Nguyên tố hóa học Kẽm

Nguyên tố hóa học Kẽm
30

đồng (nguyên tố) ← kẽm → gali

[[ |]]
↑
Zn
↓
Cd
Bảng đầy đủ

Tổng quát

Tên, Ký hiệu, Số

kẽm, Zn, 30

Phân loại

kim loại chuyển tiếp

Nhóm, Chu kỳ, Khối

12, 4, d

Khối lượng riêng, Độ cứng 7140 kg/m³, 2,5


Bề ngồi

kim loại màu xám nhạt ánh lam

Tính chất ngun tử

Khối lượng nguyên tử

65,409 đ.v.C

Bán kính nguyên tử (calc.) 135 (142) pm

Bán kính cộng hố trị

131 pm

Bán kính van der Waals

139 pm

Cấu hình electron

[Ar]3d104s2

e- trên mức năng lượng

2, 8, 18, 2

Trạng thái ơxi hóa (Ơxít)

2 (lưỡng tính)

Cấu trúc tinh thể

hình lập phương


Tính chất vật lý

Trạng thái vật chất

Rắn

Điểm nóng chảy

692,68 K (787,15 °F)

Điểm sôi

1.180 K (1.665 °F)

Trạng thái trật tự từ

nghịch từ

Thể tích phân tử

9,16 ×10-6 m³/mol

Nhiệt bay hơi

115,3 kJ/mol

Nhiệt nóng chảy

7,322 kJ/mol

Áp suất hơi

192,2 Pa tại 692,73 K

Vận tốc âm thanh

3.700 m/s tại 293,15 K

Thông tin khác


Độ âm điện

1,65 (thang Pauling)

Nhiệt dung riêng

390 J/(kg·K)

Độ dẫn điện

1,695x107 /Ω·m

Độ dẫn nhiệt

116 W/(m·K)

Năng lượng ion hóa

1. 906,4 kJ/mol
2. 1.733,3 kJ/mol
3. 3.833 kJ/mol
4. 5.731 kJ/mol
5. 7.970 kJ/mol
6. 10.400 kJ/mol
7. 12.900 kJ/mol
8. 16.800 kJ/mol
9. 19.600 kJ/mol
10. 23.000 kJ/mol
11. 26.400 kJ/mol


12. 29.990 kJ/mol
13. 40.490 kJ/mol
14. 43.800 kJ/mol
15. 47.300 kJ/mol
16. 52.300 kJ/mol
17. 55.900 kJ/mol
18. 59.700 kJ/mol
19. 67.300 kJ/mol
20. 71.200 kJ/mol
21. 179.100 kJ/mol

Chất đồng vị ổn định nhất

iso

TN

Zn64 48,6%

t½

DM

DP

Ổn định có 34 nơtron

ε
Zn65 tổng hợp

DE MeV

244,26 ngày

-

Cu65


γ

Zn66 27,9%

Ổn định có 36 nơtron

Zn67 4,1%

Ổn định có 37 nơtron

Zn68 18,8%

Ổn định có 38 nơtron

Zn69 tổng hợp

56,4 phút

Zn70 0,6%

Ổn định có 40 nơtron

β-

1,1155

-

0,906

Ga69

Đơn vị SI và STP được dùng trừ khi có ghi chú.

Kẽm là một nguyên tố kim loại; nó được kí hiệu là Zn và số hiệu hóa học là 30.
Nó là ngun tơ đầu tiên trong nhóm 12 của bảng tuần hồn ngun tố. Kẽm, về
một phương diện nào đó, có tính chất hióa học giống với magiê, vì ion của chúng
có kích thước giống nhau và có trạng thái oxi hóa thơng thường duy nhất là +2.
Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất và có 5 đồng vị bền.
Quặng kẽm được khai thác nhiều nhất là là Sphalerit, một sulfua kẽm. Những mỏ
khai thác lớn nhất nằm ở Úc, Canada, Hoa Kì. Sản xuất kẽm bao gồm tuyển nổi
quặng, nung, và cuối cùng là tác bằng dịng điện.
Thuộc tính


Kẽm là một kim loại hoạt động trung bình có thể kết hợp với ơxy và các á kim
khác, có phản ứng với axít lỗng để giải phóng hiđrơ. Trạng thái ơxi hóa phổ biến
của kẽm là +2.
Ứng dụng
Kẽm là kim loại được sử dụng phổ biến hàng thứ tư sau sắt, nhơm, đồng tính theo
lượng sản xuất hàng năm.


