Zinco - (Zn)

Eletrodisposição

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• O zinco (do alemão Zink) é um elemento químico de símbolo Zn, número atômico 30 (30 prótons e 30 elétrons) com massa atômica 65,4 uma. À temperatura ambiente, o zinco encontra-se no estado sólido. Está situado no grupo 12 (2 B) da Classificação Periódica dos Elementos.

As ligas metálicas de zinco têm sido utilizadas durante séculos - peças de latão datadas de 1000-1400 a.C. foram encontrados na Palestina , e outros objetos com até 87% de zinco foram achados na antiga região da Transilvânia. 

• A principal aplicação do zinco - cerca de 50% do consumo anual - é na galvanização do aço ou ferro para protegê-los da corrosão, isto é, o zinco é utilizado como metal de sacrifício (tornando-se o ânodo de uma célula, ou seja, somente ele se oxidará). Ele também pode ser usado em protetores solares, em forma de óxido, pois tem a capacidade de barrar a radiação solar. 

O zinco é um elemento químico essencial para a vida: intervém no metabolismo de proteínas e ácidos nucleicos, estimula a atividade de mais de 100 enzimas, colabora no bom funcionamento do sistema imunológico, é necessário para cicatrização dos ferimentos, intervém nas percepções do sabor e olfato e na síntese do ADN. Foi descoberto pelo alemão Andreas Sigismund Marggraf em 1746.

Características principais:

• O zinco é um metal, às vezes classificado como metal de transição ainda que estritamente não seja, apresenta semelhanças com o magnésio e o berílio além dos metais do seu grupo. Este elemento é pouco abundante na crosta terrestre, porém pode ser obtido com facilidade.

É um metal de coloração branca azulada que arde no ar com chama verde azulada. O ar seco não o ataca, porém, na presença de umidade, forma uma capa superficial de óxido ou carbonato básico que isola o metal e o protege da corrosão. 

• Praticamente o único estado de oxidação que apresenta é 2+. Reage com ácidos não oxidantes passando para o estado de oxidação 2+ e liberando hidrogênio, e pode dissolver-se em bases e ácido acético.

O metal apresenta uma grande resistência à deformação plástica a frio que diminui com o aquecimento, obrigando a laminá-lo acima dos 100 °C. 

• O zinco é empregado na fabricação de ligas metálicas como o latão e o bronze, além de ser utilizado na produção de telhas e calhas residenciais. O zinco é, ainda, utilizado como metal de sacrifício para preservar o ferro da corrosão em algumas estruturas, na produção de pilhas secas e como pigmento em tinta de coloração branca.

O zinco é um elemento químico essencial para o corpo humano: intervém no metabolismo de proteínas e ácidos nucleicos, estimula a atividade de mais de 100 enzimas, colabora no bom funcionamento do sistema imunológico, é necessário para cicatrização dos ferimentos, nas percepções do sabor e olfato e na síntese do DNA. O metal é encontrado na insulina, nas proteínas dedo de zinco (zinc finger) e em diversas enzimas como a superóxido dismutase. 

• O zinco é encontrado em diversos alimentos como nas ostras, carnes vermelhas, aves, alguns pescados, mariscos, favas e nozes. A ingestão diária recomendada de zinco é em torno de 10 mg, menor para bebês, crianças e adolescentes (devido ao menor peso corporal), e algo maior para as mulheres grávidas e durante o aleitamento.

A deficiência de zinco pode produzir retardamento no crescimento, perda de cabelo, diarreias, impotência sexual e imaturidade sexual nos adolescentes, apatia, cansaço e depressão, lesões oculares e de pele, inclusive acne, unhas quebradiças, amnésia, perda de apetite, perda de peso e problemas de crescimento, aumento do tempo de cicatrização de ferimentos e anomalias no sentido do olfato. 

• As causas que podem provocar uma deficiência de zinco são a insuficiente quantidade na dieta alimentar e a dificuldade na absorção do mineral que pode ocorrer em casos de alcoolismo, quando é eliminado pela urina ou, ainda, devido à excessiva eliminação por causa de desordens digestivas. 

O excesso de zinco tem-se associado com baixos níveis de cobre, alterações na função do ferro, diminuição da função imunológica e dos níveis de colesterol bom.

• É um dado adquirido que o zinco desempenha um papel vital no desenvolvimento animal. Uma dieta rica em zinco diminui o risco de hemorragias e melhora a cicatrização das feridas. Na agricultura, o zinco é usado como suplemento nutritivo para promover o crescimento das plantas. Embora o elemento não seja considerado tóxico, existem certos sais de zinco cuja ingestão provoca náuseas e diarreia. A inalação de óxido de zinco pode provocar lesões nos pulmões e, de um modo geral, em todo o sistema respiratório. 

História:

• As ligas metálicas de zinco foram utilizadas durante séculos - peças de latão datadas de 1000-1400 a.C. foram encontrados na Palestina, e outros objetos com até 87% de zinco foram achados na antiga região da Transilvânia - devido ao seu baixo ponto de fusão e reatividade química o metal tende a evaporar-se, motivo pelo qual a verdadeira natureza do zinco não foi compreendida pelos antigos.

