Zinc

Les caractéristiques
[ Ar ] 3 j 10 4 s 2 30Zn _ tableau périodique
Général
nom , symbole , numéro atomique	Zinc, Zn, 30
catégorie d'article	métaux de transition
groupe , période , bloc	12 , 4 , j
Regards	gris pâle bleuté
Numero CAS	7440-66-6
Numéro CE	231-175-3
Carte d'information de l' ECHA	100.028.341
Code ATC	A12CB _
Fraction massique de la coquille terrestre	0,012 % [1]
Atomique [2]
masse atomique	65:38(2) [3] tu
rayon atomique (calculé)	135 (142) h
rayon covalent	122 h
Rayon de Van der Waals	139h
configuration électronique	[ Ar ] 3 j 10 4 s 2
1. Énergie d'ionisation	9 . 394 197(6) eV [4] ≈ 906 . 4kJ / mole [ 5]
2. Énergie d'ionisation	17 . 96439(25) eV [4] ≈ 1 733 . 3 kJ/mol [5]
3. Énergie d'ionisation	39 . 72330(12)eV [ 4] ≈ 3832 . 71 kJ/mol [5]
4. Énergie d'ionisation	59 . 573(19) eV [4] ≈ 5 747 . 9 kJ/mol [5]
5. Énergie d'ionisation	82 . 6(9) eV [4] ≈ 7 970 kJ/mol [5]
Physique [2]
état physique	Fête
structure en cristal	hexagonal
densité	7,14 g/cm3 (25 °C ) [ 6 ]
Dureté de Mohs	2.5
magnétisme	diamagnétique ( χ m = −1.6 10 −5 ) [7]
point de fusion	692.68K ( 419.53 °C)
point d'ébullition	1180K [8] (907°C)
volume molaire	9.16 10 −6 m 3 mol −1
enthalpie de vaporisation	115 kJmol −1 [8]
enthalpie de fusion	7,4 [9] kJ mol −1
vitesse du son	3700 ms −1
La capacité thermique spécifique	388 [1] J kg −1 K −1
Conductivité électrique	16,7 10 6 A V −1 m −1
conductivité thermique	120 W · m −1 K −1
Chimique [2]
états d'oxydation	2
potentiel normal	−0,7926 V (Zn 2+ + 2e − → Zn)
électronégativité	1,65 ( échelle de Pauling )
isotopes
isotope NH t 1/2 ZA ZE (M eV ) ZP 64Zn _ 48,6  % Écurie 65 Zn {syn.} 244.06d _ β + 1 352 65cu _ 66Zn _ 27,9 % Écurie 67Zn _ 4,1 % Écurie 68 Zn 18,8 % Écurie 69 Zn {syn.} 56,4 minutes β- _ 0,906 69 Ga 70 Zn 0,6 % Écurie
Pour plus d'isotopes, voir Liste des isotopes
Propriétés RMN
Numéro quantique de spin I γ en rad T −1 s −1_ _ Il  ( 1 H ) f L à B = 4,7 T en MHz 67Zn _ 5/2 1.677 107 0,000118 6.26
consignes de sécurité
Étiquetage SGH des substances dangereuses du  règlement (CE) n° 1272/2008 (CLP) , [11] éventuellement étendu [10] poudre Danger Phrases H et P H :250​‐​260​‐​410 P :222​‐​210​‐​231+232​‐​280​‐​370+378​‐​273 [dix]
Dans la mesure du possible et de la coutume, les unités SI sont utilisées. Sauf indication contraire, les données indiquées s'appliquent dans des conditions standard .

Le zinc est un élément chimique avec le symbole de l'élément Zn et le numéro atomique 30. Le zinc est l'un des métaux de transition , mais y occupe une position particulière car ses propriétés sont plus similaires à celles des métaux alcalino-terreux en raison de la coque fermée en d . Selon la numérotation obsolète, le groupe du zinc est appelé le 2e  sous- groupe (similaire aux métaux alcalino-terreux en tant que 2e  groupe principal ), selon la nomenclature IUPAC actuelle , le zinc forme du mercure avec le cadmiumet le groupe 12, le copernicium , qui n'a d'intérêt qu'en recherche C'est un métal blanc bleuté, cassant , utilisé entre autres pour la galvanisation des pièces en fer et en acier et pour les gouttières. Le zinc est essentiel pour tous les êtres vivants et est un composant d' enzymes importantes . Le nom zinc vient de zince, zind (« dent, entaille »), puisque le zinc se solidifie en une forme dentelée.

histoire

Le zinc était déjà utilisé comme composant d'alliage de laiton dans les temps anciens . Cependant, le zinc n'a été découvert et traité comme métal indépendant qu'au XIVe siècle ^[12] en Inde et le laiton à partir du XVIIe siècle. ^[13] La calamine a été fondue dans la cour de laiton construite à Kassel en 1679 . En 1743, les premières zingueries sont mises en service à Bristol . D'autres sont apparus en Haute-Silésie au 19ème siècle , par ex. B. Georg von Giesche et son successeur à Aix- la-Chapelle- Région liégeoise ainsi qu'en Haute-Saxe et Westphalie . Dans la région de la Ruhr , les premières fonderies ont été construites à Mülheim an der Ruhr en 1845 et à Borbeck (aujourd'hui Essen) en 1847 . Dans la région du nord du Harz , les usines de zinc de Harlingerode à Harlingerode (aujourd'hui Bad Harzburg) étaient les plus grandes fonderies industrielles de zinc en Allemagne de l'Ouest au milieu du XXe siècle .

