WĘGLAN CYNKU (ZNCO3): BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2025

Węglan cynku jest nieorganiczny związek zawierający elementy cynku (Zn), węgla (C), tlenu (O). Jego wzór chemiczny to ZnCO ₃ . Cynk ma stopień utlenienia +2, węgiel +4 i tlen -2.

Jest to bezbarwne lub białe ciało stałe występujące w naturze, tworzące mineralny smithsonit, w którym może występować samodzielnie lub z innymi pierwiastkami, takimi jak kobalt lub miedź, które nadają mu odpowiednio fioletowy lub zielony kolor.

Smithsonit, minerał ZnCO ₃ . Rob Lavinsky, iRocks.com - CC-BY-SA-3.0 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0). Źródło: Wikimedia Commons.

ZnCO ₃ jest prawie nierozpuszczalny w wodzie, ale łatwo rozpuszcza się w rozcieńczonych kwasach, ponieważ jon węglanowy w środowisku kwaśnym tworzy kwas węglowy (H ₂ CO ₃ ), który następnie zamienia się w gaz CO ₂ i wodę.

Jest stosowany jako środek antyseptyczny na rany zwierząt i czasami jest dostarczany w diecie w celu zapobiegania chorobom spowodowanym niedoborem cynku.

Służy do opóźniania spalania niektórych włókien, tworzyw sztucznych i gumy w kontakcie z ogniem. Pozwala bezpiecznie oddzielić toksyczne minerały arsenu od innych skał.

Był stosowany w pastach do odbudowy zębiny na zębach poddawanych wybielaniu.

Struktura

ZnCO ₃ składa się z kationu Zn ²⁺ i anionu CO ₃ ^2- . Węgiel w jonie węglanowym ma stopień utlenienia +4. Jon ten ma płaską strukturę z trzema atomami tlenu otaczającymi atom węgla.

Struktura chemiczna węglanu cynku. Nieznany autor / domena publiczna. Źródło: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

• Węglan cynku
• Monowęglan cynku
• Sól cynkowa kwasu węglowego
• Smithsonite
• Cynkowy dźwigar

Nieruchomości

Stan fizyczny

Bezbarwne lub białe krystaliczne ciało stałe. Kryształy rombowe.

Węglan cynku. Ondřej Mangl / Public domain. Źródło: Wikimedia Commons.

Waga molekularna

125,4 g / mol

Temperatura topnienia

W 140 ºC rozkłada się bez topienia.

Gęstość

4,398 g / cm ³ w 20 ° C.

Rozpuszczalność

Praktycznie nierozpuszczalny w wodzie: 0.000091 g / 100 g H ₂ O w temperaturze 20 ° C Rozpuszczalny w rozcieńczonych kwasach, zasadach i roztworach soli amonowej. Nierozpuszczalny w amoniaku, alkoholu i acetonie.

Właściwości chemiczne

Reaguje z kwasami tworząc dwutlenek węgla:

ZnCO ₃ + 2 H ⁺ → Zn ²⁺ + H ₂ O + CO ₂ ↑

Rozpuszcza się w zasadach tworząc wodorotlenek, który częściowo rozpuszcza się tworząc jon cynkanowy:

ZnCO ₃ + 2 OH ^- → Zn (OH) ₂ + CO ₃ ^2-

Zn (OH) ₂ + H ₂ O + OH ^- → ^-

Nie jest łatwopalny. Po podgrzaniu do rozkładu wytwarza tlenek cynku i dwutlenek węgla, ale może nawet wydzielać tlenek węgla (CO).

ZnCO ₃ + ciepło → ZnO + CO ₂ ↑

Otrzymywanie

Uzyskuje się go poprzez zmielenie mineralnego smithsonitu, zwanego dawniej dźwigarem cynkowym.

Można go również przygotować przez zmieszanie roztworu węglanu sodu z solą cynku, taką jak siarczan cynku. Siarczan sodu pozostaje rozpuszczony, a węglan cynku wytrąca się:

ZnSO ₄ + Na ₂ CO ₃ → ZnCO ₃ ↓ + Na ₂ SO ₄

Aplikacje

W zabiegach medycznych

Związek ten umożliwia uzyskanie niektórych produktów farmaceutycznych. Nakłada się na stan zapalny skóry w postaci proszku lub balsamu.

W zastosowaniach weterynaryjnych

ZnCO ₃ działa ściągająco, antyseptycznie i miejscowo do ochrony ran u zwierząt.

Pomaga również zapobiegać chorobom wywołanym niedoborem cynku, dlatego jest stosowany jako uzupełnienie diety niektórych zwierząt pod warunkiem, że podawane ilości mieszczą się w normach ustalonych przez agencje zdrowia.

Czasami podaje się węglan cynku jako mikroelement, aby zapobiec chorobom u świń. Nieznany autor / CC0. Źródło: Wikimedia Commons.

W ogniskach parakeratozy u świń jest dodawany do ich diety. Ta choroba to zmiana skóry, w której warstwa rogowa nie jest prawidłowo utworzona.

Jako środek zmniejszający palność

Stosowany jest jako ognioodporny wypełniacz do gum i tworzyw sztucznych narażonych na działanie wysokich temperatur. Chroni włókna tekstylne przed ogniem.

W przypadku tekstyliów bawełnianych nakłada się go na tkaninę wraz z pewną ilością alkaliów. To bezpośrednio atakuje pierwszorzędowe grupy hydroksylowe (–CH ₂ OH) celulozy i przekształca je w celulozę sodową (–CH ₂ ONa).

Zrywanie wiązań celulozowych przez alkalia sprzyja większej przenikalności łańcuchów o zwartej strukturze celulozowej, tak że więcej ZnCO ₃ jest w stanie przedostać się do strefy amorficznej tego składnika i ułatwione jest jego rozproszenie.

Niektóre tkaniny bawełniane mogą zawierać ZnCO ₃ we włóknach, aby były ognioodporne. Socken_farbig.jpeg: Scott Bauer pochodna: Socky / Public domain. Źródło: Wikimedia Commons.

W rezultacie zmniejsza się ilość palnego gazu, który mógłby powstać w wyniku pożaru.

W zabiegach stomatologicznych

Niektóre pasty do zębów na bazie nanokryształów węglanu cynku i hydroksyapatytu stosowane regularnie na zęby zmniejszają nadwrażliwość skuteczniej niż te na bazie fluoru.

Nanokryształy ZnCO ₃ i hydroksyapatytu mają wielkość, kształt, skład chemiczny i krystaliczność zbliżoną do zębiny, dzięki czemu kanaliki zębinowe można zamknąć stosując te materiały.

Nanocząsteczki ₃ -hydroksyapatytu ZnCO zostały z powodzeniem przetestowane w celu zmniejszenia wrażliwości wybielonych zębów. Autor: Photo Mix. Źródło: Pixabay.

Ten rodzaj pasty okazał się przydatny po procesach wybielania zębów.

Aby oddzielić niebezpieczne minerały od arsenu

Przebadano metody wydzielania minerałów arsenu ze skał siarczkowych (takich jak galena, chalkopiryt i piryt) przy użyciu ZnCO ₃ . Minerał bogaty w arsen należy oddzielić od innych, ponieważ pierwiastek ten jest bardzo toksycznym i trującym zanieczyszczeniem dla istot żywych.

Aby to osiągnąć, mieszaninę zmielonych skał traktuje się roztworem siarczanu cynku i węglanu sodu o pH 7,5-9,0 i związkiem ksantogenowym.

Arsenopyrite. Ten minerał należy oddzielić od innych, ponieważ zawiera toksyczny arsen. Oddzielenie można osiągnąć za pomocą węglanu cynku. James St. John / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0). Źródło: Wikimedia Commons.

Skuteczność formuły przypisuje się tworzeniu się małych cząstek ZnCO ₃ na powierzchni arsenopirytu, dzięki czemu jest hydrofilowy (podobnie jak woda), dzięki czemu nie może przywierać do pęcherzyków powietrza i nie może unosić się, wytrącać i separować innych minerałów.

W otrzymywaniu innych związków cynku

Węglan cynku został użyty do otrzymania hydrofobowych nanostruktur boranu cynku o wzorze 3ZnO • 3B ₂ O ₃ • 3,5H ₂ O. Materiał ten może być stosowany jako dodatek zmniejszający palność w polimerach, drewnie i tekstyliach.

W odzyskiwaniu cynku ze ścieków odpadowych

Wody syntetyczne bogate w jony cynku odrzucane w procesie elektroosadzania można uzdatniać za pomocą technologii złoża fluidalnego z wykorzystaniem węglanu sodu do wytrącania ZnCO ₃ .

Gdy Zn ²⁺ wytrąca się w postaci węglanu, jego stężenie spada, otrzymane ciało stałe jest filtrowane, a wody można bezpiecznie usunąć. Wytrącony ZnCO ₃ ma wysoką czystość.

Inne aplikacje

Pozwala na przygotowanie innych związków cynku. Znajduje zastosowanie w kosmetykach. Służy jako pigment i jest używany do produkcji porcelany, ceramiki i ceramiki.

Ryzyka

Wdychanie pyłu ZnCO ₃ może powodować suchość w gardle, kaszel, dyskomfort w klatce piersiowej, gorączkę i pocenie się. Jego spożycie powoduje nudności i wymioty.

Skutki dla środowiska

Głównym zagrożeniem jest jego wpływ na środowisko, dlatego należy unikać jego rozprzestrzeniania się w nim. Jest bardzo toksyczny dla organizmów wodnych, czego konsekwencje utrzymują się w żywych organizmach.

Bibliografia

1. Amerykańska Narodowa Biblioteka Medyczna. (2019). Węglan cynku. Odzyskany z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
2. Lide, DR (redaktor) (2003). Podręcznik chemii i fizyki CRC. 85 ^th CRC Press.
3. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.
4. Sharma, V. i in. (2018). Synteza nanigłówek węglanu cynku, potencjalnego środka zmniejszającego palność tekstyliów bawełnianych. Cellulose 25, 6191-6205 (2018). Odzyskany z link.springer.com.
5. Guan, Y. i in. (2020). Koloidalny ZnCO3 jako silny depresant arsenopirytu w słabo alkalicznej miazdze i mechanizm interakcji. Minerały 2020, 10, 315. Odzyskane z mdpi.com.
6. Choroby skóry, oczu, spojówek i ucha zewnętrznego. (2017). W medycynie weterynaryjnej (wydanie jedenaste). Odzyskany z sciencedirect.com.
7. Hannig, M. i Hannig, C. (2013). Nanobiomateriały w stomatologii zachowawczej. W Nanobiomaterials in Clinical Dentistry. Rozdział 8. Odzyskany z sciencedirect.com.
8. Tugrul, N. i in. (2015). Synteza hydrofobowych nanostruktur boranu cynku z węglanu cynku oraz charakterystyka produktu. Res Chem Intermed (2015) 41: 4395-4403. Odzyskany z link.springer.com.
9. de Luna, MDG i in. (2020). Odzysk granulatu cynku ze ścieków z syntetycznej galwanizacji metodą jednorodnej krystalizacji w złożu fluidalnym. Int. J. Environ. Sci. Technol. 17, 129-142 (2020). Odzyskany z link.springer.com.