Se sabe que a fabricação do latão era conhecida pelos romanos desde 30 a.C. Plinio e Dioscórides descrevem a obtenção de aurichalcum (latão) pelo aquecimento num cadinho de uma mistura de cadmia (calamina) com cobre. O latão obtido é posteriormente fundido ou forjado para fabricar objetos. 

• A fusão e extração de zinco impuro já era efetuada no ano 1.000 na Índia - na obra Rasarnava (c. 1200) de autor desconhecido o procedimento foi descrito - e posteriormente na China. Em 1597 Andreas Libavius descreve uma peculiar classe de estanho que havia sido preparada na Índia que tinha recebido em pequenas quantidades através de um amigo; deduziu que se tratava do zinco mesmo não chegando a reconhecê-lo como o metal procedente da calamina.

No ocidente, em 1248, Alberto Magno descreve a fabricação do latão na Europa. No século XVI já se conhecia a existência do metal. Agrícola observou em 1546 que formava-se um metal branco prateado condensado nas paredes dos fornos nos quais se fundiam minerais de zinco, adicionando em sua notas que um metal similar denominado zincum era produzido na Silésia. 

• Paracelso foi o primeiro a sugerir que o zincum era um novo metal e que suas propriedades diferiam dos metais conhecidos, sem dar nenhuma indicação sobre a sua origem; nos escritos de Basílio Valentino são encontrados também menções sobre o zincum. Em tratados posteriores são frequentes as referências ao zinco, com diferentes nomes, se referindo geralmente ao mineral e não ao metal livre, e muitas vezes confundido com o bismuto. 

Johann Kunkel em 1677 e pouco mais tarde Stahl em 1702 indicam que ao preparar o latão com o cobre e a calamina, esta última se reduz previamente em zinco livre, que foi isolado posteriormente pelo químico Anton von Swab em 1742 e por Andreas Marggraf em 1746, cujo exaustivo e metódico trabalho Sobre o método de extração do zinco de um mineral verdadeiro, a calamina sedimentou a metalurgia do zinco e sua reputação como descobridor do metal.

• Em 1743 foi fundado em Bristol o primeiro estabelecimento para a fundição do metal em escala industrial, porém, o procedimento ficou em segredo. Setenta anos depois Daniel Dony desenvolveu um procedimento industrial para a extração do metal, construindo-se a primeira fábrica no continente Europeu. Após o desenvolvimento da técnica de flotação do sulfeto de zinco se desprezou a calamina como fonte principal de obtenção do zinco. O método de flotação, atualmente, é empregado para a obtenção de vários metais. 

Em 1800, Alessandro Volta inventou a pilha de Volta. A unidade básica da pilha de Volta era uma célula simplificada galvânica, que era feita de uma placa de cobre e uma placa de zinco ligadas uns aos outros externamente e separados por um eletrólito. Estes foram empilhadas em série para fazer a célula voltaica, que por sua vez produziu eletricidade, orientando os elétrons do zinco para o cobre e permitindo que o zinco a corroer.

Abundância e obtenção:

• O zinco é o 23º elemento mais abundante na crosta terrestre. As jazidas mais ricas contém cerca de 10% de ferro e entre 40% e 50% de zinco. Os minerais dos quais se extrai o zinco são a esfalerita(sulfetos), smithsonita (carbonato), hemimorfita (silicato) e franklinita (óxido).

As reservas mundiais cuja exploração é economicamente viável ultrapassa a casa dos 220 milhões de toneladas, a maior parte nos Estados Unidos , Austrália, China e Cazaquistão. As reservas mundiais (incluindo aquelas cuja extração atualmente não é viável) são estimadas em 2000 milhões de toneladas. 

• A produção mundial foi em 2003, segundo dados da Agência de Prospecção Geológica dos Estados Unidos (US Geological Survey) de 8,5 milhões de toneladas, liderada pela China com 20% e Austrália com 19%. Estima-se que um terço do zinco consumido é reciclado.

A produção do zinco começa com a extração do mineral que pode ser realizada tanto a céu aberto como em jazidas subterrâneas. Os minerais extraídos são triturados e, posteriormente, submetidos a um processo denominado flotação para a obtenção do mineral concentrado. 

• Os minerais com altos teores de ferro são tratados por via seca. O concentrado é queimado (calcinação) para transformar o sulfeto em óxido, que recebe a denominação de calcina. O óxido obtido é reduzido com carbono produzindo o metal (o agente redutor na prática é o monóxido de carbono formado).

As reações por etapas são: Por via úmida o minério é calcinado (queimado) para a obtenção do óxido, posteriormente lixiviado com ácido sulfúrico diluído. A lixívia obtida é purificada para a separação dos diferentes componentes, principalmente o sulfato de zinco. 

• O sulfato é submetido a um processo de eletrólise com ânodo de chumbo e cátodo de alumínio, sobre o qual se deposita o zinco, formando placas de alguns milímetros. O zinco obtido é fundido e lingotado para sua comercialização. 