Se produire

Le zinc est un élément relativement courant sur Terre, trouvé à 0,0076 % (ou 76 ppm ^[6] ) dans la croûte terrestre . Lorsque vous classez les éléments par fréquence, c'est le 24. ^[6] Il est plus courant que le cuivre ou le plomb . Bien que le zinc soit rarement trouvé en tant que tel, il est surtout reconnu comme un minéral . ^[14] Jusqu'à présent, environ 30 localités enregistrées pour le zinc natif sont connues. ^[15]

Le zinc se trouve principalement lié dans les minerais . Les minerais les plus courants et les plus importants pour l'extraction du zinc sont les minerais de sulfure de zinc . Ceux-ci se produisent naturellement sous forme de sphalérite ou de wurtzite et contiennent environ 65% de zinc. Un autre minerai de zinc est la calamine , qui est utilisée pour décrire à la fois la smithsonite (également spath de zinc ) ZnCO ₃ (environ 52 % de zinc) et la willémite Zn ₂ [SiO ₄ ] ^[16] . ^[17] Il existe également des minéraux de zinc plus rares tels que la zincite (également du minerai de zinc rouge) ZnO (environ 73 % de zinc), hémimorphite Zn ₄ (OH) ₂ [Si ₂ O ₇ ] (54 % de zinc), adamine Zn ₂ (AsO ₄ )(OH) (environ 45 % de zinc), minrecordite CaZn[ CO ₃ ] ₂ (environ 29 % de zinc) et franklinite (Zn, Fe, Mn)(Fe ₂ Mn ₂ )O ₄ (16 % de zinc). Un total de plus de 300 minéraux de zinc sont actuellement (en date de 2010) connus. ^[18]

D'importants gisements existent en Amérique du Nord (États-Unis, Canada), en Australie, en République populaire de Chine et au Kazakhstan. Il y avait aussi des gisements de minerai de zinc en Allemagne, par exemple à Brilon , dans la région d'Eschweiler-Stolberg en Rhénanie , à Rammelsberg dans les montagnes du Harz , à Freiberg ou près de Ramsbeck dans le Sauerland . Au-dessus du sol, on peut trouver des plantes rares dans ces régions qui poussent particulièrement bien sur les sols zincifères, comme le violet calamine jaune , du nom de l'ancien nom du minerai de zinc smithsonite ( calamine ).

États les plus financés

Les minerais de zinc sont extraits principalement en République populaire de Chine , en Australie , au Pérou , en Inde , aux États-Unis , au Mexique et au Canada . En Europe , certaines mines de zinc sont encore actives en Irlande , en Pologne , en Finlande , en Bulgarie et en Suède . La production totale de zinc en 2015 était de 13,4 millions de tonnes, avec 14 millions de tonnes supplémentaires provenant du recyclage . ^[19] La société la plus importante pour l'extraction du zinc est la société suissenystar .

Production de minerai de zinc en milliers de tonnes (2017) ^[20]

rang	pays	aide financière	réserves
1	China Volksrepublik les gens de la République de Chine	5 100	41 000
2	Peru Pérou	1 400	28 000
3	Australien Australie	1 000	64 000
4	Vereinigte Staaten États-Unis	730	9 700
5	Mexiko Mexique	680	20 000
6	Kasachstan Kazakhstan	360	13 000
sept	Kanada Canada	340	5 400
8ème	Schweden Suède	260	3 800

acquisition et présentation

Le zinc est principalement obtenu à partir de minerais de sulfure de zinc. Pour les utiliser, ils doivent d'abord être convertis en oxyde de zinc. Cela se fait par torréfaction à l'air. En plus de l'oxyde de zinc, de grandes quantités de dioxyde de soufre sont produites , qui peuvent ensuite être transformées en acide sulfurique .

${\displaystyle \mathrm {2\ ZnS\ +\ 3\ O_{2}\ \longrightarrow 2\ ZnO\ +\ 2\ SO_{2}\uparrow } }$

Si la smithsonite est utilisée comme matière première, cela peut être fait en la brûlant avec élimination du dioxyde de carbone .

${\displaystyle \mathrm {ZnCO_{3}\ \longrightarrow \ ZnO\ +\ CO_{2}\uparrow } }$

Le traitement ultérieur peut être effectué par deux méthodes possibles, la méthode humide et la méthode sèche . Aujourd'hui, seuls 10 % environ du zinc produit dans le monde sont obtenus par voie sèche . ^[21] L'oxyde de zinc est mélangé avec du charbon finement broyé et chauffé à 1100–1300 °C ^[22] dans un haut fourneau (four de fusion impérial) . Dans le processus, le monoxyde de carbone se forme en premier . Cela réduit alors l'oxyde de zinc en zinc métallique. Selon l' équilibre de Boudouard , le monoxyde de carbone se forme à partir du dioxyde de carbone résultant .

${\displaystyle \mathrm {ZnO\ +\ CO\ \longrightarrow \ Zn\uparrow +\ CO_{2}} }$

réduction du zinc

${\displaystyle \mathrm {CO_{2}\ +\ C\ \longrightarrow \ 2\ CO} }$

Balance Boudouard

Comme la température dans le four est supérieure au point d'ébullition du zinc, le zinc s'échappe sous forme de vapeur au sommet du four. Le plomb y est pulvérisé et le zinc se condense.