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



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



Kẽm được sử dụng trong dập khuôn, đặc biệt là trong công nghiệp ô tơ.



Kẽm dạng cuộn được sử dụng để làm vỏ pin.



Ơxít kẽm được sử dụng như chất liệu có màu trắng trong màu nước và sơn
cũng như chất hoạt hóa trong cơng nghiệp ơ tơ. Sử dụng trong thuốc mỡ, nó
có khả năng chống cháy nắng cho các khu vực da trần. Sử dụng như lớp bột
mỏng trong các khu vực ẩm ướt của cơ thể (bộ phận sinh dục) của trẻ em để
chống hăm.



Clorua kẽm được sử dụng làm chất khử mùi và bảo quản gỗ.



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



Methyl kẽm (Zn(CH3)2) được sử dụng trong một số phản ứng tổng hợp chất
hữu cơ.




Stearat kẽm được sử dụng làm chất độn trong sản xuất chất dẻo (plastic) từ
dầu mỏ.



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



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



Gluconat glycin kẽm trong các viên nang hình thoi có tác dụng chống cảm.

Lịch sử

Các mảnh kẽm
Hợp kim của kẽm đã được sử dụng hàng thế kỷ, chẳng hạn đồng thanh có niên đại
1000-1400 TCN đã được tìm thấy ở Palestin và các đồ vật bằng kẽm có hàm lượng
kẽm 87% đã được tìm thấy ở Transylvania tiền sử. Vì nhiệt độ bay hơi thấp và
hoạt động hóa học mạnh nên bản chất tự nhiên của kẽm không được hiểu rõ trong
thời cổ đại (kẽm phân lập khi nung chảy có xu hướng bay hơi lên hơn là bị giữ
lại).

Việc sản xuất đồ đồng thanh đã được người La Mã biết đến vào khoảng năm 30
TCN, họ sử dụng công nghệ nấu calamin với đồng trong các nồi nấu. Lượng ơxít
kẽm giảm xuống và kẽm tự do bị đồng giữ lại, tạo ra hợp kim là đồng thanh. Đồng
thanh sau đó được đúc hay rèn thành các chủng loại đồ vật.
Việc nấu chảy và phân lập kẽm nguyên chất đã được những người Ấn Độ và
người Trung Quốc thực hiện sớm nhất vào thế kỷ 10. Cuối thế kỷ 14, người Hindu
đã biết đến sự tồn tại của kẽm như một kim loại khác với bảy kim loại đã biết
trước đó. Ở phương Tây, sự phát hiện ra kẽm nguyên chất được gắn với tên tuổi
của người Đức Andreas Marggraf vào năm 1746, mặc dù toàn bộ lịch sử của việc
này cịn nhiều điều đáng nói.
Các miêu tả về sản xuất đồng thanh được tìm thấy trong các ghi chép của Albertus
Magnus, khoảng năm 1248, và vào thế kỷ 16, người ta đã biết đến một kim loại
mới một cách rộng rãi. Georg Agricola đã quan sát vào năm 1546, và phát hiện ra
rằng một kim loại màu trắng có thể ngưng tụ và đập vụn ra từ vách các lò nấu kim
loại khi các loại quặng kẽm được nung chảy. Ông đã bổ sung trong các ghi chép
của mình rằng một chất giống như kim loại gọi là "zincum" đã được sản xuất ở
Silesia. Paracelsus (mất năm 1541) đã là người đầu tiên ở phương Tây nói rằng
"zincum" là một kim loại mới và nó có các thuộc tính hóa học khác với các kim
loại đã biết trước đó.
Kết quả là kẽm đã được biết đến trong thời gian Marggraf làm các thực nghiệm
của mình và trên thực tế nó đã được phân lập hai năm trước đó bởi một nhà hóa
học khác là Anton von Swab. Tuy nhiên, các báo cáo của Marggraf là tồn diện và
có phương pháp và chất lượng của các nghiên cứu của ông đã làm cho hình ảnh
của ông như là người phát hiện ra kẽm.
Trước khi phát minh ra công nghệ tách kẽm từ sulfua kẽm thì calamin là nguồn
khống chất duy nhất của kẽm kim loại.


Vai trò sinh học

Những thức ăn chứa nhiều Kẽm
Kẽm là nguyên tố cần thiết để duy trì sự sống của con người và động vật. Sự thiếu
hụt kẽm để lại những hiệu ứng rõ nét trong việc tăng trọng của động vật. Kẽm tìm
thấy trong insulin, các prơtêin chứa kẽm và các enzym như superơxít dismutas.
Theo một số nguồn thì việc sử dụng các loại thuốc chứa kẽm có thể đem lại sự
miễn dịch đối với cảm lạnh hay cúm, mặc dù điều này còn gây tranh cãi.
Thị giác, vị giác, khứu giác và trí nhớ có liên quan đến kẽm và sự thiếu hụt kẽm có
thể gây ra sự hoạt động khơng bình thường của các cơ quan này.
Các nguồn thức ăn tự nhiên giàu kẽm bao gồm: sò huyết, các loại thịt màu đỏ và
thịt gia cầm, đậu, các loại quả có nhân, ngũ cốc nguyên vẹn, hạt bí hay hạt hướng
dương.


Ở đàn ông, kẽm rất quan trọng trong việc sản xuất tinh dịch. Tới 5 mg kẽm bị mất
đi trong q trình xuất tinh. Thiếu hụt kẽm ở đàn ơng có thể dẫn tới giảm lượng
tinh trùng và tần xuất tình dục. Sự xuất tinh thường xun có thể dẫn tới thiếu hụt
kẽm.
Sự phổ biến
Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 23 trong vỏ Trái Đất. Các loại khoáng chất nặng
nhất có xu hướng chứa khoảng 10% sắt và 40-50% kẽm. Các loại khoáng chất để
tách kẽm chủ yếu là sphalerit, blenđơ, smithsonit, calamin, franklinit.
Sản xuất kẽm
Các mỏ kẽm có khắp trên thế giới, với những nhà sản xuất lớn nhất là Úc, Canada,
Trung Quốc, Peru và Mỹ. Các mỏ ở châu Âu bao gồm Vieille Montagne ở Bỉ và
Zinkgruvan ở Thụy Điển. Kẽm kim loại được sản xuất bằng cơng nghiệp khai
khống. Sulfua kẽm (khống chất sphalerit) được cơ bằng phương pháp tách đãi
bọt và sau đó được làm tinh thành kẽm bằng nhiệt luyện kim. Xử lý ơxít kẽm có ít
ứng dụng hơn, nhưng khống chất có chất lượng cao được sử dụng một cách có
hiệu quả để sản xuất kẽm từ ơxít kẽm hay cacbonat kẽm bằng thủy luyện kim.

Hợp chất

Sphalerite (ZnS)


Ơ xít kẽm có lẽ là hợp chất được sử dụng rộng rãi nhất của kẽm, do nó tạo ra nền
trắng tốt cho chất liệu màu trắng trong sản xuất sơn. Nó cũng có ứng dụng trong
cơng nghiệp cao su, và nó được bán như là chất chống nắng mờ. Các loại hợp chất
khác cũng có ứng dụng trong cơng nghiệp, chẳng hạn như clorua kẽm (chất khử
mùi), sulfua kẽm (lân quang), methyl kẽm trong các phịng thí nghiệm về chất hữu
cơ. Khoảng một phần tư của sản lượng kẽm sản xuất hàng năm được tiêu thụ dưới
dạng các hợp chất của nó.
Đồng vị
Kẽm trong tự nhiên là hỗn hợp của 4 đồng vị ổn định Zn64, Zn66, Zn67, and Zn68
với đồng vị 64 là phổ biến nhất (48,6% trong tự nhiên). 22 đồng vị phóng xạ được
viết đến với phổ biến hay ổn định nhất là Zn65 với chu kỳ bán rã 244,26 ngày, và
Zn72 với chu kỳ bán rã 46,5 giờ. Các đồng vị phóng xạ khác có chu kỳ bán rã nhỏ
hơn 14 giờ và phần lớn có chu kỳ bán rã nhỏ hơn 1 giây. Nguyên tố này cũng có 4
trạng thái đồng phân nguyên tử.
Cảnh báo
Kẽm kim loại khơng bị coi là độc, nhưng có những tình huống gọi là sự run kẽm
hay ớn lạnh kẽm sinh ra do hít phải các dạng bột ơxít kẽm nguyên chất. Việc thu
nạp quá nhiều kẽm của cơ thể có thể sinh ra sự thiếu hụt của các khoáng chất khác
trong dinh dưỡng.