AZOTAN CYNKU: BUDOWA, WŁAŚCIWOŚCI, OTRZYMYWANIE, ZASTOSOWANIA - CHEMIA - 2026

Azotan cynku jest nieorganiczny związek składający się z elementów cynku (Zn), azot (N), tlen (O). Stopień utlenienia cynku wynosi +2, azotu +5, a tlenu -2.

Jego wzór chemiczny to Zn (NO ₃ ) ₂ . Jest to bezbarwne krystaliczne ciało stałe, które ma tendencję do pochłaniania wody z otoczenia. Można go otrzymać poprzez obróbkę metalicznego cynku rozcieńczonym kwasem azotowym. Jest związkiem silnie utleniającym.

Azotan cynku Zn (NO ₃ ) ₂ . Ondřej Mangl / Public domain. Źródło: Wikimedia Commons.

Służy jako akcelerator reakcji chemii organicznej i pozwala na otrzymywanie polimerów kompozytowych o właściwościach przewodzących prąd elektryczny. Służy do tworzenia warstw materiałów przydatnych w elektronice.

Jest częścią niektórych płynnych nawozów i niektórych herbicydów o spowolnionym działaniu. Pomaga w przygotowaniu złożonych tlenków, poprawiając ich gęstość i przewodność elektryczną.

Z powodzeniem został przetestowany w uzyskaniu struktur, które służą jako podstawa do regeneracji i wzrostu tkanki kostnej, usprawniając ten proces i działając przeciwbakteryjnie.

Chociaż nie jest palny, może przyspieszyć spalanie takich substancji, jak węgiel czy materiały organiczne. Działa drażniąco na skórę, oczy i błony śluzowe oraz jest bardzo toksyczny dla organizmów wodnych.

Struktura

Azotan cynku jest związkiem jonowym. Posiada dwuwartościowy kation (Zn ²⁺ ) i dwa jednowartościowe aniony (NO ₃ ^- ). Anion azotanowy to wieloatomowy jon utworzony przez atom azotu w stanie utlenienia +5 kowalencyjnie związany z trzema atomami tlenu o wartościowości -2.

Struktura jonowa azotanu cynku. Edgar181 / domena publiczna. Źródło: Wikimedia Commons.

Poniższy obrazek przedstawia strukturę przestrzenną tego związku. Środkowa szara sfera to cynk, niebieskie kule to azot, a czerwone kule reprezentują tlen.

Przestrzenna struktura Zn (NO ₃ ) ₂ . Cynk znajduje się w środku jonów azotanowych. Grasso Luigi / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Źródło: Wikimedia Commons.

Nomenklatura

• Azotan cynku
• Diazotan cynku

Nieruchomości

Stan fizyczny

Bezbarwne lub białe krystaliczne ciało stałe.

Waga molekularna

189,40 g / mol

Temperatura topnienia

Około 110 ºC.

Temperatura wrzenia

Około 125 ºC.

Gęstość

2065 g / cm ³

Rozpuszczalność

Rozpuszczalne w wodzie: 120 g / 100 g H ₂ O w temperaturze 25 ° C Rozpuszczalny w alkoholu.

pH

Jego wodne roztwory są kwaśne. 5% roztwór ma pH około 5.

Właściwości chemiczne

Będąc azotanem, związek ten jest silnym utleniaczem. Reaguje gwałtownie z węglem, miedzią, siarczkami metali, materią organiczną, fosforem i siarką. Spryskany rozgrzanym węglem eksploduje.

Z drugiej strony jest higroskopijny i absorbuje wodę z otoczenia. Po podgrzaniu tworzy tlenek cynku, dwutlenek azotu i tlen:

2 Zn (NO ₃ ) ₂ + ciepło → 2 ZnO + 4 NO ₂ ↑ + O ₂ ↑

W roztworach alkalicznych, takich jak NaOH, cynk w tym związku tworzy wodorotlenek i inne złożone formy:

Zn (NO ₃ ) ₂ + 2 OH ^- → Zn (OH) ₂ + 2 NO ₃ ^-

Zn (OH) ₂ + 2 OH ^- → ^2-

Otrzymywanie

Można go otrzymać poprzez działanie na tlenek cynku lub cynku rozcieńczonym kwasem azotowym. W tej reakcji powstaje gazowy wodór.

Zn + 2 HNO ₃ → Zn (NO ₃ ) ₂ + H ₂ ↑

Aplikacje

W katalizie reakcji

Służy jako katalizator do otrzymywania innych związków chemicznych, takich jak żywice i polimery. Jest katalizatorem kwasowym.

Przykład żywicy. Bugman w angielskiej Wikipedii / domenie publicznej. Źródło: Wikimedia Commons.

Model struktury polimeru. Ilmari Karonen / domena publiczna. Źródło: Wikimedia Commons.

Innym przypadkiem przyspieszenia reakcji jest układ katalityczny Zn (NO ₃ ) ₂ / VOC ₂ O _4, który umożliwia utlenianie α-hydroksyestrów do α-ketoestrów z 99% konwersją nawet pod ciśnieniem i temperaturą otoczenia.

W polimerach kompozytowych

Opracowano folie z polimetakrylanu metylu i Zn (NO ₃ ) ₂ o właściwościach przewodnictwa elektrycznego, które czynią je odpowiednimi kandydatami do zastosowania w superkondensatorach i szybkich komputerach.

W cementach oxisales

Z wodnych roztworów azotanu cynku i proszku tlenku cynku otrzymuje się materiały należące do klasy cementów powstających w wyniku reakcji kwasowo-zasadowej.

Mają one rozsądną odporność na rozpuszczanie w rozcieńczonych kwasach i alkaliach, rozwijając odporność na ściskanie porównywalną z innymi cementami, takimi jak tlenochlorek cynku.

Właściwość ta wzrasta, gdy wzrasta stosunek ZnO / Zn (NO ₃ ) ₂ i gdy wzrasta stężenie Zn (NO ₃ ) ₂ w roztworze. Otrzymane cementy są całkowicie amorficzne, to znaczy nie posiadają kryształów.

W przypadku azotanu cynku przeprowadzono testy w celu uzyskania cementów. Autor: Kobthanapong. Źródło: Pixabay.

W powłokach z tlenku cynku i nanomateriałach

Zn (NO ₃ ) ₂ służy do elektrolitycznego osadzania bardzo cienkich warstw tlenku cynku (ZnO) na różnych podłożach. Na powierzchniach przygotowywane są również nanostruktury tego tlenku.

Nanocząsteczki tlenku cynku. Niektóre nanostruktury ZnO można przygotować z Zn (NO ₃ ) ₂ . Verena Wilhelmi, Ute Fischer, Heike Weighardt, Klaus Schulze-Osthoff, Carmen Nickel, Burkhard Stahlmecke, Thomas AJ Kuhlbusch, Agnes M. Scherbart, Charlotte Esser, Roel PF Schins, Catrin Albrecht / CC BY (https://creativecommons.org/ licencje / wg / 2.5). Źródło: Wikimedia Commons.

ZnO jest materiałem cieszącym się dużym zainteresowaniem ze względu na mnogość zastosowań w dziedzinie optoelektroniki, posiada również właściwości półprzewodnikowe i znajduje zastosowanie w czujnikach i przetwornikach.

W herbicydach

Azotan cynku był stosowany w połączeniu z niektórymi związkami organicznymi w celu spowolnienia szybkości uwalniania niektórych herbicydów do wody. Powolne wydawanie tych produktów umożliwia ich dłuższą dostępność i mniejszą liczbę aplikacji.

W produkcji anod

Stymuluje proces spiekania i poprawia gęstość niektórych tlenków używanych do produkcji anod do ogniw paliwowych. Spiekanie to uzyskiwanie stałego materiału przez ogrzewanie i prasowanie proszku bez jego stopienia.

Rysunek przedstawiający spiekanie dwóch ziaren. Zn (NO ₃ ) ₂ pomaga w przeprowadzaniu tego procesu na niektórych złożonych tlenkach. Cdang / domena publiczna. Źródło: Wikimedia Commons.

Badane materiały to złożone tlenki strontu, irydu, żelaza i tytanu. Obecność cynku znacznie zwiększa ich przewodnictwo elektryczne.

Inne aplikacje

Służy do pozyskiwania leków. Działa jako zaprawa podczas nakładania tuszy i barwników. Służy jako koagulant lateksowy. Jest źródłem cynku i azotu w nawozach płynnych.

Potencjalne zastosowanie w inżynierii tkanki kostnej

Związek ten został wykorzystany jako dodatek w opracowaniu wzmocnień lub szkieletów do regeneracji włókien kostnych, gdyż pozwala na poprawę wytrzymałości mechanicznej tych struktur.

Stwierdzono, że rusztowanie zawierające cynk jest nietoksyczne dla komórek osteoprogenitorowych, wspiera aktywność osteoblastów, komórek tworzących kości oraz poprawia ich adhezję i proliferację.

Sprzyja tworzeniu się apatytu, który jest minerałem tworzącym kości, a także działa antybakteryjnie.

Zn (NO ₃ ) ₂ może być bardzo przydatny w odbudowie kości u osób, które uległy wypadkom. Mariano Coretti / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0). Źródło: Wikimedia Commons.

Ryzyka

Jest to materiał o potencjalnym ryzyku pożaru i wybuchu.

Nie jest palny, ale przyspiesza spalanie materiałów palnych. Jeśli duża ilość tego związku zostanie użyta w pożarze lub jeśli materiał palny zostanie drobno rozdrobniony, może dojść do wybuchu.

Pod wpływem silnego ciepła wydzielają się toksyczne gazy zawierające tlenki azotu. A jeśli ekspozycja jest prowadzona przez długi czas, może eksplodować.

Działa drażniąco na skórę, może powodować poważne uszkodzenie oczu, podrażnienie dróg oddechowych, działa toksycznie po połknięciu i powoduje uszkodzenie przewodu pokarmowego.

Działa bardzo toksycznie na organizmy wodne, powodując długotrwałe skutki.

Bibliografia

1. Ju, Y. i in. (2019). Nowatorski wpływ azotanu cynku / szczawianu wanadylu na selektywne katalityczne utlenianie estrów hydroksy ALFA do estrów ketonowych ALFA z tlenem molekularnym: badanie ATR-IR w warunkach in situ. Molecules 2019, 24, 1281. Odzyskane z mdpi.com.
2. Mohd S., SN i in. (2020). Preparat o kontrolowanym uwalnianiu zawierający azotan wodorotlenku cynku interkalowany dodecylosiarczanem sodu i anionami bispirybakowymi: nowatorski nanokompozyt herbicydowy do uprawy niełuskanej. Arabian Journal of Chemistry 13, 4513-4527 (2020). Odzyskany z sciencedirect.
3. Mani, MP i in. (2019). Wzbogacona wytrzymałość mechaniczna i mineralizacja kości rusztowania biomimetycznego z elektroprzędzeniem obciążonym olejem ylang-ylang i azotanem cynku dla inżynierii tkanki kostnej. Polymers 2019, 11, 1323. Odzyskany z mdpi.com.
4. Kim, KI i in. (2018). Wpływ azotanu cynku jako środka wspomagającego spiekanie na właściwości elektrochemiczne Sr _0,92 Y _0,08 TiO _3-DELTA i Sr _0,92 Y _0,08 Ti _0,6 Fe _0,4 O _3-DELTA Ceramics International, 44 (4): 4262-4270 (2018). Odzyskany z sciencedirect.com.
5. Prasad, BE i in. (2012). Elektroosadzanie powłoki ZnO z wodnych kąpieli Zn (NO ₃ ) ₂ : wpływ stężenia Zn, temperatury osadzania i czasu na orientację. J Solid State Electrochem 16, 3715-3722 (2012). Odzyskany z link.springer.com.
6. Bahadur, H. i Srivastava, AK (2007). Morfologie cienkich warstw ZnO pochodzących z zol-żelu przy użyciu różnych materiałów prekursorowych i ich nanostruktur. Nanoscale Res Lett (2007) 2: 469–475. Odzyskany z link.springer.com.
7. Nicholson, JW i Tibaldi, JP (1992). Tworzenie i właściwości cementu przygotowanego z tlenku cynku i wodnych roztworów azotanu cynku. J Mater Sci 27, 2420-2422 (1992). Odzyskany z link.springer.com.
8. Lide, DR (redaktor) (2003). Podręcznik chemii i fizyki CRC. 85 ^th CRC Press.
9. Maji, P. i in. (2015). Wpływ wypełniacza Zn (NO ₃ ) ₂ na przenikalność dielektryczną i moduł elektryczny PMMA. Bull Mater Sci 38, 417-424 (2015). Odzyskany z link.springer.com.
10. Narodowa Biblioteka Medyczna Stanów Zjednoczonych. (2019). Azotan cynku. Odzyskany z pubchem.ncbi.nlm.nih.gov.
11. Byju's. (2020). Azotan cynku - Zn (NO3) 2. Odzyskany z byjus.com.
12. Elementy amerykańskie. Azotan cynku. Odzyskany z americanelements.com.
13. Cotton, F. Albert i Wilkinson, Geoffrey. (1980). Zaawansowana chemia nieorganiczna. Czwarta edycja. John Wiley & Sons.