Le zinc brut qui en résulte contient de grandes quantités d'impuretés, en particulier du plomb, du fer et du cadmium . Le zinc brut peut être encore purifié par distillation fractionnée . Dans une première étape, le produit brut est chauffé de manière à ce que seuls le zinc et le cadmium s'évaporent, tandis que le fer et le plomb restent. Le cadmium et le zinc peuvent être séparés l'un de l'autre par condensation. Le zinc se condense à des températures plus élevées et forme ainsi du zinc fin pur à 99,99 %. Le cadmium est plus volatil et est collecté ailleurs que la poussière de cadmium. Le zinc en poudre fine, appelé poussière de zinc , est un sous-produit de la distillation . ^[23]

Le procédé par voie humide est utilisé lorsque de l'électricité bon marché est disponible. Pour le procédé, l'oxyde de zinc brut est dissous dans de l'acide sulfurique dilué. Les impuretés provenant de métaux plus nobles tels que le cadmium sont précipitées par la poudre de zinc. La solution est ensuite électrolysée à l'aide d' anodes en plomb et de cathodes en aluminium . Comme pour le procédé à sec, du zinc électrolytique pur à 99,99 % est produit à la cathode.

Les caractéristiques

Propriétés physiques

Le zinc est un métal de base blanc bleuâtre assez cassant à température ambiante et au-dessus de 200 °C . Cependant, entre 100 et 200 °C, il est assez ductile et se déforme facilement. Sa cassure est blanc argenté. Le zinc cristallise dans un emballage hexagonal le plus proche . Cependant, celui-ci étant étiré perpendiculairement aux couches sphériques, les distances entre les atomes de zinc diffèrent légèrement (dans une couche 264,4 pm, entre les couches 291,2 pm ^[22] ).

propriétés chimiques

Lorsqu'il est exposé à l'air, le zinc forme une couche protectrice résistante aux intempéries d' oxyde de zinc et de carbonate de zinc (Zn ₅ (OH) ₆ (CO ₃ ) ₂ ). Ainsi, malgré son caractère basique, il est utilisé comme protection contre la corrosion ( galvanisation du fer). Le zinc se dissout dans les acides pour former des sels de zinc(II) et dans les bases pour former des zincates , [Zn(OH) ₄ ] ²⁻ . Une exception est le zinc de très haute pureté (99,999%), qui ne réagit pas avec les acides. Presque sans exception, le zinc est présent dans ses composés à l' état d'oxydation +II .

Chimiquement, le zinc est l'un des métaux de base ( potentiel redox -0,763 volts). Cela peut être utilisé, par exemple, pour séparer élémentairement les métaux nobles de leurs sels par réduction , comme le montre ici l'exemple de la conversion d'un sel de cuivre :

${\displaystyle \mathrm {Cu^{2+}+\ Zn\rightarrow Cu\downarrow +\ Zn^{2+}} }$

Sous forme de poudre, le zinc est un solide auto-inflammable (pyrophorique). A température ambiante, il peut s'échauffer dans l'air sans aucun apport d'énergie et finalement s'enflammer. L'aptitude à s'enflammer dépend, entre autres, beaucoup de la taille des grains et du degré de distribution. Au contact de l'eau, la poudre de zinc dégage des gaz inflammables qui peuvent s'enflammer spontanément. ^[dix]

isotopes

Du zinc, 31 isotopes de ⁵⁴ Zn à ⁸⁵ Zn et onze autres isomères nucléaires sont connus. ^[24] Parmi ceux-ci, cinq, les isotopes ⁶⁴ Zn, ⁶⁶ Zn, ⁶⁷ Zn, ⁶⁸ Zn et ⁷⁰ Zn, sont stables et naturels. Il n'y a pas d'isotopes naturels radioactifs . L'isotope le plus courant est le ⁶⁴ Zn, qui représente 48,63 % du rapport isotopique naturel . Vient ensuite le ⁶⁶ Zn avec 27,90 %, le ⁶⁸ Zn avec 18,75 %, le ⁶⁷ Zn avec 4,10 % et le ^{70 comme isotope naturel le plus rare.}Zn avec une part de 0,62 %. ^[24] L'isotope artificiel le plus stable est l' émetteur bêta et gamma (K/β ⁺ désintégration) ⁶⁵ Zn avec une demi-vie de 244 jours. Celui - ci et l' isomère central ^69m servent de traceurs . ^{Le 67} Zn est le seul isotope naturel détectable par spectroscopie RMN .

→ Liste des isotopes du zinc

utilisation

En 2018, plus de 13,5 millions de tonnes de zinc ont été produites. ^[25] De ce nombre, 47 % ^[25] ont été utilisés pour la protection contre la corrosion des produits sidérurgiques par galvanisation . Selon les quantités consommées, les domaines d'application les plus importants sont ses alliages, de préférence ceux avec du cuivre, comme le laiton , ou avec de l'aluminium, soit sous forme d'alliage AlZn, soit avec une teneur en zinc nettement supérieure à AlZn, qui est utilisé pour les pièces fabriquées en moulage au sable et moulage en moule permanent . Les alliages de magnésium standardisés contiennent également jusqu'à 5 % de zinc. Les alliages de zinc fin normalisés sont beaucoup plus importants, qui sont principalement coulés dans le processus de moulage sous pression, mais aussi dans le sable et le moule permanent. Les alliages de zinc sont également transformés en matériaux laminés tels que des tôles de zinc.

protection contre la corrosion

Le zinc a longtemps été utilisé comme agent anticorrosion (antirouille) pour les pièces en acier et en fer en les galvanisant , c'est-à-dire en les galvanisant. H recouvert d'une couche métallique de zinc. Le zinc protège activement et passivement contre la corrosion, i. Cela signifie que d'une part, il forme une barrière et, d'autre part, qu'il protège également les surfaces de fer adjacentes exposées et les défauts de couche de la corrosion en agissant comme une anode sacrificielle .

La galvanisation peut se faire de différentes manières. Les méthodes sont la galvanisation à chaud , la galvanisation galvanique , les revêtements mécaniques , la galvanisation par pulvérisation et les revêtements de zinc lamellaire . Ils diffèrent par la manière dont la couche de zinc est appliquée, l'épaisseur et donc la durabilité.

La méthode de galvanisation la plus ancienne est la galvanisation à chaud discontinue (galvanisation par lots). Les composants en acier prétraités et préfabriqués (par exemple, les balustrades de balcon) sont immergés dans un bain de zinc liquide. Dans les années 1930, la galvanisation à chaud continue (galvanisation en bande) a été utilisée pour la première fois comme variante de procédé, dans laquelle des bandes en acier sont galvanisées en tant que produits semi-finis dans un processus continu et ensuite seulement transformées. La galvanisation discontinue crée des couches de zinc généralement comprises entre 50 et 150 μm et protège contre la corrosion pendant des décennies, selon les conditions atmosphériques. Les tôles galvanisées en bandes ont une épaisseur de couche de zinc très fine comprise entre 7 et 25 µm et n'atteignent donc que des durées de protection nettement plus courtes.^[26]

Dans le procédé galvanique, la couche de zinc est appliquée électrolytiquement . Pour ce faire, la pièce est plongée dans une solution acide ou basique d'un sel de zinc avec un morceau de zinc pur. Une tension continue est ensuite appliquée, la pièce formant la cathode et le morceau de zinc formant l' anode . Le zinc se forme sur la pièce par réduction des ions zinc. En même temps, le zinc pur de l'anode est oxydé et l'anode se dissout dans le processus. Une couche de zinc dense se forme, qui est en pratique de 2,5 à 25 μm ^[26].et est donc nettement plus faible qu'en galvanisation à chaud discontinue. Théoriquement, la couche de zinc pourrait également être amenée à l'épaisseur d'une couche galvanisée à chaud dans le procédé galvanique. Cependant, cela ne serait plus économique en raison de la durée (env. 0,5 µm en une minute) et des coûts énergétiques.

Dans la galvanisation par pulvérisation, le zinc est fondu puis pulvérisé sur la pièce à l'aide d'air comprimé. La charge thermique est plus faible qu'avec la galvanisation à chaud. Cela peut être important pour les matériaux sensibles. Si le zinc est appliqué mécaniquement sur la pièce, on parle de placage . Un processus utilisé pour galvaniser de petites pièces, telles que des vis, est la shérardisation . La couche de zinc est formée par la diffusion du zinc dans le fer de la pièce. ^[27] Une autre manière possible d'appliquer des couches de zinc sont les sprays de zinc.

Le zinc est utilisé comme anode sacrificielle pour protéger les grandes pièces en acier. L'objet à protéger est relié de manière conductrice au zinc. Une cellule galvanique est créée avec du zinc comme anode et l'objet comme cathode. Étant donné que le zinc de base est préférentiellement oxydé et se dissout lentement dans le processus, la pièce en acier reste inchangée. Tant que le zinc est présent, la pièce d'acier est protégée de la corrosion.

Les pigments blancs et de couleur à base de composés de zinc ont également une fonction de protection contre la corrosion. Les composés de zinc font également partie des agents de phosphatation ( phosphatation ), qui permettent en premier lieu des procédés tels que le collage de tôles.

zinc dans les piles

Le zinc métallique est l'un des matériaux les plus importants pour les électrodes négatives ( anodes ) dans les batteries non rechargeables et est utilisé à l'échelle industrielle. Des exemples sont les piles alcalines au manganèse , les piles zinc-carbone , les piles zinc-air , les piles argent-oxyde-zinc et les piles mercure-oxyde-zinc . Le zinc a également été utilisé comme anode dans de nombreuses cellules galvaniques historiques . Ceux-ci incluent la pile voltaïque , l' élément Daniell et l' élément Bunsen . Dans une moindre mesure, le zinc est également utilisé pour les électrodes négativesAccumulateurs (piles rechargeables) utilisés.

La raison du large éventail d'utilisations du zinc dans les batteries réside dans la combinaison de propriétés physiques et électrochimiques avec une bonne compatibilité environnementale et un coût relativement faible. Le zinc est un bon agent réducteur avec une capacité théorique élevée (0,82 Ah/g). En raison du faible potentiel standard d'environ -0,76 V ou -1,25 V dans un milieu alcalin, des tensions de cellule relativement élevées peuvent être atteintes. De plus, le zinc a une bonne conductivité électrique et est suffisamment stable dans les solutions électrolytiques aqueuses.

Dans le passé, le zinc amalgamé avec une teneur en mercure allant jusqu'à 9 % était utilisé pour réduire la corrosion du zinc dans la batterie et pour améliorer les propriétés électrochimiques . Pour des raisons environnementales, cette pratique a été presque totalement abandonnée, du moins dans les pays industrialisés. En 2006, la poudre de zinc amalgamée n'est utilisée que dans les piles bouton zinc-air et oxyde d'argent-zinc .

L'anode des batteries zinc-carbone se présente sous la forme d'une coupelle en zinc. Les gobelets sont fabriqués à partir de tôle de zinc par emboutissage multi-étapes ou par filage par impact de disques ronds ou hexagonaux en tôle de zinc épaisse ( appelés calottes ) . Le zinc utilisé à cette fin contient de petites quantités de cadmium , de plomb et/ou de manganèse pour améliorer la formabilité et inhiber la corrosion. Dans les piles alcalines au manganèse, la poudre de zinc est utilisée comme matière active dans l'anode. Il est généralement produit en atomisant du zinc fondu dans un jet d'air. Pour inhiber la corrosion, de petites quantités d'autres métaux sont ajoutées au zinc, par ex. B. plomb, bismuth , indium , aluminium et calcium .

Tôle de zinc dans la construction

Les produits de zinc importants sont également des produits semi-finis , principalement sous la forme de feuilles d'alliage zinc/titane zinc. La tôle de zinc-titane est utilisée comme matériau de construction. Le zinc-titane est utilisé presque exclusivement aujourd'huiest utilisé, qui est plus résistant à la corrosion, moins cassant et donc mécaniquement beaucoup plus résistant que le zinc non allié ou la tôle de zinc courante jusque dans les années 1960 et produite selon le procédé dit de laminage par paquets. La tôle de zinc-titane solide laminée est principalement utilisée pour les toitures, comme revêtement de façade, pour le drainage des toits (gouttières, tuyaux de descente), pour les couvertures, par ex. B. de corniches ou appuis de fenêtres extérieurs ou pour raccordements et noues. Il dure jusqu'à 100 ans et n'a pas besoin d'être entretenu ou réparé pendant cette période s'il a été traité de manière professionnelle. Le traitement est effectué par le métier de la plomberie.

La tôle de zinc ne doit pas être confondue avec la tôle d'acier galvanisée à chaud, souvent appelée à tort tôle de zinc ou fer blanc.

La tôle d'alliage de zinc est fournie en bobines ou en feuilles. Pour la toiture, on utilise souvent des tôles ( socs ) qui mesurent entre 40 et 60 centimètres de large et peuvent mesurer jusqu'à 16 mètres de long. L'épaisseur du matériau varie, mais est généralement de 0,7 millimètre. La connexion des pièces individuelles en tôle se fait généralement avec de petits éléments par soudure, avec une couverture principalement par double pliage (double couverture à joint debout). En raison de la dilatation thermique du zinc allié de 22·10 ⁻⁶ /K, les liaisons et raccordements des profilés en zinc doivent permettre les mouvements de matière.

Les architectes modernes réalisent des idées extravagantes avec du zinc-titane. Par exemple, Daniel Libeskind a Par exemple, le Musée juif de Berlin ou la Villa Libeskind à Datteln ont reçu une façade en zinc de construction. Zaha Haddid a choisi le matériau pour le Musée des transports de Glasgow, qui montre de manière impressionnante les propriétés de déformation du matériau.

zinc moulé sous pression

Le moulage sous pression du zinc est le nom commun des pièces en alliages fins de zinc moulé qui sont fabriquées à l'aide du procédé de moulage sous pression . Ces alliages offrent des valeurs de coulée bien meilleures que ce qui est possible lors de la coulée de zinc pur. Les alliages sont standardisés. L'alliage GD ZnAl4Cu1 (Z 410) est largement utilisé. Le moulage sous pression du zinc permet - comme tout procédé de moulage sous pression - la production de grandes quantités. Les pièces moulées se caractérisent par une grande précision dimensionnelle, ont de très bonnes valeurs mécaniques et sont bien adaptées aux traitements de surface tels que le nickelage ou le chromage . La gamme d'applications comprend les accessoires automobiles et ceux de la construction de machines et d'appareils, ainsi que les ferruresde toutes sortes, des pièces pour l'industrie sanitaire, pour les équipements de précision et l'électrotechnique, pour les jouets métalliques et de nombreux articles ménagers.

monnaie

Étant donné que le zinc est relativement bon marché en tant que métal pour pièces de monnaie, il a été utilisé en cas de besoin, plus récemment au cours des deux guerres mondiales, sous la forme d'alliages de zinc pour frapper des pièces de monnaie, mais a partagé cette utilisation en tant que soi-disant "métal de guerre" avec pièces de monnaie en alliage d'aluminium. Depuis 1982, le noyau du cent américain (penny) est également composé de zinc.

analytique

La poudre de zinc analytiquement pure est utilisée comme étalon primaire selon la pharmacopée pour l'ajustement des solutions étalons d' EDTA .

Chimie organique

Le zinc sert à diverses fins dans la synthèse organique. Il agit comme un agent réducteur et en tant que tel peut être activé de différentes manières. ^[28] Un exemple est la réduction Clemmensen de composés carbonylés avec du zinc amalgamé . De plus, les alcools allyliques peuvent être réduits en alcènes ^[29] , les acyloïnes en cétones . ^[30] La réduction du groupement nitro aromatique peut conduire à différents produits selon les conditions de réaction : arylamine, arylhydroxylamine ^[31] , azoarène^[32] , N, N'- Diarylhydrazine.

Dans le domaine organométallique , les organyles du zinc offrent des avantages de sélectivité par rapport aux composés de Grignard , car ils sont généralement moins réactifs et tolèrent plus de groupements fonctionnels, circonstance dont se sert la réaction de Reformatzki ^[33] . Les organyles peuvent être préparés directement ou par transmétallation . En présence d' auxiliaires complexants asymétriquement , dont les quantités catalytiques sont parfois suffisantes, une addition stéréosélective est possible. L'effet de l'amplification de la chiralité a été observé. ^[28]

Enfin et surtout, l' élimination des halogènes ^{[34] [35]} et la déshalogénation ^[36] sont possibles. La réaction de Simmons-Smith ^[37] est l'une des méthodes de préparation les moins courantes. La revue Organic Synthesis répertorie un certain nombre de synthèses dans lesquelles le zinc élémentaire sert de réactif. ^[38]

production d'hydrogène

Le zinc est utilisé dans le procédé dit Solzinc pour produire de l'hydrogène . Dans une première étape, l'oxyde de zinc est décomposé thermiquement en zinc et en oxygène à l'aide de l'énergie solaire, et dans une deuxième étape, le zinc ainsi obtenu est mis à réagir avec de l'eau pour former de l'oxyde de zinc et de l'hydrogène.

Importance biologique

Le zinc est un oligo-élément pour les humains, ^[39] les animaux, ^[40] les plantes , ^[41] et les micro -organismes . ^[42]

effet sur le corps

Le zinc est l'un des oligo-éléments indispensables ( essentiels ) pour le métabolisme . C'est un composant d'un grand nombre d' enzymes , telles que l'ARN polymérase et l'anhydrase carbonique . Le zinc remplit de nombreuses fonctions différentes dans le corps. Il joue un rôle clé dans le métabolisme des sucres , des graisses et des protéines et participe à la construction du matériel génétique et à la croissance cellulaire . Le système immunitaire et de nombreuses hormones ont besoin de zinc pour fonctionner. ^[43]Le zinc atténue les réactions de défense excessives (c'est-à-dire inappropriées, dommageables pour l'organisme) du système immunitaire. ^[44] Le zinc fait également partie des protéines à doigt de zinc , qui sont d'importants facteurs de transcription . Dans le sang, le zinc est majoritairement lié à l'albumine . ^[45]

Dose journalière recommandée

Selon l' Organisation mondiale de la santé , l'apport journalier recommandé en zinc en 1996 était de 15 mg pour les hommes adultes, 12 mg pour les femmes, 10 mg pour les enfants prépubères et 5 mg pour les nourrissons. ^[46] Parce que le corps peut absorber moins de zinc que prévu - seulement 30 % peuvent être absorbés - la Société allemande de nutrition recommande un apport en zinc de 14 mg par jour pour les hommes adultes et de 8 mg par jour pour les femmes adultes (apport moyen en phytates, donc absorption modérée du zinc). ^{[47] [48]} Le phytate dans les aliments inhibe l'absorption du zinc dans le corps. ^[48]Les femmes enceintes ont un besoin accru : au premier trimestre c'est 9 mg de zinc par jour, à partir du 4ème mois c'est 11 mg de zinc par jour. Cela culmine à une valeur quotidienne de 13 mg de zinc chez les mères qui allaitent. ^[48] ​​​​Au Royaume-Uni, l'apport alimentaire quotidien en zinc pour les femmes et 9,5 mg de zinc pour les hommes doit être de 7 mg, mais l'apport en zinc ne doit pas dépasser 25 mg par jour. ^[49]

Le niveau d'apport supérieur tolérable recommandé par l'Autorité européenne de sécurité des aliments (UL) est de 25 mg de zinc par jour ^[50] , le Comité permanent sur l'évaluation scientifique des apports nutritionnels de référence du Food and Nutrition Board, Institute of Medicine, National Academy of Sciences , considère 40 mg/jour comme l'UL pour les adultes. ^{[51] [52]} L' Institut fédéral d'évaluation des risques voit une quantité maximale de zinc dans les compléments alimentaires (NEM) à 6,5 mg et recommande d'éviter l'apport quotidien d'autres NEM contenant du zinc dans les NEM contenant plus de 3,5 mg de zinc. ^[53]En outre, il considère également 25 mg/jour comme UL. ^[53]

Une prise de plus de 100 mg par jour est déconseillée, à partir de 200 mg des symptômes tels que nausées, vomissements, diarrhée ou maux de tête, léthargie ou irritabilité peuvent survenir. ^{[49] [54]} Chez l'homme, l'apport de zinc à partir d'environ 2 g conduit à des symptômes aigus d'empoisonnement. ^[55] Une augmentation soutenue de l'apport en zinc (50 à 150 mg/jour) peut par ex. entraîner une carence en cuivre ^[49] et des troubles de la formation du sang. ^[56]

Les préparations de zinc ne doivent être prises qu'en cas de carence en zinc (voir ci-dessous) et de besoin accru en zinc (par exemple après une intervention chirurgicale, un traumatisme ou des brûlures). ^{[57] [58]}

Si le zinc est ingéré à fortes doses, par ex. Si, par exemple, des vapeurs de zinc sont inhalées lors de l'oxycoupage d'acier galvanisé, ce que l'on appelle la « fièvre du zinc » se produit. La personne empoisonnée développe des symptômes pseudo-grippaux avec des accès de fièvre parfois sévères. Les symptômes disparaissent généralement après 1 à 2 jours.

la fourniture

On estime que deux milliards de personnes dans le monde souffrent d'une carence en zinc et que cette carence est responsable de la mort d'un million d'enfants chaque année. ^[45]

Aux États-Unis, la plupart des nourrissons, des enfants et des adultes consomment suffisamment de zinc. Il existe des indications isolées que l'apport est plus faible chez les personnes âgées. ^[59]

Selon l'étude nationale de consommation II, l'apport médian en zinc en Allemagne est supérieur à la valeur de référence dans tous les groupes d'âge. 32% des hommes et 21% des femmes sont en dessous des apports journaliers recommandés. ^[60]

défaut

Si l'apport en zinc est inférieur à la valeur de référence, cela n'équivaut pas à une carence, mais augmente le risque de carence. ^[61]

Une carence en zinc entraîne un hypofonctionnement des gonades , des troubles de la croissance et une anémie . Un faible taux de zinc se manifeste souvent par une fonction immunitaire réduite, une perte de cheveux, une peau sèche et des ongles cassants. ^[62] Une carence en zinc peut entraîner l'infertilité masculine. ^[63] "S'il y a un manque de zinc, il y a [...] un sens de l'odorat et du goût réduit." ^[64] Une carence en zinc est souvent causée par un niveau élevé de cuivre (par exemple, en buvant beaucoup d'eau potable de réseaux domestiques de canalisations en cuivre), le zinc et le cuivre étant antagonistes . ^[65] Il en va de même pour le fer, par exemple. B. par une alimentation très riche en fer ou par la prise de médicaments contenant du fer. ^[66] L'absorption du zinc (comme d'autres ions métalliques) de l'intestin est également réduite par les aliments contenant de l'acide phytique . ^[67]

Les dermatoses réactives au zinc surviennent chez les chiens domestiques .

zinc dans les plantes

Les espèces Calluna , Erica et Vaccinium peuvent pousser dans des sols riches en zinc car l'absorption d'ions zinc en excès par les mycorhizes est réduite. ^[68] Les carences en zinc dans le sol comptent parmi les carences en oligo-éléments les plus courantes dans les plantes agricoles et sont plus fréquentes dans les sols à pH élevé . ^[69] Les sols agricoles pauvres en zinc se trouvent pour moitié en Turquie et en Inde, pour un tiers en Chine et dans une grande partie de l'Australie occidentale. ^[41]Les plantes carencées en zinc sont plus sensibles aux maladies des plantes. Le zinc est présent dans les sols principalement en tant que produit d'altération des roches, mais également d'origine humaine, comme la production de combustibles fossiles , les résidus miniers, les engrais phosphatés , les pesticides tels que le phosphure de zinc , le calcaire, le fumier, les sédiments d'égouts et la corrosion des métaux galvanisés. L'excès de zinc est toxique pour les plantes, bien que cela soit moins courant. ^[41]

Teneur en zinc dans les aliments

Les aliments suivants sont de bonnes sources de zinc :

• Viandes rouges
• Fromage
• Son d' avoine et flocons d'avoine
• graines de tournesol
• graines de citrouille
• germe de blé (blé)
• noix et noix de pécan
• champignons et levures
• lentilles
• fruits de mer et coquillages

Il existe également des aliments qui contiennent beaucoup de zinc, mais la biodisponibilité du zinc est plus faible car le phytate réduit l'absorption. Les méthodes de préparation telles que le trempage, la germination ou la fermentation au levain peuvent décomposer le phytate et augmenter la biodisponibilité. Par conséquent, la Société allemande de nutrition déclare que les régimes à haute teneur en phytates ont un besoin accru en zinc. Bien que les produits à grains entiers et les légumineuses contiennent beaucoup de phytates, leur teneur en zinc est également élevée, de sorte que leur consommation n'entraîne pas de carence en zinc. ^[70]

Table pour aliments avec ^{[71] [72]}

beaucoup de zinc	pour 100g	beaucoup de zinc	pour 100g	quantité moyenne de zinc	pour 100g	petit zinc	pour 100g
Huîtres	7.0-160.0mg	Noix du Brésil	4,0 mg	Millet	3,4 mg	Poulet	1,0 mg
foie (veau, porc, boeuf)	jusqu'à 6,3 mg (porc)	agneau	2,3-6,0 mg	pain croustillant	3,1 mg	Poisson	0,4-1,1 mg
farine de soja	5,7 mg	lentilles (séchées)	3,7 mg	pâtes (non cuites)	3,1 mg	des légumes	0,2-1,0 mg
Emmental 30% ou 45% FiTr.	4,6 mg	graines de soja (séchées)	0,7-4,2 mg	noyer	2,7 mg	yaourt	0,3-0,5 mg
gruau	4,0-4,5 mg	Maïs	2,5-3,5 mg	Biscuits complets	2,7 mg	Pomme de terre	0,4-0,6 mg
Fromage au beurre , Tilsiter , Gouda , Edam	3,5-4,0 mg	cacahuètes (grillées)	3,0-3,5 mg	Camembert	2,7 mg	lait entier	0,4 mg
bœuf	3,0-4,4 mg	pain de blé mélangé	3,5 mg	haricots (blancs)	2,6 mg	fruit	0,1-0,5 mg

Le zinc comme remède

Les onguents contenant du zinc sont utilisés dans la cicatrisation des plaies et les éruptions cutanées ( eczéma ). ^[73] Des exemples de sels de zinc pharmaceutiquement utilisés sont l'acétate de zinc, l' acexamate de zinc , le chlorure de zinc , le gluconate de zinc , l'oxyde de zinc , le stéarate de zinc , le sulfate de zinc, l' undécylénate de zinc . ^[74]

Le zinc affecte le métabolisme des cellules intestinales de telle manière que moins de cuivre est absorbé. Les sels de zinc ( p . , le système nerveux central et d'autres organes.

Une méta-étude souvent citée par l'Indian Institute of Medical Education and Research, qui visait à prouver que le zinc a un effet atténuant sur le rhume et raccourcit la durée de la maladie, avait des défauts si graves qu'elle a été retirée par la Collaboration Cochrane . ^[75] Une méta-étude de 2021 fournit des preuves que le zinc peut prévenir les symptômes d'infection respiratoire et réduire la durée de la maladie. Cependant, il existe de grandes incertitudes quant à l'efficacité des différentes formulations et dosages, et les études disponibles diffèrent également de manière significative en termes de qualité, de portée et de conception. ^[76] Cependant, des études plus anciennes n'ont pas pu prouver un effet positif.^{[77] [78]}

En 2004, l'Organisation mondiale de la santé (OMS) et le Fonds des Nations Unies pour l'enfance (UNICEF) ont publié une déclaration sur le traitement de la diarrhée aiguë (diarrhée ) recommandant le traitement concomitant de zinc et de solution de réhydratation orale (SRO) . ^[79] Une méta-analyse de la Cochrane Collaboration a également révélé un effet positif du zinc dans le traitement de la diarrhée chez les enfants, limité aux enfants de plus de six ans et provenant de régions présentant une carence potentielle en zinc. ^[80]

consignes de sécurité

Le zinc irrite les muqueuses des yeux et de la peau. Lorsqu'il est inhalé, il irrite les muqueuses, ce qui peut entraîner sécheresse et grattage du nez et de la gorge, toux et irritation de la gorge. Cependant, aucun effet aigu grave du zinc n'est connu. ^[81]

Lorsque vous travaillez avec du zinc fondu ou que vous chauffez (par exemple, le soudage) des matériaux contenant du zinc, de la vapeur de zinc peut se former, qui se transforme immédiatement en vapeurs d'oxyde de zinc. L'inhalation peut causer la fièvre des fondeurs . Il est donc important d'assurer une bonne ventilation et une protection respiratoire. ^{[82] [81]}

preuve

Une détection simple du zinc est basée sur le chauffage d'un échantillon avec quelques gouttes d'une solution diluée d'un sel de cobalt sur un canal de magnésie dans un bec Bunsen. Si du zinc est présent, le soi-disant vert de Rinman peut être vu après un court laps de temps.

La détermination quantitative peut être effectuée par complexométrie avec une solution standard d' EDTA . Les différentes méthodes de polarographie peuvent être utilisées pour déterminer des traces . L' AAS à four graphite est utilisée dans la gamme ultra-trace . Le zinc étant un élément relativement volatil, les modificateurs de matrice tels que le palladium et le nitrate de magnésium sont importants car ils augmentent la température de pyrolyse potentielle . Alternativement, la voltamétrie inverse ou l'ICP-MS sont des méthodes instrumentales extrêmement sensibles.

liens

oxydes

L'oxyde de zinc forme des cristaux hexagonaux incolores . Il est utilisé comme pigment , dans les peintures , le caoutchouc , le papier de photocopie et les produits chimiques . D'autres utilisations se trouvent dans les revêtements de sol , les verres , les émaux , les tissus , les plastiques , les lubrifiants , la fabrication de rayonne et les médicaments. ^[83]

halogénures

Le chlorure de zinc est blanc et très hygroscopique . Il est utilisé dans les flux de brasage et de soudage , la protection contre les incendies, comme agent de préservation du bois , comme agent de gravure , dans la fabrication de papier parchemin , de rayonne , de charbon actif , de colle à eau froide, de ciment et de balles de golf, comme électrolyte dans les piles sèches. , comme inhibiteur de corrosion dans le traitement des eaux , comme agent de vulcanisation du caoutchoucet utilisé à de nombreuses autres fins.

Le fluorure de zinc a une structure cristalline rutile dans le groupe d'espace P 4 ₂ / mnm ( groupe d'espace n° 136) . ^[84] Il est utilisé dans la fluoration des composés organiques , dans la fabrication des luminophores , dans la conservation du bois, dans les bains de galvanoplastie , dans la galvanisation de l' acier , dans la fabrication des céramiques , dans les médicaments, et dans les glaçures et les émaux pour porcelaine . ^[83] Vorlage:Raumgruppe/136

Autres composés inorganiques

Le sulfure de zinc se présente naturellement sous forme de sphalérite (blende de zinc) et de wurtzite . Il est utilisé comme pigment pour les peintures , les toiles cirées , le linoléum , le cuir et les gommes, dans le verre blanc et opaque , les plastiques , les fongicides , comme semi- conducteur , photoconducteur pour les cellules solaires , comme luminophore dans les écrans de télévision et à rayons X, et dans les cadrans d'horloge.

Le sulfate de zinc est utilisé comme réactif en chimie analytique , pour blanchir le papier, dans la fabrication de la rayonne , comme ignifuge , dans les engrais et comme complément alimentaire .

Le carbonate de zinc est utilisé comme charge réfractaire pour les compositions de caoutchouc et de plastique , comme additif alimentaire , comme pigment , dans les cosmétiques et dans la fabrication de sels de zinc, de porcelaine , de céramique et de caoutchouc.

Le cyanure de zinc est toxique et nocif pour l'environnement. Il est utilisé dans le placage , la fabrication d' insecticides , la galvanoplastie , l'élimination de l'ammoniac du gaz de production, l'extraction de l'or , comme réactif chimique , en médecine et dans l'analyse chimique . ^[83]

composés organiques

L'acétate de zinc est un solide incolore et est utilisé dans la préservation du bois , comme mordant dans la teinture , comme additif alimentaire , comme additif alimentaire , comme composant d' adhésifs , comme glaçure pour porcelaine et comme réactif dans les tests d' albumine , tanin et phosphate . ^[83]

Le stéarate de zinc est le sel de zinc de l'acide stéarique et fait partie des savons métalliques . Il se compose d'un ion zinc et de deux ions stéarate à longue chaîne .

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liens web

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