Zn là nguyên tố gì – Tính chất, ứng dụng và vai trò của kẽm

Nguyên tố Zn là gì đang trở thành câu hỏi được nhiều người quan tâm. Kẽm (Zn) là nguyên tố hóa học rất quan trọng, có số nguyên tử 30 và thuộc nhóm 12 trong bảng tuần hoàn. Kẽm không chỉ đóng vai trò là nguyên tố vi lượng thiết yếu cho cơ thể con người mà còn là kim loại có nhiều ứng dụng trong công nghiệp và đời sống hàng ngày. Đây là yếu tố thực sự cần thiết không chỉ cho các quá trình công nghiệp mà còn cho nhiều chức năng sinh lý trong cơ thể sống. Hãy cùng Đông Á khám phá chi tiết về nguyên tố này trong bài viết dưới đây nhé!

Tìm hiểu Zn là nguyên tố gì?

Kẽm (Zn) là một trong những nguyên tố vi lượng thiết yếu của sự sống, xúc tác nhiều hoạt động sinh hóa trong cơ thể. Như đã đề cập, kẽm có số nguyên tử 30 và thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp, có cấu hình electron là Ar 3d¹⁰ 4s². Nó thường có mặt trong nhiều hợp chất hóa học quan trọng và đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc duy trì sức khỏe và sự phát triển của cơ thể. Hóa trị của kẽm chủ yếu là +2, giúp nó dễ dàng tham gia vào các phản ứng hóa học.

Tính chất lý hóa của Zn (Kẽm)

Kẽm là kim loại độc đáo có nhiều tính chất vật lý và hóa học vượt trội. Hữu ích trong nhiều ứng dụng công nghiệp, kẽm không chỉ đơn giản là một nguyên tố mà còn là một phần của nhiều phản ứng hóa học. Các đặc tính nổi bật của kẽm được liệt kê dưới đây:

Trạng thái tồn tại của kẽm

Tính chất vật lý

Kẽm (Zn) là kim loại chuyển tiếp có những tính chất vật lý nổi bật sau:

Trạng thái: Trong điều kiện bình thường, kẽm tồn tại ở trạng thái rắn.

Màu sắc: Kẽm nguyên chất có màu trắng bạc tuy nhiên khi tiếp xúc với không khí bề mặt của nó thường bị oxy hóa tạo thành một lớp màng oxit mỏng màu xám.

Độ cứng: Kẽm tương đối cứng và giòn ở nhiệt độ phòng. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng từ 100°C lên 150°C, kẽm trở nên dẻo hơn và có thể dễ dàng uốn cong.

Trọng lượng riêng: Trọng lượng riêng của kẽm khá lớn, khoảng 7,13 g/cm³.

Điểm nóng chảy: Kẽm có điểm nóng chảy tương đối thấp so với nhiều kim loại khác, khoảng 419,53°C.

Điểm sôi: Nhiệt độ sôi của kẽm không quá cao, khoảng 907°C.

Tính dẫn điện: Kẽm là chất dẫn điện khá tốt, tuy nhiên độ dẫn điện của nó kém hơn đồng và nhôm.

Tính dẫn nhiệt: Kẽm còn là chất dẫn nhiệt tốt nên được sử dụng trong nhiều thiết bị tản nhiệt.

Độ dẻo: Như đã đề cập, kẽm có độ dẻo ở một phạm vi nhiệt độ nhất định, cho phép nó được kéo thành dây hoặc cuộn thành tấm.

Một số tính chất vật lý khác của kẽm:

Độ kết tinh: Kẽm có cấu trúc tinh thể lục giác.

Độ đàn hồi: Kẽm kém đàn hồi hơn nhiều kim loại khác.

Tính từ: Kẽm có tính nghịch từ.

Tính chất hóa học

Kẽm (Zn) là kim loại có hoạt tính vừa phải, có nhiều tính chất hóa học đặc trưng. Dưới đây là một số phản ứng hóa học quan trọng của kẽm:

Tính chất hóa học của kẽm

1. Tác dụng với oxy:

Khi đốt trong không khí, kẽm tạo thành kẽm oxit (ZnO): 2Zn + O₂ → 2ZnO

ZnO là chất bột màu trắng, không tan trong nước.

2. Tác dụng với phi kim loại khác:

Với lưu huỳnh: Zn + S → ZnS

ZnS là kẽm sunfua, chất rắn màu trắng.

Với halogen: Zn + Cl₂ → ZnCl₂

ZnCl₂ là kẽm clorua, chất rắn màu trắng, hòa tan tốt trong nước.

3. Phản ứng với axit:

Với axit không oxy hóa: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Kẽm tác dụng với axit HCl giải phóng khí hiđro.

Với axit oxy hóa: Zn + 4HNO₃ (đậm đặc, nóng) → Zn(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Kẽm phản ứng với HNO₃ đậm đặc, nóng để tạo ra khí NO₂ màu nâu đỏ.

4. Tác dụng với dung dịch muối:

Kẽm đẩy các kim loại theo sau nó trong chuỗi phản ứng hóa học ra khỏi dung dịch muối: Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu

5. Lưỡng tính:

Kẽm là chất lưỡng tính, nghĩa là nó phản ứng với cả axit và dung dịch kiềm: Zn + 2NaOH + 2H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] +H₂

Zn có ứng dụng thực tế gì trong đời sống?

Với những tính chất lý hóa đặc biệt, kẽm (Zn) có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và công nghiệp. Kẽm được sử dụng phổ biến trong quá trình mạ, giúp bảo vệ các kim loại khác khỏi bị ăn mòn, đặc biệt trong ngành thép và sản xuất các sản phẩm từ sắt.

Hợp kim: Kẽm đóng vai trò chính trong nhiều hợp kim, chẳng hạn như đồng thau (Zn-Cu), được sử dụng rộng rãi trong sản xuất đồ gia dụng và nhạc cụ.

Pin và ắc quy: Kẽm được sử dụng trong pin kẽm-cacbon và pin kẽm-không khí, cung cấp năng lượng cho nhiều thiết bị điện tử.

Ngoài ra, kẽm còn được sử dụng trong lĩnh vực y tế trong các sản phẩm như thuốc mỡ, kem nhờ đặc tính kháng viêm và hỗ trợ làm lành vết thương hiệu quả.

Các hợp chất quan trọng của Zn trong công nghiệp là gì?

Kẽm là kim loại có nhiều ứng dụng quan trọng trong đời sống và công nghiệp. Nhờ những đặc tính lý hóa độc đáo, kẽm đã trở thành thành phần không thể thiếu trong nhiều sản phẩm.

1. Công nghiệp:

Mạ kẽm được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp

Mạ kẽm:

Bảo vệ các đồ vật bằng sắt, thép khỏi bị ăn mòn: Khi mạ một lớp kẽm lên bề mặt sắt, kẽm sẽ bị oxi hóa trước, tạo thành một lớp màng oxit để bảo vệ lớp sắt bên trong.

Tăng tính thẩm mỹ cho sản phẩm.

Sản xuất hợp kim:

Đồng thau (hợp kim của đồng và kẽm): Được sử dụng rộng rãi trong sản xuất linh kiện điện tử, đồng hồ, khóa cửa,…

Đồng đỏ (hợp kim của đồng và kẽm): Được sử dụng trong sản xuất đồ gia dụng, đồ trang sức,…

Sản xuất pin:

2. Ngành xây dựng:

Sản xuất xi măng: Kẽm oxit được sử dụng làm phụ gia trong sản xuất xi măng, giúp tăng độ bền cho xi măng.

Sản xuất sơn: Kẽm oxit được dùng làm chất tạo màu trắng trong sơn.

3. Ngành y tế:

Bổ sung: Kẽm là khoáng chất cần thiết cho cơ thể, giúp tăng cường hệ miễn dịch, hỗ trợ làm lành vết thương và tham gia nhiều quá trình sinh hóa khác.

Kem chống nắng: Một số loại kem chống nắng có chứa oxit kẽm, giúp bảo vệ da khỏi tác hại của tia cực tím.

4. Các ứng dụng khác:

Sản xuất cao su: Kẽm oxit được sử dụng làm chất xúc tác trong quá trình lưu hóa cao su.

Sản xuất mỹ phẩm: Kẽm oxit được sử dụng trong một số loại mỹ phẩm như bột talc và kem dưỡng da.

Làm giấy: Kẽm sunfua được sử dụng trong sản xuất giấy.

Zn có vai trò gì trong cơ thể con người?

Zn có vai trò gì trong cơ thể con người?

Kẽm cũng đóng một vai trò thiết yếu đối với sức khỏe con người. Là một nguyên tố vi lượng thiết yếu, kẽm hỗ trợ nhiều chức năng sinh lý quan trọng.

Tham gia cấu trúc và hoạt động của enzyme: Kẽm là thành phần của hơn 300 enzyme, tham gia vào quá trình tiêu hóa và chuyển hóa protein.

Hỗ trợ hệ miễn dịch: Kẽm rất cần thiết cho sự phát triển và chức năng của tế bào lympho, từ đó giúp cơ thể chống lại bệnh tật.

Giúp phát triển và duy trì chức năng sinh sản: Đặc biệt, kẽm có ảnh hưởng lớn đến việc sản xuất testosterone và chất lượng tinh trùng.

Vì vậy, việc bổ sung kẽm thông qua chế độ ăn uống là điều cần thiết. Thực phẩm giàu kẽm bao gồm thịt đỏ, hải sản, ngũ cốc và các loại đậu.

Zn (kẽm) được sản xuất như thế nào?

Quá trình sản xuất kẽm từ quặng thành kim loại nguyên chất trải qua nhiều công đoạn phức tạp. Dưới đây là tổng quan về quá trình:

1. Khai thác quặng kẽm:

Quặng chính: Quặng Sphalerit (ZnS) là nguồn cung cấp kẽm chính. Ngoài ra còn có các loại quặng khác như smithsonite (ZnCO₃), hemimorphite (Zn₄(OH)₂Si₂O₇·H₂O).

Địa điểm khai thác: Các mỏ kẽm lớn trên thế giới tập trung ở Trung Quốc, