Zinc: Un tratado completo

Zinc: Un tratado completo

Por Jesús Castro García-Melero

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Índice

Propiedades fisicas y quimicas

Historia del material

Proceso de obtención

Aplicaciones principales

Tipos de aleaciones y caracteristicas

1. Historia del Material

1.1 Descubrimiento

El zinc, un metal del cual sus raíces se remontan al Imperio romano A.C. No obstante se encuentran rastros iniciales en la región de Transilvania. El químico alemán Andreas Marggraf realizó el aislamiento del zinc por primera vez en 1746, marcando el comienzo de su exploración más profunda.

Andreas Marggraf, un químico alemán del siglo XVIII, es conocido por sus contribuciones a la química, entre las cuales destaca su investigación sobre los elementos y compuestos químicos. Esta le llevó a importantes descubrimientos, incluido el aislamiento del zinc.

1.1 Descubrimiento

El primer aislamiento del zinc ocurrió en 1746. En ese momento, el zinc se extraía principalmente como un subproducto durante la producción de cobre y plomo, y se utilizaba en pequeñas cantidades en la fabricación de aleaciones. Obtención de materiales: Marggraf obtuvo una muestra de calamina, que es un mineral que contiene carbonato de zinc. Calcinación de la calamina: Este paso tenía como objetivo eliminar los componentes volátiles y dejar el óxido de zinc. Reducción con carbón: Posteriormente, mezcló el óxido de zinc obtenido con carbón vegetal. Luego, sometió esta mezcla a un proceso de reducción en un horno. El carbono actuó como agente reductor, reaccionando con el óxido de zinc para producir zinc metálico y dióxido de carbono. Obtención del zinc metálico: El zinc metálico se condensó y se recogió como un producto puro.

1.2 Usos en la Antigüedad

En la antigüedad, el zinc encontró su utilidad en forma de aleaciones, especialmente el latón (mezcla de zinc y cobre). Los romanos, en particular, utilizaron el latón para acuñar monedas, fabricar utensilios y crear objetos decorativos debido a su notable resistencia a la corrosión. Además, diversas culturas antiguas integraron compuestos de zinc en la medicina y la cosmética.

2. Propiedades Físicas y Químicas del Zinc

2.1 Propiedades Físicas

Punto de Fusión: 419.5°C, una temperatura que facilita su manipulación y procesamiento. Densidad: 7.13 g/cm³, proporcionando resistencia estructural sin comprometer la ligereza. Brillo Metálico Distintivo: Contribuye a su atractivo visual y a su uso en aplicaciones decorativas. Estado físico: El zinc es un metal sólido a temperatura ambiente. Color: Tiene un color blanco azulado o plateado brillante. Densidad: La densidad del zinc es de aproximadamente 7.14 gramos por centímetro cúbico, lo que lo convierte en un metal relativamente denso. Punto de ebullición: El punto de ebullición del zinc es de aproximadamente 907 grados Celsius (1665 grados Fahrenheit). Conductividad térmica: El zinc tiene una conductividad térmica moderada. Conductividad eléctrica: Es un buen conductor eléctrico, pero no tan eficiente como metales como el cobre o la plata.

2.1 Propiedades Físicas

Maleabilidad y ductilidad: El zinc es maleable y dúctil, lo que significa que se puede laminar en láminas delgadas o estirarse en hilos finos sin romperse. Estructura cristalina: El zinc tiene una estructura cristalina hexagonal compacta a temperaturas normales, pero su estructura puede cambiar a cúbica centrada en las caras a temperaturas superiores a 1665 K (1392 °C). Magnetismo: El zinc no es magnético en condiciones normales. Solubilidad: Es prácticamente insoluble en agua, pero se disuelve en ácidos, liberando iones de zinc.

2.2 Propiedades Químicas

Reacción con Oxígeno: El zinc forma una capa de óxido en su superficie, proporcionando resistencia a la corrosión. Esta se denomina óxido de zinc. Reactividad Moderada: Es menos reactivo que otros materiales. Agente Reductor: Actúa como agente reductor en procesos químicos. Reactividad química: El zinc es un metal activo, pero es menos reactivo que metales como el sodio o el potasio. No reacciona con el oxígeno en condiciones normales, formando una capa delgada de óxido de zinc en la superficie que protege al metal de una mayor oxidación. Reacción con ácidos: El zinc reacciona con ácidos para formar sales de zinc e hidrógeno gaseoso. La reacción típica es con ácido clorhídrico: Zn+2HCl→ZnCl2+H2 Reacción con bases: Reacciona con soluciones alcalinas, liberando gas hidrógeno y formando sales de zinc. La reacción más común es con hidróxido de sodio. Reacción con halógenos: Puede reaccionar con halógenos, como el cloro y el bromo, para formar compuestos de zinc haluros, como el cloruro de zinc (ZnCl₂) y el bromuro de zinc (ZnBr₂). Formación de aleaciones: El zinc es comúnmente utilizado en aleaciones, siendo una de las más conocidas el latón, que es una aleación de zinc y cobre. Reducción: Puede ser reducido a través de procesos metalúrgicos, como la reducción del óxido de zinc con carbón, para obtener zinc metálico.

3. Proceso de Obtención del Zinc

La obtención del zinc se realiza principalmente a partir de minerales de zinc, siendo la calamina (carbonato de zinc) y la esfalerita (sulfuro de zinc) las fuentes más comunes.

Extracción del mineral:Calamina (ZnCO₃): Se extrae el mineral de calamina de yacimientos minerales. Esfalerita (ZnS): La esfalerita es otra fuente importante de zinc y se extrae de minas subterráneas.

Concentración del mineral:El mineral extraído se somete a procesos de trituración y molienda para reducir el tamaño de las partículas. Se utiliza la flotación diferencial para separar los minerales de zinc de otros minerales presentes en la mena.

Tostado:En el caso de la esfalerita, el mineral se somete a un proceso de tostado para convertir el sulfuro de zinc en óxido de zinc. Este se compone de las siguientes fases: Preparación del mineral Tostado en horno de reverbero Recolección y procesamiento del óxido de zinc

3. Proceso de Obtención del Zinc

Obtención de óxido de zinc:En el caso de la esfalerita, el óxido de zinc obtenido se procesa para eliminar impurezas y obtener un producto más puro.

Reducción del óxido de zinc:El óxido de zinc se reduce utilizando carbono (carbón coque) en un horno de reducción. La reacción química es: ZnO+C→Zn+CO Este proceso libera zinc metálico y monóxido de carbono.

3. Proceso de Obtención del Zinc

Obtención del zinc metálico: El zinc metálico se condensa y se recoge como un producto puro.

Refinación: El zinc obtenido puede someterse a procesos adicionales de refinación para eliminar impurezas residuales.

4. Tipos de Aleaciones y Características

4.1 Latón (Cu-Zn)

Composición: Aleación de zinc y cobre. Características: Buena resistencia a la corrosión, maleabilidad excepcional y diversas aplicaciones en la fabricación de instrumentos musicales, grifos y objetos decorativos.

4.2 Galvanizado (Zinc recubierto de acero)

Proceso: Preparación del acero: El acero se somete a un proceso de limpieza para eliminar impurezas como suciedad, aceites y posiblemente óxidos superficiales. Inmersión en zinc fundido: El acero preparado se sumerge en un baño de zinc fundido, que se mantiene a una temperatura elevada. Este baño puede contener aleaciones de zinc para mejorar ciertas propiedades del recubrimiento. Reacción química y formación de la capa de zinc: Cuando el acero entra en contacto con el zinc fundido, se produce una reacción química. El zinc se adhiere a la superficie del acero y forma una capa de aleación de zinc y acero. Por ultimo se deja reposar la pieza para que el acero se adiera al zinc.

4.3 Zamak (Zn-Al-Mg-Cu)

Composición: Fundición: Se calientan los metales en un horno de fundición a temperaturas elevadas hasta que se encuentran en estado líquido. Mezcla de aleación: Se mezclan las proporciones adecuadas de zinc, aluminio, magnesio y cobre para lograr la composición deseada de la aleación Zamak. Homogeneización: La mezcla se homogeniza mediante agitación para garantizar una distribución uniforme de los elementos en la aleación. Colado: La aleación líquida se vierte en moldes para dar forma a las piezas deseadas. Esto se puede hacer mediante procesos de colado a presión, inyección, o mediante otros métodos dependiendo de la aplicación específica. Enfriamiento y solidificación: La aleación se enfría y solidifica en la forma del molde, adquiriendo así la geometría deseada. Extracción de las piezas:Una vez que la aleación se ha enfriado y solidificado, las piezas se extraen de los moldes. Acabado: Se pueden realizar procesos adicionales para darle a las piezas el acabado deseado, como pulido, recubrimiento superficial u otros tratamientos. Características: Alta resistencia, excelente fundibilidad, utilizado en piezas de fundición para aplicaciones automotrices y electrónicas.

5. Aplicaciones Principales

5.1 Aplicaciones del Zinc

Protección Anticorrosiva: Ampliamente utilizado en la industria de la construcción para recubrir estructuras de acero. Industria de Pilas y Baterías: Esencial en celdas galvánicas para generar energía. Farmacéutica y Cosmética: Presente en medicamentos y productos de belleza debido a sus propiedades antimicrobianas y antioxidantes.

5.2 Aplicaciones de las Aleaciones de Zinc

: Componentes de Maquinaria: Debido a su combinación de resistencia y maleabilidad, se utiliza en la fabricación de piezas mecánicas. Elementos Decorativos: Utilizados en arquitectura y diseño de interiores para elementos ornamentales y revestimientos.