutura cristalina hexagonal , com uma forma distorcida de empacotamento hexagonal fechado , em que cada átomo tem seis vizinhos mais próximos (a 265,9 pm) em seu próprio plano e outros seis a uma distância maior de 290,6 pm . O metal é duro e quebradiço na maioria das temperaturas, mas torna-se maleável entre 100 e 150 °C. Acima de 210 °C, o metal torna-se novamente quebradiço e pode ser pulverizado por batimento. O zinco é um bom condutor de eletricidade . Para um metal, o zinco tem fusão relativamente baixa (419,5 °C) e ponto de ebulição (907 °C). O ponto de fusão é o mais baixo de todos os metais do bloco d, exceto mercúrio e cádmio ; por esse motivo, entre outros, zinco, cádmio e mercúrio geralmente não são considerados metais de transição como o restante dos metais do bloco d.

Muitas ligas contêm zinco, incluindo latão. Outros metais conhecidos por formar ligas binárias com zinco são alumínio , antimônio , bismuto , ouro , ferro, chumbo , mercúrio, prata , estanho , magnésio , cobalto , níquel , telúrio e sódio . Embora nem o zinco nem o zircônio sejam ferromagnéticos , sua liga, ZrZn
2
, exibe ferromagnetismo abaixo de 35  K .

Ocorrência

O zinco compõe cerca de 75  ppm  (0,0075%) da crosta terrestre , tornando-se o 24º elemento mais abundante. As concentrações de fundo típicas de zinco não excedem 1 μg/m 3 na atmosfera; 300 mg/kg no solo; 100 mg/kg na vegetação; 20 μg/L em água doce e 5 μg/L em água do mar. O elemento é normalmente encontrado em associação com outros metais básicos como cobre e chumbo em minérios . O zinco é um calcófilo , o que significa que é mais provável que o elemento seja encontrado em minerais junto com enxofre e outros calcogênios pesados , em vez de com o oxigênio calcogênico leve ou com elementos eletronegativos não calcogênicos, como os halogênios . Os sulfetos se formaram quando a crosta solidificou sob as condições redutoras da atmosfera da Terra primitiva. A esfalerita , que é uma forma de sulfeto de zinco, é o minério contendo zinco mais extraído porque seu concentrado contém 60-62% de zinco.

Outras fontes minerais de zinco incluem smithsonita ( carbonato de zinco ), hemimorfita ( silicato de zinco ), wurtzita (outro sulfeto de zinco) e, às vezes, hidrozincita (carbonato básico de zinco ). Com exceção da wurtzita, todos esses outros minerais foram formados pelo intemperismo dos sulfetos de zinco primordiais.

Os recursos mundiais identificados de zinco totalizam cerca de 1,9 a 2,8 bilhões de toneladas . Grandes depósitos estão na Austrália, Canadá e Estados Unidos, com as maiores reservas no Irã . A estimativa mais recente da base de reserva de zinco (atende aos critérios físicos mínimos especificados relacionados às práticas atuais de mineração e produção) foi feita em 2009 e calculada em aproximadamente 480 Mt. As reservas de zinco, por outro lado, são corpos de minério geologicamente identificados cuja adequação para recuperação é baseada economicamente (localização, teor, qualidade e quantidade) no momento da determinação. Como a exploração e o desenvolvimento da mina são um processo contínuo, a quantidade de reservas de zinco não é um número fixo e a sustentabilidade dos suprimentos de minério de zinco não pode ser julgada simplesmente extrapolando a vida útil combinada das minas de zinco atuais. Este conceito é bem apoiado por dados do United States Geological Survey (USGS), que ilustram que, embora a produção de zinco refinado tenha aumentado 80% entre 1990 e 2010, a vida útil da reserva de zinco permaneceu inalterada. Cerca de 346 milhões de toneladas foram extraídas ao longo da história até 2002, e os estudiosos estimaram que cerca de 109 a 305 milhões de toneladas estão em uso.

Um pedaço preto brilhante de sólido com superfície irregular
Esfalerita (ZnS)

isótopos

Cinco isótopos estáveis ​​de zinco ocorrem na natureza, sendo o 64 Zn o isótopo mais abundante (49,17% de abundância natural ). Os outros isótopos encontrados na natureza são66
Zn
(27,73%),67
Zn
(4,04%),68
Zn
(18,45%) e70
Zn
(0,61%).

Várias dezenas de radioisótopos foram caracterizados.65
O Zn
, com meia-vida de 243,66 dias, é o radioisótopo menos ativo, seguido pelo72
Zn
com meia-vida de 46,5 horas. O zinco tem 10 isômeros nucleares , dos quais 69m Zn tem a meia-vida mais longa, 13,76 h. O sobrescrito m indica um isótopo metaestável . O núcleo de um isótopo metaestável está em um estado excitado e retornará ao estado fundamental emitindo um fóton na forma de um raio gama .61
Zn
tem três estados metaestáveis ​​excitados e73
Zn
tem dois. os isótopos65
Zn
,71
Zn
,77
Zn
e78
Zn
cada um tem apenas um estado metaestável excitado.

O modo de decaimento mais comum de um radioisótopo de zinco com um número de massa inferior a 66 é a captura de elétrons . O produto de decaimento resultante da captura de elétrons é um isótopo de cobre.

n
30
Zn
+
e
n
29
Cu

O modo de decaimento mais comum de um radioisótopo de zinco com número de massa superior a 66 é o decaimento beta ), que produz um isótopo de gálio .

n
30
Zn
n
31
Ga
+
e
+
ν
e

Compostos e química

Reatividade

O zinco tem uma configuração eletrônica de [Ar]3d 10 4s 2 e é um membro do grupo 12 da tabela periódica . É um metal moderadamente reativo e forte agente redutor . A superfície do metal puro escurece rapidamente, eventualmente formando uma camada protetora de passivação do carbonato de zinco básico , Zn
5
(OH)
6
(CO 3 )
2
, por reação com dióxido de carbono atmosférico .

O zinco queima no ar com uma chama verde-azulada brilhante, liberando vapores de óxido de zinco . O zinco reage facilmente com ácidos , álcalis e outros não metais. O zinco extremamente puro reage apenas lentamente à temperatura ambiente com ácidos. Ácidos fortes, como ácido clorídrico ou sulfúrico , podem remover a camada passivante e a subsequente reação com o ácido libera gás hidrogênio.

A química do zinco é dominada pelo estado de oxidação +2. Quando compostos neste estado de oxidação são formados, os elétrons da camada externa são perdidos, resultando em um íon de zinco nu com a configuração eletrônica [Ar]3d 10 . Em solução aquosa um complexo octaédrico, [Zn(H
2
O) 6 ]2+
é a espécie predominante. A volatilização do zinco em combinação com o cloreto de zinco em temperaturas acima de 285 °C indica a formação de Zn
2
Cl
2
, um composto de zinco com estado de oxidação +1. Nenhum composto de zinco em estados de oxidação positivos além de +1 ou +2 é conhecido. Os cálculos indicam que é improvável que exista um composto de zinco com o estado de oxidação de +4. Prevê-se que Zn(III) exista na presença de triânions fortemente eletronegativos; no entanto, existe alguma dúvida em torno dessa possibilidade. Mas em 2021 foi relatado outro composto com mais evidências que tinha o estado de oxidação de +3 com a fórmula ZnBeB 11 (CN) 12 .

A química do zinco é semelhante à química dos metais de transição tardios da primeira linha, níquel e cobre, embora tenha uma camada d preenchida e os compostos sejam diamagnéticos e principalmente incolores. Os raios iônicos do zinco e do magnésio são quase idênticos. Por causa disso, alguns dos sais equivalentes têm a mesma estrutura cristalina e, em outras circunstâncias em que o raio iônico é um fator determinante, a química do zinco tem muito em comum com a do magnésio. Em outros aspectos, há pouca semelhança com os metais de transição tardios da primeira linha. O zinco tende a formar ligações com maior grau de covalência e complexos muito mais estáveis ​​com doadores de N - e S -. Complexos de zinco são principalmente de 4 ou 6 coordenadas , embora complexos de 5 coordenadas sejam conhecidos.

Compostos de zinco(I)

Compostos de zinco(I) são muito raros. O íon [Zn 2 ] 2+ é implicado na formação de um vidro diamagnético amarelo pela dissolução do zinco metálico em ZnCl 2 fundido . O núcleo [Zn 2 ] 2+ seria análogo ao cátion [Hg 2 ] 2+ presente nos compostos de mercúrio (I). A natureza diamagnética do íon confirma sua estrutura dimérica. O primeiro composto de zinco(I) contendo a ligação Zn–Zn, 5 -C 5 Me 5 ) 2 Zn 2 .

Compostos de zinco(II)

Folhas de acetato de zinco formadas por evaporação lenta
acetato de zinco
Pó aglomerado branco em uma placa de vidro
cloreto de zinco

Compostos binários de zinco são conhecidos para a maioria dos metalóides e todos os não- metais , exceto os gases nobres . O óxido ZnO é um pó branco que é quase insolúvel em soluções aquosas neutras, mas é anfótero , dissolvendo-se tanto em soluções fortemente básicas como ácidas. Os outros calcogenetos ( ZnS , ZnSe e ZnTe ) têm aplicações variadas em eletrônica e óptica. Pnictogenídeos ( Zn
3
N
2
, Zn
3
P
2
, Zn
3
Como
2
e Zn
3
Sb
2
), o peróxido ( ZnO
2
), o hidreto ( ZnH
2
) e o carboneto ( ZnC
2
) também são conhecidos. Dos quatro haletos , ZnF
2
tem o caráter mais iônico, enquanto os outros ( ZnCl
2
, ZnBr
2
, e ZnI
2
) têm pontos de fusão relativamente baixos e são considerados como tendo caráter mais covalente.

Em soluções básicas fracas contendo Zn2+
íons, o hidróxido Zn(OH)
2
forma-se como um precipitado branco . Em soluções alcalinas mais fortes, este hidróxido é dissolvido para formar zincatos ( [Zn(OH) 4 ]2-
). O nitrato Zn(NO 3 )
2
, clorato de Zn(ClO 3 )
2
, sulfato ZnSO
4
, fosfato Zn
3
(PO 4 )
2
, molibdato ZnMoO
4
, cianeto Zn(CN)
2
, arsenito Zn(AsO 2 )
2
, arseniato Zn(AsO 4 )
2
·8H
2
O
e o cromato ZnCrO
4
(um dos poucos compostos de zinco coloridos) são alguns exemplos de outros compostos inorgânicos comuns de zinco.

Os compostos de organozinco são aqueles que contêm ligações covalentes zinco-carbono. Dietilzinco ( (C
2
H 5 )
2
Zn
) é um reagente em química sintética. Foi relatado pela primeira vez em 1848 a partir da reação de zinco e iodeto de etila e foi o primeiro composto conhecido por conter uma ligação sigma metal-carbono .

teste de zinco

O papel de cobalticianeto (teste de Rinnmann para Zn) pode ser usado como um indicador químico para o zinco. 4 g de K 3 Co(CN) 6 e 1 g de KClO 3 são dissolvidos em 100 ml de água. O papel é mergulhado na solução e seco a 100 °C. Uma gota da amostra é jogada no papel seco e aquecida. Um disco verde indica a presença de zinco.

História

uso antigo

O Charaka Samhita , que se acredita ter sido escrito entre 300 e 500 dC, menciona um metal que, quando oxidado, produz pushpanjan , que se acredita ser óxido de zinco. As minas de zinco em Zawar, perto de Udaipur , na Índia, estão ativas desde o período Mauryan ( c.   322 e 187 aC). A fundição de zinco metálico aqui, no entanto, parece ter começado por volta do século XII dC. Uma estimativa é que este local produziu cerca de um milhão de toneladas de zinco metálico e óxido de zinco dos séculos XII a XVI. Outra estimativa dá uma produção total de 60.000 toneladas de zinco metálico durante este período. O Rasaratna Samuccaya , escrito aproximadamente no século 13 dC, menciona dois tipos de minérios contendo zinco: um usado para extração de metal e outro usado para fins medicinais.

Grande balde preto em forma de tigela em um suporte.  O balde tem incrustações no topo.
Balde de latão romano tardio - o Hemmoorer Eimer de Warstade, Alemanha, do segundo ao terceiro século dC

Vários exemplos isolados do uso de zinco impuro nos tempos antigos foram descobertos. Os minérios de zinco foram usados ​​para fazer a liga de cobre e zinco milhares de anos antes da descoberta do zinco como um elemento separado. O latão da Judéia dos séculos 14 a 10 aC contém 23% de zinco.

O conhecimento de como produzir latão se espalhou para a Grécia Antiga no século 7 aC, mas poucas variedades foram feitas. Ornamentos feitos de ligas contendo 80-90% de zinco, com chumbo, ferro, antimônio e outros metais compondo o restante, foram encontrados com 2.500 anos de idade. Uma estatueta possivelmente pré-histórica contendo 87,5% de zinco foi encontrada em um sítio arqueológico daciano .

As pílulas conhecidas mais antigas eram feitas de hidrozincita e smithsonita de carbonatos de zinco. As pílulas eram usadas para dores nos olhos e foram encontradas a bordo do navio romano Relitto del Pozzino , naufragado em 140 aC.

A fabricação de latão era conhecida pelos romanos por volta de 30 aC. Eles fizeram latão aquecendo calamina em pó ( silicato de zinco ou carbonato), carvão e cobre juntos em um cadinho. O latão de calamina resultante foi então fundido ou martelado em forma para uso em armamento. Algumas moedas cunhadas pelos romanos na era cristã são feitas do que provavelmente é latão de calamina.

Estrabão escrevendo no século 1 aC (mas citando uma obra agora perdida do historiador do século 4 aC Theopompus ) menciona "gotas de prata falsa" que quando misturadas com cobre fazem latão. Isso pode se referir a pequenas quantidades de zinco que é um subproduto da fundição de minérios de sulfeto . O zinco em tais restos em fornos de fundição era geralmente descartado por ser considerado inútil.

A placa de zinco de Berna é uma placa votiva datada da Gália romana, feita de uma liga composta principalmente de zinco.

Estudos iniciais e nomenclatura

O zinco foi distintamente reconhecido como um metal sob a designação de Yasada ou Jasada no léxico médico atribuído ao rei hindu Madanapala (da dinastia Taka) e escrito por volta do ano de 1374. Fundição e extração de zinco impuro pela redução de calamina com lã e outros materiais orgânicos substâncias foi realizada no século 13 na Índia. Os chineses não aprenderam a técnica até o século XVII.

Vários símbolos alquímicos para o elemento zinco

Os alquimistas queimavam zinco metálico no ar e coletavam o óxido de zinco resultante em um condensador . Alguns alquimistas chamavam esse óxido de zinco de lana philosophica , latim para "lã filosofal", porque se acumulava em tufos de lã, enquanto outros achavam que parecia neve branca e o chamavam de nix album .

O nome do metal foi provavelmente documentado pela primeira vez por Paracelsus , um alquimista alemão nascido na Suíça, que se referiu ao metal como "zincum" ou "zinken" em seu livro Liber Mineralium II , no século XVI. A palavra é provavelmente derivada do zinke alemão e supostamente significa "semelhante a um dente, pontiagudo ou irregular" (cristais metálicos de zinco têm uma aparência semelhante a uma agulha). Zink também pode significar "semelhante a estanho" por causa de sua relação com o alemão zinn , que significa estanho. Ainda outra possibilidade é que a palavra seja derivada da palavra persa سنگ seng , que significa pedra. O metal também foi chamado de estanho indiano, tutanego, calamina e spinter.

O metalúrgico alemão Andreas Libavius ​​recebeu uma quantidade do que chamou de "calay" de Malabar de um cargueiro capturado dos portugueses no ano de 1596. Libavius ​​descreveu as propriedades da amostra, que pode ter sido zinco. O zinco era regularmente importado do Oriente para a Europa no século XVII e início do século XVIII, mas às vezes era muito caro.

Isolamento

Foto da cabeça de um velho (perfil).  O homem tem rosto comprido, cabelo curto e testa alta.
Andreas Sigismund Marggraf recebe o crédito pelo primeiro isolamento de zinco puro

O zinco metálico foi isolado na Índia por volta de 1300 DC, muito antes do que no Ocidente. Antes de ser isolado na Europa, foi importado da Índia por volta de 1600 EC. O Dicionário Universal de Postlewayt , uma fonte contemporânea que fornece informações tecnológicas na Europa, não mencionou o zinco antes de 1751, mas o elemento foi estudado antes disso.

O metalúrgico e alquimista flamengo P. M. de Respour relatou ter extraído zinco metálico do óxido de zinco em 1668. No início do século 18, Étienne François Geoffroy descreveu como o óxido de zinco se condensa como cristais amarelos em barras de ferro colocadas sobre o minério de zinco que está sendo fundido. Na Grã-Bretanha, diz-se que John Lane realizou experimentos para fundir zinco, provavelmente em Landore , antes de sua falência em 1726.

Em 1738, na Grã-Bretanha, William Champion patenteou um processo para extrair zinco da calamina em uma fundição vertical estilo retorta . Sua técnica se assemelhava à usada nas minas de zinco de Zawar, no Rajastão , mas nenhuma evidência sugere que ele tenha visitado o Oriente. O processo de Champion foi usado até 1851.

O químico alemão Andreas Marggraf normalmente recebe o crédito pela descoberta do zinco metálico puro, embora o químico sueco Anton von Swab tenha destilado zinco da calamina quatro anos antes. Em seu experimento de 1746, Marggraf aqueceu uma mistura de calamina e carvão em um recipiente fechado sem cobre para obter um metal. Este procedimento tornou-se comercialmente prático em 1752.

Trabalho posterior

Pintura de um homem de meia idade sentado à mesa, usando peruca, jaqueta preta, camisa branca e lenço branco.
A galvanização recebeu o nome de Luigi Galvani .

O irmão de William Champion, John, patenteou um processo em 1758 para calcinar sulfeto de zinco em um óxido utilizável no processo de retorta. Antes disso, apenas a calamina podia ser usada para produzir zinco. Em 1798, Johann Christian Ruberg melhorou o processo de fundição construindo a primeira fundição de retorta horizontal. Jean-Jacques Daniel Dony construiu um tipo diferente de fundição horizontal de zinco na Bélgica que processava ainda mais zinco. O médico italiano Luigi Galvani descobriu em 1780 que conectar a medula espinhal de um sapo recém-dissecado a um trilho de ferro preso por um gancho de latão fazia com que a perna do sapo se contraísse. Ele pensou incorretamente que havia descoberto uma habilidade de nervos e músculos para criar eletricidade e chamou o efeito de " eletricidade animal ". A célula galvânica e o processo de galvanização receberam o nome de Luigi Galvani, e suas descobertas abriram o caminho para baterias elétricas , galvanização e proteção catódica .

O amigo de Galvani, Alessandro Volta , continuou pesquisando o efeito e inventou a pilha voltaica em 1800. A pilha de Volta consistia em uma pilha de células galvânicas simplificadas , cada uma sendo uma placa de cobre e uma de zinco conectadas por um eletrólito . Ao empilhar essas unidades em série, a pilha voltaica (ou "bateria") como um todo tinha uma voltagem mais alta, que poderia ser usada com mais facilidade do que células individuais. A eletricidade é produzida porque o potencial Volta entre as duas placas de metal faz com que os elétrons fluam do zinco para o cobre e corroam o zinco.

O caráter não magnético do zinco e sua falta de cor em solução atrasaram a descoberta de sua importância para a bioquímica e nutrição. Isso mudou em 1940, quando foi demonstrado que a anidrase carbônica , uma enzima que remove o dióxido de carbono do sangue, tinha zinco em seu sítio ativo . A enzima digestiva carboxipeptidase tornou-se a segunda enzima conhecida contendo zinco em 1955.

Produção

Mineração e processamento

Maior produção de minas de zinco (por países) 2019
Classificação País toneladas
1 China 4.210.000
2 Peru 1.400.000
3 Austrália 1.330.000
5 Estados Unidos 753.000
4 Índia 720.000
6 México 677.000
Preço do Zinco
Mapa-múndi revelando que cerca de 40% do zinco é produzido na China, 20% na Austrália, 20% no Peru e 5% nos EUA, Canadá e Cazaquistão cada.
Porcentagem da produção de zinco em 2006 por países
Tendência de produção mundial
Mina de zinco Rosh Pinah, Namíbia
27°57′17″S 016°46′00″E / 27,95472°S 16,76667°E / -27.95472; 16.76667 ( Rosh Pinah )

O zinco é o quarto metal mais comum em uso, atrás apenas do ferro , alumínio e cobre , com uma produção anual de cerca de 13 milhões de toneladas. A maior produtora de zinco do mundo é a Nyrstar , uma fusão da australiana OZ Minerals e da belga Umicore . Cerca de 70% do zinco mundial provém da mineração, enquanto os 30% restantes vêm da reciclagem de zinco secundário.

O zinco comercialmente puro é conhecido como Special High Grade, muitas vezes abreviado como SHG , e é 99,995% puro.

Em todo o mundo, 95% do novo zinco é extraído de depósitos de minério sulfídico , nos quais a esfalerita (ZnS) é quase sempre misturada com sulfetos de cobre, chumbo e ferro. As minas de zinco estão espalhadas por todo o mundo, sendo as principais áreas a China, a Austrália e o Peru. A China produziu 38% da produção global de zinco em 2014.

O zinco metálico é produzido usando metalurgia extrativa . O minério é finamente moído e, em seguida, submetido à flotação de espuma para separar os minerais da ganga (na propriedade da hidrofobicidade ), para obter um concentrado de minério de sulfeto de zinco que consiste em cerca de 50% de zinco, 32% de enxofre, 13% de ferro e 5% de SiO
2
.

A torrefação converte o concentrado de sulfeto de zinco em óxido de zinco:

O dióxido de enxofre é utilizado para a produção de ácido sulfúrico, necessário para o processo de lixiviação. Se depósitos de carbonato de zinco, silicato de zinco ou espinélio de zinco (como o depósito Skorpion na Namíbia ) forem usados ​​para a produção de zinco, a torrefação pode ser omitida.

Para processamento adicional, dois métodos básicos são usados: pirometalurgia ou extração eletrolítica . A pirometalurgia reduz o óxido de zinco com carbono ou monóxido de carbono a 950 °C (1.740 °F) no metal, que é destilado como vapor de zinco para separá-lo de outros metais, que não são voláteis nessas temperaturas. O vapor de zinco é coletado em um condensador. As equações abaixo descrevem esse processo:

Na extração eletrolítica , o zinco é lixiviado do concentrado de minério por ácido sulfúrico e as impurezas são precipitadas:

Finalmente, o zinco é reduzido por eletrólise .

O ácido sulfúrico é regenerado e reciclado para a etapa de lixiviação.

Quando a matéria-prima galvanizada é alimentada a um forno de arco elétrico , o zinco é recuperado do pó por uma série de processos, predominantemente o processo Waelz (90% em 2014).

Impacto ambiental

O refinamento de minérios de zinco sulfídico produz grandes volumes de dióxido de enxofre e vapor de cádmio . A escória da fundição e outros resíduos contêm quantidades significativas de metais. Cerca de 1,1 milhão de toneladas de zinco metálico e 130 mil toneladas de chumbo foram extraídas e fundidas nas cidades belgas de La Calamine e Plombières entre 1806 e 1882. Os depósitos das operações de mineração anteriores lixiviam zinco e cádmio e os sedimentos do rio Geul contêm quantidades não triviais de metais. Há cerca de dois mil anos, as emissões de zinco da mineração e fundição totalizavam 10 mil toneladas por ano. Depois de aumentar 10 vezes desde 1850, as emissões de zinco atingiram um pico de 3,4 milhões de toneladas por ano na década de 1980 e caíram para 2,7 milhões de toneladas na década de 1990, embora um estudo de 2005 da troposfera do Ártico tenha descoberto que as concentrações não refletiam o declínio. Emissões artificiais e naturais ocorrem em uma proporção de 20 para 1.

O zinco nos rios que correm através de áreas industriais e de mineração pode chegar a 20 ppm. O tratamento de esgoto eficaz reduz muito isso; o tratamento ao longo do Reno , por exemplo, reduziu os níveis de zinco para 50 ppb. Concentrações de zinco tão baixas quanto 2 ppm afetam negativamente a quantidade de oxigênio que os peixes podem transportar em seu sangue.

Um panorama com uma grande planta industrial à beira-mar, em frente às montanhas.
Historicamente responsável pelos altos níveis de metais no rio Derwent , a usina de zinco de Lutana é a maior exportadora da Tasmânia, gerando 2,5% do PIB do estado e produzindo mais de 250.000 toneladas de zinco por ano.

Solos contaminados com zinco de mineração, refino ou fertilização com lodo contendo zinco podem conter vários gramas de zinco por quilograma de solo seco. Níveis de zinco superiores a 500 ppm no solo interferem na capacidade das plantas de absorver outros metais essenciais , como ferro e manganês . Níveis de zinco de 2.000 ppm a 180.000 ppm (18%) foram registrados em algumas amostras de solo.

Formulários

As principais aplicações de zinco incluem (os números são dados para os EUA)

  1. Galvanização (55%)
  2. Latão e bronze (16%)
  3. Outras ligas (21%)
  4. Diversos (8%)

Anticorrosão e baterias

Cristais alongados mesclados de vários tons de cinza.
Superfície cristalina galvanizada por imersão a quente

O zinco é mais comumente usado como agente anticorrosivo , e a galvanização (revestimento de ferro ou aço ) é a forma mais conhecida. Em 2009, nos Estados Unidos, 55% ou 893.000 toneladas do zinco metálico foram usadas para galvanização.

O zinco é mais reativo do que o ferro ou o aço e, portanto, atrairá quase toda a oxidação local até que seja completamente corroído. Uma camada superficial protetora de óxido e carbonato ( Zn
5
(OH)
6
(CO
3
)
2
)
se forma à medida que o zinco corrói. Essa proteção dura mesmo depois que a camada de zinco é arranhada, mas se degrada com o tempo à medida que o zinco é corroído. O zinco é aplicado eletroquimicamente ou como zinco fundido por galvanização por imersão a quente ou pulverização. A galvanização é usada em cercas de arame, grades de proteção, pontes suspensas, postes de luz, telhados de metal, trocadores de calor e carrocerias de automóveis.

A reatividade relativa do zinco e sua capacidade de atrair a oxidação para si o tornam um ânodo de sacrifício eficiente na proteção catódica (CP). Por exemplo, a proteção catódica de uma tubulação enterrada pode ser obtida conectando ânodos feitos de zinco ao tubo. O zinco atua como o ânodo (terminal negativo) corroendo-se lentamente à medida que passa a corrente elétrica para a tubulação de aço. O zinco também é usado para proteger catodicamente os metais expostos à água do mar. Um disco de zinco preso ao leme de ferro de um navio corroerá lentamente enquanto o leme permanece intacto. Da mesma forma, um tampão de zinco preso a uma hélice ou a proteção de metal para a quilha do navio fornece proteção temporária.

Com um potencial de eletrodo padrão (SEP) de -0,76 volts , o zinco é usado como material anódico para baterias. (Lítio mais reativo (SEP −3,04 V) é usado para ânodos em baterias de lítio ). O zinco em pó é usado dessa maneira em baterias alcalinas e o invólucro (que também serve como ânodo) de baterias de zinco-carbono é formado por chapas de zinco. O zinco é usado como ânodo ou combustível da bateria /célula de combustível de zinco-ar. A bateria de fluxo redox zinco-cério também conta com uma meia célula negativa baseada em zinco.

Ligas

Uma liga de zinco amplamente utilizada é o latão, no qual o cobre é misturado com 3% a 45% de zinco, dependendo do tipo de latão. O latão é geralmente mais dúctil e mais forte do que o cobre, e tem resistência à corrosão superior . Essas propriedades o tornam útil em equipamentos de comunicação, hardware, instrumentos musicais e válvulas de água.

Um padrão de mosaico composto por componentes com várias formas e tons de marrom.
Microestrutura de latão fundido com ampliação de 400x

Outras ligas de zinco amplamente utilizadas incluem prata de níquel , metal de máquina de escrever, solda macia e de alumínio e bronze comercial . O zinco também é usado em órgãos de tubos contemporâneos como um substituto para a tradicional liga de chumbo/estanho em tubos. Ligas de 85 a 88% de zinco, 4 a 10% de cobre e 2 a 8% de alumínio têm uso limitado em certos tipos de mancais de máquinas. O zinco tem sido o metal primário nas moedas americanas de um centavo (centavos) desde 1982. O núcleo de zinco é revestido com uma fina camada de cobre para dar a aparência de uma moeda de cobre. Em 1994, 33.200 toneladas (36.600 toneladas curtas) de zinco foram usadas para produzir 13,6 bilhões de centavos nos Estados Unidos.

Ligas de zinco com pequenas quantidades de cobre, alumínio e magnésio são úteis na fundição sob pressão , bem como na fundição por rotação , especialmente nas indústrias automotiva, elétrica e de hardware. Essas ligas são comercializadas sob o nome Zamak . Um exemplo disso é o zinco alumínio . O baixo ponto de fusão junto com a baixa viscosidade da liga possibilita a produção de formas pequenas e intrincadas. A baixa temperatura de trabalho leva ao resfriamento rápido dos produtos fundidos e produção rápida para montagem. Outra liga, comercializada sob a marca Prestal, contém 78% de zinco e 22% de alumínio e é considerada quase tão forte quanto o aço, mas tão maleável quanto o plástico. Essa superplasticidade da liga permite que ela seja moldada usando moldes de cerâmica e cimento.

Ligas semelhantes com a adição de uma pequena quantidade de chumbo podem ser laminadas a frio em folhas. Uma liga de 96% de zinco e 4% de alumínio é usada para fazer matrizes de estampagem para aplicações de baixa produção para as quais matrizes de metal ferroso seriam muito caras. Para fachadas de edifícios, telhados e outras aplicações para chapas metálicas formadas por estampagem profunda , laminação ou dobra , são usadas ligas de zinco com titânio e cobre. O zinco não ligado é muito frágil para esses processos de fabricação.

Como um material denso, barato e fácil de trabalhar, o zinco é usado como substituto do chumbo . Na esteira das preocupações com o chumbo , o zinco aparece em pesos para diversas aplicações, desde pesca até balanças de pneus e volantes.

O telureto de zinco e cádmio (CZT) é uma liga semicondutora que pode ser dividida em uma série de pequenos dispositivos sensores. Esses dispositivos são semelhantes a um circuito integrado e podem detectar a energia dos fótons de raios gama recebidos. Quando atrás de uma máscara absorvente, o conjunto de sensores CZT pode determinar a direção dos raios.

Outros usos industriais

Pó branco em uma placa de vidro
O óxido de zinco é usado como pigmento branco em tintas .

Cerca de um quarto de toda a produção de zinco nos Estados Unidos em 2009 foi consumida em compostos de zinco; uma variedade dos quais são usados ​​industrialmente. O óxido de zinco é amplamente utilizado como pigmento branco em tintas e como catalisador na fabricação de borracha para dispersar o calor. O óxido de zinco é usado para proteger polímeros de borracha e plásticos da radiação ultravioleta (UV). As propriedades semicondutoras do óxido de zinco o tornam útil em varistores e produtos de fotocópia. O ciclo zinco-óxido de zinco é um processo termoquímico de duas etapas baseado em zinco e óxido de zinco para a produção de hidrogênio .

O cloreto de zinco é frequentemente adicionado à madeira como um retardador de fogo e, às vezes, como conservante de madeira . É usado na fabricação de outros produtos químicos. Zinco metil ( Zn(CH 3 )
2
) é usado em várias sínteses orgânicas . Sulfeto de zinco (ZnS) é usado em pigmentos luminescentes , como nos ponteiros de relógios, raios-X e telas de televisão e tintas luminosas . Cristais de ZnS são usados ​​em lasers que operam na parte do infravermelho médio do espectro. Sulfato de zinco é um produto químico em corantes e pigmentos. A piritiona de zinco é usada em tintas anti- incrustantes .

Pó de zinco às vezes é usado como propulsor em foguetes modelo . Quando uma mistura comprimida de 70% de zinco e 30% de pó de enxofre é inflamada, ocorre uma violenta reação química. Isso produz sulfeto de zinco, juntamente com grandes quantidades de gás quente, calor e luz.

A chapa de zinco é usada como cobertura durável para telhados, paredes e bancadas, a última frequentemente vista em bistrôs e bares de ostras , e é conhecida pela aparência rústica transmitida pela oxidação de sua superfície em uso de uma pátina cinza-azulada e suscetibilidade a arranhando.

64
O Zn
, o isótopo mais abundante do zinco, é muito suscetível à ativação de nêutrons , sendo transmutado no altamente radioativo65
Zn
, que tem meia-vida de 244 dias e produz intensa radiação gama . Por causa disso, o óxido de zinco usado em reatores nucleares como agente anticorrosivo é desprovido de64
Zn
antes do uso, isso é chamado de óxido de zinco empobrecido . Pela mesma razão, o zinco foi proposto como material de salga para armas nucleares ( o cobalto é outro material de salga mais conhecido). Uma jaqueta de isotopicamente enriquecido 64
O Zn
seria irradiado pelo intenso fluxo de nêutrons de alta energia da explosão de uma arma termonuclear, formando uma grande quantidade de65
Zn
aumentando significativamente a radioatividade da precipitação da arma . Tal arma não é conhecida por ter sido construída, testada ou usada.

65
O Zn
é usado como um marcador para estudar como as ligas que contêm zinco se desgastam, ou o caminho e o papel do zinco nos organismos.

Complexos de ditiocarbamato de zinco são usados ​​como fungicidas agrícolas ; estes incluem Zineb , Metiram, Propineb e Ziram. O naftenato de zinco é usado como conservante de madeira. O zinco na forma de ZDDP é usado como aditivo antidesgaste para peças metálicas no óleo do motor.

Química orgânica

Adição de difenilzinco a um aldeído

A química do organozinco é a ciência dos compostos que contêm ligações carbono-zinco, descrevendo as propriedades físicas, a síntese e as reações químicas. Muitos compostos de organozinco são importantes. Entre as aplicações importantes estão

  • A Reação de Frankland-Duppa na qual um éster oxalato (ROCOCOOR) reage com um haleto de alquila R'X, zinco e ácido clorídrico para formar os ésteres α-hidroxicarboxílicos RR'COHCOOR
  • Por outro lado, os organozincos são muito menos nucleofílicos do que os Grignards e são caros e difíceis de manusear. Compostos de diorganozinco comercialmente disponíveis são dimetilzinco , dietilzinco e difenilzinco . Em um estudo, o composto organozinco ativo é obtido a partir de precursores organobromados muito mais baratos.

O zinco encontrou muitos usos como catalisador na síntese orgânica, incluindo síntese assimétrica, sendo uma alternativa barata e facilmente disponível aos complexos de metais preciosos. Os resultados (rendimento e excesso enantiomérico ) obtidos com catalisadores quirais de zinco são comparáveis ​​aos obtidos com paládio, rutênio, irídio e outros, e o zinco torna-se um catalisador metálico de eleição.

Suplemento dietético

GNC zinco 50 mg comprimidos. A quantidade excede o limite superior considerado seguro nos Estados Unidos (40 mg) e na União Europeia (25 mg)
Fórmula química esquelética de um composto planar apresentando um átomo de Zn no centro, simetricamente ligado a quatro oxigênios.  Esses oxigênios são ainda conectados a cadeias lineares de COH.
Gluconato de zinco é um composto usado para a entrega de zinco como um suplemento dietético .

Na maioria dos suplementos diários de vitaminas e minerais de venda livre, o zinco é incluído em formas como óxido de zinco, acetato de zinco, gluconato de zinco ou quelato de aminoácidos de zinco.

Geralmente, o suplemento de zinco é recomendado onde há alto risco de deficiência de zinco (como países de baixa e média renda) como medida preventiva. Embora o sulfato de zinco seja uma forma de zinco comumente usada, citrato, gluconato e picolinato de zinco também podem ser opções válidas. Estas formas são melhor absorvidas do que o óxido de zinco.

Gastroenterite

O zinco é uma parte barata e eficaz do tratamento da diarreia entre crianças no mundo em desenvolvimento. O zinco se esgota no corpo durante a diarreia e a reposição de zinco com um tratamento de 10 a 14 dias pode reduzir a duração e a gravidade dos episódios de diarreia e também prevenir episódios futuros por até três meses. A gastroenterite é fortemente atenuada pela ingestão de zinco, possivelmente pela ação antimicrobiana direta dos íons no trato gastrointestinal , ou pela absorção do zinco e re-liberação das células imunes (todos os granulócitos secretam zinco), ou ambos.

Gripe comum

Os suplementos de zinco (frequentemente acetato de zinco ou pastilhas de gluconato de zinco ) são um grupo de suplementos dietéticos comumente usados ​​para o tratamento do resfriado comum . O uso de suplementos de zinco em doses superiores a 75 mg/dia dentro de 24 horas após o início dos sintomas demonstrou reduzir a duração dos sintomas do resfriado em cerca de 1 dia em adultos. Os efeitos adversos dos suplementos de zinco por via oral incluem gosto ruim e náusea . O uso intranasal de sprays nasais contendo zinco tem sido associado à perda do olfato ; consequentemente, em junho de 2009, a Administração de Alimentos e Medicamentos dos Estados Unidos (USFDA) alertou os consumidores para que parassem de usar zinco intranasal.

O rinovírus humano – o patógeno viral  mais comum em humanos – é a causa predominante do resfriado comum. O mecanismo de ação hipotético pelo qual o zinco reduz a gravidade e/ou a duração dos sintomas do resfriado é a supressão da inflamação nasal e a inibição direta da ligação do receptor rinoviral e da replicação rinoviral na mucosa nasal .

Ganho de peso

A deficiência de zinco pode levar à perda de apetite. O uso de zinco no tratamento da anorexia tem sido defendido desde 1979. Pelo menos 15 ensaios clínicos mostraram que o zinco melhorou o ganho de peso na anorexia. Um estudo de 1994 mostrou que o zinco dobrou a taxa de aumento da massa corporal no tratamento da anorexia nervosa. A deficiência de outros nutrientes, como tirosina, triptofano e tiamina, pode contribuir para esse fenômeno de "desnutrição induzida por desnutrição". Uma meta-análise de 33 ensaios prospectivos de intervenção sobre a suplementação de zinco e seus efeitos no crescimento de crianças em muitos países mostrou que a suplementação de zinco sozinha teve um efeito estatisticamente significativo no crescimento linear e no ganho de peso corporal, indicando que outras deficiências que podem ter estado presentes não foram responsáveis ​​pelo retardo do crescimento.

Outro

Uma revisão da Cochrane afirmou que as pessoas que tomam suplementos de zinco podem ter menos probabilidade de progredir para a degeneração macular relacionada à idade . O suplemento de zinco é um tratamento eficaz para a acrodermatite enteropática , um distúrbio genético que afeta a absorção de zinco e que antes era fatal para bebês afetados. A deficiência de zinco tem sido associada ao transtorno depressivo maior (TDM), e os suplementos de zinco podem ser um tratamento eficaz. O zinco pode ajudar as pessoas a dormir mais.

Uso tópico

As preparações tópicas de zinco incluem aquelas usadas na pele, muitas vezes na forma de óxido de zinco . O óxido de zinco é geralmente reconhecido pelo FDA como seguro e eficaz e é considerado muito fotoestável. O óxido de zinco é um dos ingredientes ativos mais comuns formulados em protetores solares para mitigar queimaduras solares . Aplicado finamente na área da fralda de um bebê ( períneo ) a cada troca de fralda, pode proteger contra assaduras .

O zinco quelatado é usado em cremes dentais e enxaguatórios bucais para prevenir o mau hálito ; citrato de zinco ajuda a reduzir o acúmulo de cálculo (tártaro).

A piritiona de zinco é amplamente incluída em xampus para prevenir a caspa.

O zinco tópico também demonstrou tratar com eficácia, bem como prolongar a remissão do herpes genital .

papel biológico

O zinco é um oligoelemento essencial para os seres humanos e outros animais, para as plantas e para os microorganismos . O zinco é necessário para a função de mais de 300 enzimas e 1000 fatores de transcrição , e é armazenado e transferido em metalotioneínas . É o segundo metal traço mais abundante em humanos depois do ferro e é o único metal que aparece em todas as classes de enzimas .

Nas proteínas, os íons de zinco são frequentemente coordenados com as cadeias laterais de aminoácidos do ácido aspártico , ácido glutâmico , cisteína e histidina . A descrição teórica e computacional dessa ligação do zinco em proteínas (bem como de outros metais de transição) é difícil.

Cerca de 2 a 4  gramas de zinco são distribuídos por todo o corpo humano. A maior parte do zinco está no cérebro, músculos, ossos, rins e fígado, com as maiores concentrações na próstata e partes do olho. O sêmen é particularmente rico em zinco, um fator chave na função da próstata e no crescimento dos órgãos reprodutivos .

A homeostase do zinco do corpo é controlada principalmente pelo intestino. Aqui, ZIP4 e especialmente TRPM7 foram ligados à absorção intestinal de zinco essencial para a sobrevivência pós-natal.

Nos seres humanos, os papéis biológicos do zinco são onipresentes. Ele interage com "uma ampla gama de ligantes orgânicos " e tem funções no metabolismo de RNA e DNA, transdução de sinal e expressão gênica . Também regula a apoptose . Uma revisão de 2015 indicou que cerca de 10% das proteínas humanas (~3000) se ligam ao zinco, além de outras centenas que transportam e trafegam o zinco; um estudo semelhante in silico na planta Arabidopsis thaliana encontrou 2.367 proteínas relacionadas ao zinco.

No cérebro , o zinco é armazenado em vesículas sinápticas específicas por neurônios glutamatérgicos e pode modular a excitabilidade neuronal. Desempenha um papel fundamental na plasticidade sináptica e, portanto, na aprendizagem. A homeostase do zinco também desempenha um papel crítico na regulação funcional do sistema nervoso central . Acredita-se que a desregulação da homeostase do zinco no sistema nervoso central que resulta em concentrações sinápticas excessivas de zinco induz a neurotoxicidade através do estresse oxidativo mitocondrial (por exemplo, interrompendo certas enzimas envolvidas na cadeia de transporte de elétrons , incluindo complexo I , complexo III e α-cetoglutarato desidrogenase ), a desregulação da homeostase do cálcio, a excitotoxicidade neuronal glutamatérgica e a interferência na transdução de sinal intraneuronal . L- e D-histidina facilitam a absorção de zinco pelo cérebro. SLC30A3 é o principal transportador de zinco envolvido na homeostase do zinco cerebral.

Enzimas

Listras interligadas, principalmente de cor amarela e azul com alguns segmentos vermelhos.
Diagrama de fita de anidrase carbônica humana II, com átomo de zinco visível no centro
Uma faixa torcida, com um lado pintado de azul e outro cinza.  Suas duas pontas estão conectadas por meio de algumas espécies químicas a um átomo verde (zinco).
Dedos de zinco ajudam a ler sequências de DNA.

O zinco é um ácido de Lewis eficiente , tornando-o um agente catalítico útil na hidroxilação e outras reações enzimáticas. O metal também possui uma geometria de coordenação flexível , que permite que as proteínas que o utilizam mudem rapidamente de conformação para realizar reações biológicas. Dois exemplos de enzimas contendo zinco são a anidrase carbônica e a carboxipeptidase , que são vitais para os processos de dióxido de carbono ( CO
2
) regulação e digestão de proteínas, respectivamente.

No sangue de vertebrados, a anidrase carbônica converte CO
2
em bicarbonato e a mesma enzima transforma o bicarbonato de volta em CO
2
para expiração através dos pulmões. Sem essa enzima, essa conversão ocorreria cerca de um milhão de vezes mais devagar no pH normal do sangue de 7 ou exigiria um pH de 10 ou mais. A anidrase β-carbônica não relacionada é necessária nas plantas para a formação de folhas, a síntese de ácido indol acético (auxina) e a fermentação alcoólica .

A carboxipeptidase cliva ligações peptídicas durante a digestão de proteínas. Uma ligação covalente coordenada é formada entre o peptídeo terminal e um grupo C=O ligado ao zinco, o que dá ao carbono uma carga positiva. Isso ajuda a criar uma bolsa hidrofóbica na enzima perto do zinco, que atrai a parte apolar da proteína que está sendo digerida.

Sinalização

O zinco tem sido reconhecido como um mensageiro, capaz de ativar vias de sinalização. Muitas dessas vias fornecem a força motriz no crescimento aberrante do câncer. Eles podem ser direcionados por meio de transportadores ZIP .

Outras proteínas

O zinco desempenha um papel puramente estrutural em dedos , torções e aglomerados de zinco. Os dedos de zinco formam partes de alguns fatores de transcrição , que são proteínas que reconhecem as seqüências de bases do DNA durante a replicação e transcrição do DNA . Cada um dos nove ou dez Zn2+
Os íons em um dedo de zinco ajudam a manter a estrutura do dedo ao se ligarem coordenadamente a quatro aminoácidos no fator de transcrição.

No plasma sanguíneo , o zinco liga-se e é transportado pela albumina (60%, baixa afinidade) e transferrina (10%). Como a transferrina também transporta ferro, o excesso de ferro reduz a absorção de zinco e vice-versa. Existe um antagonismo semelhante com o cobre. A concentração de zinco no plasma sanguíneo permanece relativamente constante, independentemente da ingestão de zinco. As células da glândula salivar, da próstata, do sistema imunológico e do intestino usam a sinalização de zinco para se comunicar com outras células.

O zinco pode ser mantido em reservas de metalotioneína dentro de microrganismos ou nos intestinos ou fígado de animais. A metalotioneína nas células intestinais é capaz de ajustar a absorção de zinco em 15 a 40%. No entanto, a ingestão inadequada ou excessiva de zinco pode ser prejudicial; o excesso de zinco prejudica particularmente a absorção de cobre porque a metalotioneína absorve ambos os metais.

O transportador de dopamina humano contém um sítio de ligação de zinco extracelular de alta afinidade que, após a ligação de zinco, inibe a recaptação de dopamina e amplifica o efluxo de dopamina induzido por anfetamina in vitro . O transportador de serotonina humano e o transportador de norepinefrina não contêm sítios de ligação de zinco. Algumas proteínas de ligação de cálcio EF-hand , como S100 ou NCS-1 , também são capazes de ligar íons de zinco.

Nutrição

Recomendações dietéticas

O Instituto de Medicina dos EUA (IOM) atualizou as necessidades médias estimadas (EARs) e as recomendações dietéticas (RDAs) para zinco em 2001. As EARs atuais para zinco para mulheres e homens com 14 anos ou mais é de 6,8 e 9,4 mg/dia, respectivamente. As RDAs são 8 e 11 mg/dia. As RDAs são mais altas que as EARs para identificar valores que cobrirão pessoas com necessidades acima da média. A RDA para gravidez é de 11 mg/dia. A RDA para lactação é de 12 mg/dia. Para lactentes até 12 meses, a RDA é de 3 mg/dia. Para crianças de 1 a 13 anos, a RDA aumenta com a idade de 3 a 8 mg/dia. Quanto à segurança, o IOM define níveis de ingestão superiores toleráveis ​​(ULs) para vitaminas e minerais quando as evidências são suficientes. No caso do zinco, o UL adulto é de 40 mg/dia (menor para crianças). Coletivamente, os EARs, RDAs, AIs e ULs são referidos como Dietary Reference Intakes (DRIs).

A Autoridade Europeia para a Segurança dos Alimentos (EFSA) refere-se ao conjunto coletivo de informações como Valores Dietéticos de Referência, com Ingestão de Referência da População (PRI) em vez de RDA e Requisito Médio em vez de EAR. AI e UL são definidos da mesma forma que nos Estados Unidos. Para pessoas com 18 anos ou mais, os cálculos do PRI são complexos, pois a EFSA estabeleceu valores cada vez mais altos à medida que o teor de fitato da dieta aumenta. Para as mulheres, os PRIs aumentam de 7,5 para 12,7 mg/dia à medida que a ingestão de fitato aumenta de 300 para 1200 mg/dia; para homens, o intervalo é de 9,4 a 16,3 mg/dia. Esses PRIs são mais altos que os RDAs dos EUA. A EFSA revisou a mesma questão de segurança e definiu seu UL em 25 mg/dia, que é muito inferior ao valor dos EUA.

Para fins de rotulagem de alimentos e suplementos dietéticos nos EUA, a quantidade em uma porção é expressa como uma porcentagem do valor diário (%DV). Para fins de rotulagem de zinco, 100% do valor diário era de 15 mg, mas em 27 de maio de 2016 foi revisado para 11 mg. Uma tabela com os valores diários antigos e novos para adultos é fornecida em Ingestão Diária de Referência .

Ingestão dietética

Vários pratos cheios de vários cereais, frutas e legumes em uma mesa.
Alimentos e especiarias que contêm zinco

Produtos de origem animal, como carne, peixe, marisco, aves, ovos e laticínios contêm zinco. A concentração de zinco nas plantas varia com o nível no solo. Com zinco adequado no solo, as plantas alimentícias que contêm mais zinco são trigo (gérmen e farelo) e várias sementes, incluindo gergelim , papoula , alfafa , aipo e mostarda . O zinco também é encontrado em feijões , nozes , amêndoas , grãos integrais , sementes de abóbora, sementes de girassol e groselha preta .

Outras fontes incluem alimentos fortificados e suplementos dietéticos em várias formas. Uma revisão de 1998 concluiu que o óxido de zinco, um dos suplementos mais comuns nos Estados Unidos, e o carbonato de zinco são quase insolúveis e pouco absorvidos pelo organismo. Esta revisão citou estudos que encontraram concentrações plasmáticas de zinco mais baixas nos indivíduos que consumiram óxido de zinco e carbonato de zinco do que naqueles que tomaram acetato de zinco e sais de sulfato. Para fortificação, no entanto, uma revisão de 2003 recomendou cereais (contendo óxido de zinco) como uma fonte estável e barata que é tão facilmente absorvida quanto as formas mais caras. Um estudo de 2005 descobriu que vários compostos de zinco, incluindo óxido e sulfato, não mostraram diferenças estatisticamente significativas na absorção quando adicionados como fortificantes às tortilhas de milho.

Deficiência

Quase dois bilhões de pessoas no mundo em desenvolvimento são deficientes em zinco. Grupos de risco incluem crianças em países em desenvolvimento e idosos com doenças crônicas. Em crianças, causa aumento de infecção e diarreia e contribui para a morte de cerca de 800.000 crianças por ano no mundo. A Organização Mundial da Saúde defende a suplementação de zinco para desnutrição grave e diarreia. Os suplementos de zinco ajudam a prevenir doenças e reduzir a mortalidade, especialmente entre crianças com baixo peso ao nascer ou crescimento atrofiado. No entanto, os suplementos de zinco não devem ser administrados sozinhos, porque muitos no mundo em desenvolvimento têm várias deficiências e o zinco interage com outros micronutrientes. Embora a deficiência de zinco geralmente se deva à ingestão alimentar insuficiente, ela pode estar associada à má absorção , acrodermatite enteropática , doença hepática crônica, doença renal crônica, doença falciforme , diabetes , malignidade e outras doenças crônicas.

Nos Estados Unidos, uma pesquisa federal de consumo de alimentos determinou que para mulheres e homens com mais de 19 anos, o consumo médio foi de 9,7 e 14,2 mg/dia, respectivamente. Para as mulheres, 17% consumiram menos que a EAR, para os homens 11%. Os percentuais abaixo da EAR aumentaram com a idade. A atualização publicada mais recente da pesquisa (NHANES 2013–2014) relatou médias mais baixas – 9,3 e 13,2 mg/dia – novamente com a ingestão diminuindo com a idade.

Os sintomas de deficiência leve de zinco são diversos. Os resultados clínicos incluem crescimento deprimido, diarreia, impotência e maturação sexual retardada, alopecia , lesões oculares e cutâneas, apetite prejudicado, cognição alterada, funções imunológicas prejudicadas, defeitos na utilização de carboidratos e teratogênese reprodutiva . A deficiência de zinco deprime a imunidade, mas o excesso de zinco também.

Apesar de algumas preocupações, os vegetarianos e veganos ocidentais não sofrem mais de deficiência de zinco do que os carnívoros. As principais fontes vegetais de zinco incluem feijões secos cozidos, vegetais do mar, cereais fortificados, alimentos à base de soja, nozes, ervilhas e sementes. No entanto, os fitatos em muitos grãos integrais e fibras podem interferir na absorção de zinco e a ingestão marginal de zinco tem efeitos pouco compreendidos. O fitato quelante de zinco , encontrado em sementes e farelo de cereais , pode contribuir para a má absorção de zinco. Algumas evidências sugerem que mais do que a RDA dos EUA (8 mg/dia para mulheres adultas; 11 mg/dia para homens adultos) pode ser necessária para aqueles cuja dieta é rica em fitatos, como alguns vegetarianos. As diretrizes da European Food Safety Authority (EFSA) tentam compensar isso recomendando maior ingestão de zinco quando a ingestão de fitato na dieta é maior. Essas considerações devem ser ponderadas contra a escassez de biomarcadores de zinco adequados , e o indicador mais amplamente utilizado, o zinco plasmático, tem baixa sensibilidade e especificidade .

Remediação do solo

Espécies de Calluna , Erica e Vaccinium podem crescer em solos zinco-metálicos, porque a translocação de íons tóxicos é impedida pela ação de fungos micorrízicos ericóides .

Agricultura

A deficiência de zinco parece ser a deficiência de micronutrientes mais comum nas plantas cultivadas; é particularmente comum em solos com pH alto. O solo deficiente em zinco é cultivado nas terras de cultivo de cerca de metade da Turquia e da Índia, um terço da China e a maior parte da Austrália Ocidental. Respostas substanciais à fertilização com zinco foram relatadas nessas áreas. Plantas que crescem em solos deficientes em zinco são mais suscetíveis a doenças. O zinco é adicionado ao solo principalmente através do intemperismo das rochas, mas os humanos adicionaram zinco através da combustão de combustíveis fósseis, resíduos de minas, fertilizantes fosfatados, pesticidas ( fosfeto de zinco ), calcário, esterco, lodo de esgoto e partículas de superfícies galvanizadas. O excesso de zinco é tóxico para as plantas, embora a toxicidade do zinco seja muito menos difundida.

Precauções

Toxicidade

Embora o zinco seja um requisito essencial para uma boa saúde, o excesso de zinco pode ser prejudicial. A absorção excessiva de zinco suprime a absorção de cobre e ferro. O íon de zinco livre em solução é altamente tóxico para plantas, invertebrados e até peixes vertebrados. O Free Ion Activity Model está bem estabelecido na literatura e mostra que apenas quantidades micromolares do íon livre matam alguns organismos. Um exemplo recente mostrou 6 micromolar matando 93% de todos os Daphnia na água.

O íon zinco livre é um poderoso ácido de Lewis a ponto de ser corrosivo . O ácido estomacal contém ácido clorídrico , no qual o zinco metálico se dissolve prontamente para dar cloreto de zinco corrosivo. Engolir um centavo americano pós-1982 (97,5% de zinco) pode causar danos ao revestimento do estômago devido à alta solubilidade do íon de zinco no estômago ácido.

Evidências mostram que pessoas que tomam 100–300 mg de zinco diariamente podem sofrer deficiência de cobre induzida . Um estudo de 2007 observou que homens idosos que tomavam 80 mg por dia eram hospitalizados por complicações urinárias com mais frequência do que aqueles que tomavam placebo. Níveis de 100-300 mg podem interferir na utilização de cobre e ferro ou afetar adversamente o colesterol. Zinco em excesso de 500 ppm no solo interfere na absorção pela planta de outros metais essenciais, como ferro e manganês. Uma condição chamada de tremores de zinco ou "resfriamento de zinco" pode ser induzida pela inalação de vapores de zinco durante a brasagem ou soldagem de materiais galvanizados. O zinco é um ingrediente comum do creme para dentaduras que pode conter entre 17 e 38 mg de zinco por grama. Deficiência e até mesmo mortes por uso excessivo desses produtos foram reivindicados.

A Food and Drug Administration (FDA) dos EUA afirma que o zinco danifica os receptores nervosos no nariz, causando anosmia . Relatos de anosmia também foram observados na década de 1930, quando preparações de zinco foram usadas em uma tentativa fracassada de prevenir infecções por poliomielite . Em 16 de junho de 2009, o FDA ordenou a remoção de produtos resfriados intranasais à base de zinco das prateleiras das lojas. A FDA disse que a perda do olfato pode ser fatal porque as pessoas com olfato prejudicado não conseguem detectar vazamentos de gás ou fumaça e não podem dizer se a comida estragou antes de comê-la.

Pesquisas recentes sugerem que o antimicrobiano tópico piritionato de zinco é um potente indutor de resposta de choque térmico que pode prejudicar a integridade genômica com indução de crise de energia dependente de PARP em queratinócitos e melanócitos humanos cultivados .

Envenenamento

Em 1982, a Casa da Moeda dos EUA começou a cunhar moedas de um centavo revestidas em cobre, mas contendo principalmente zinco. Moedas de zinco representam um risco de intoxicação por zinco, que pode ser fatal. Um caso relatado de ingestão crônica de 425 centavos (mais de 1 kg de zinco) resultou em morte devido a sepse bacteriana e fúngica gastrointestinal . Outro paciente que ingeriu 12 gramas de zinco apresentou apenas letargia e ataxia (grande falta de coordenação dos movimentos musculares). Vários outros casos foram relatados de humanos que sofreram intoxicação por zinco pela ingestão de moedas de zinco.

Às vezes, moedas de um centavo e outras pequenas são ingeridas por cães, exigindo a remoção veterinária dos objetos estranhos. O teor de zinco de algumas moedas pode causar toxicidade de zinco, comumente fatal em cães por anemia hemolítica grave e danos hepáticos ou renais; vômitos e diarreia são possíveis sintomas. O zinco é altamente tóxico em papagaios e o envenenamento pode ser fatal. O consumo de sucos de frutas armazenados em latas galvanizadas resultou em envenenamentos em massa de papagaios com zinco.

Veja também

Notas

  1. ^ Os elementos são de diferentes grupos de metais. Veja tabela periódica.
  2. Um navio da Companhia das Índias Orientais transportando uma carga de zinco metálico quase puro do Oriente afundou na costa da Suécia em 1745. ( Emsley 2001 , p. 502)
  3. ^ A corrente elétrica fluirá naturalmente entre o zinco e o aço, mas em algumas circunstâncias, ânodos inertes são usados ​​com uma fonte CC externa.

Citações

Bibliografia

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