Como subprodutos, diferentes metais são obtidos, como mercúrio, cádmio, ouro, prata, cobre e chumbo, em função da composição dos minerais. O dióxido de enxofre obtido na calcinação é usado para produzir o ácido sulfúrico utilizado na lixiviação. O excedente é comercializado. Os tipos de zinco obtidos se classificam segundo a norma ASTM em função da sua pureza: 

• SHG, Special High Grade (99,99%) 
• HG, High Grade (99,90%) 
• PWG Prime Western Grade (98%) 

A norma EN 1179 considera cinco níveis (Z1 a Z5) com teores de zinco entre 99,995% e 98,5%, existindo normas equivalentes no Japão e Austrália. Para harmonizar todas as normas a ISO publicou em 2004 a norma ISO 752 regulando a classificação e requisitos necessários em relação ao zinco.

Ligas metálicas:

• As ligas metálicas mais empregadas são as de alumínio (3,5-4,5%, Zamak; 11-13%, Zn-Al-Cu-Mg; 22%, Prestal , liga que apresenta superplasticidade) e cobre (aproximadamente 1%) que melhora as características mecânicas do zinco e sua aptidão ao molde.

É componente minoritário em diversas ligas, principalmente de cobre como latões (3 a 45% de zinco), alpacas (Cu-Ni-Zn) e bronzes ( u-Sn ) de molde.

Compostos:

• O óxido de zinco é o mais conhecido e utilizado industrialmente, especialmente como base de pigmentos brancos para pintura, também na indústria de borracha e em protetores solares. Outros compostos importantes são o cloreto de zinco (desodorantes) e sulfeto de zinco (pinturas luminescentes). A quarta parte, aproximadamente, do zinco consumido é na forma de compostos.

Aplicações:

A principal aplicação do zinco metálico é a produção de ligas ou a galvanização de estruturas de aço. 

• Uma das ligas mais importantes de zinco é o bronze, que consiste na mistura deste elemento com o cobre. Este processo consiste na eletrodeposição de uma fina película de zinco sobre as peças que devem ser protegidas. O zinco pode também ser um aditivo para borrachas e tintas.

O principal composto do zinco é o óxido (ZnO), utilizado nas indústrias de cerâmica, de borrachas e na fabricação de tintas. O sulfato de zinco (ZnSO4) tem aplicação na indústria têxtil e no enriquecimento de solos. O cloreto de zinco é usado para preservar madeiras. 

Isótopos:

• O zinco existente na natureza é formado por quatro isótopos estáveis, Zinco-64 (48,6%), Zinco-66, Zinco-67, e Zinco-68. Se tem caracterizado 22 radioisótopos sendo os mais estáveis Zinco-65 e Zinco-72 com meia-vida de 244,26 dias e 46,5 horas, respectivamente. 

Os demais isótopos radiativos apresentam meias-vidas menores que 14 horas, e a maioria menores que um segundo. O zinco tem quatro estados metaestáveis.

Criação:

• O zinco é muito grande e pesado para se formar nas estrelas por meio do processo de fusão nuclear do silício. A forma estável de zinco é criada em supernovas por meio do processo r.

Precauções:

• Embora o zinco seja um requisito essencial para uma boa saúde, o excesso dele pode ser prejudicial. Absorção excessiva de zinco suprime a absorção de cobre e de ferro. O zinco metálico não é considerado tóxico, porém alguns de seus compostos, como o óxido e o sulfeto, são nocivos.

Na década de 40 observou-se que na superfície do aço galvanizado formava-se com o tempo pelos de zinco (zinc whiskers) que liberados ao ambiente provocavam curtos-circuitos e falhas em componentes eletrônicos. Estes pelos se formam após um período de incubação que pode durar dias ou anos, e crescem num ritmo da ordem de 1 mm por ano. 

Envenenamento:

• Em 1982, a United States Mint começou a cunhar moedas de um centavo revestido de cobre, mas feitas principalmente de zinco. Com as moedas de zinco novo, há o potencial para a intoxicação por zinco, que pode ser fatal.

 Um caso relatado da ingestão crônica de 425 moedas de um centavo (mais de 1 kg de zinco) resultou em morte por sepse bacteriana e fúngica gastrointestinal, enquanto outro paciente, que ingeriu 12 gramas de zinco, só mostrou letargia e ataxia (falta grave de coordenação dos movimentos dos músculos). Vários outros casos foram relatados de seres humanos que sofreram intoxicação pela ingestão de moedas de zinco.

• Tostões e outras moedas de pequeno porte são, por vezes, ingeridos por cães, resultando na necessidade de tratamento médico para remover o corpo estranho. O teor de zinco de algumas moedas podem causar intoxicação por zinco, que é comumente fatal em cães, pois causa uma anemia hemolítica grave, e também causa danos no fígado ou nos rins. Vômitos e diarréia são sintomas possíveis. O zinco é altamente tóxico em papagaios e o envenenamento por muitas vezes pode ser fatal. 

Metal Galvanizado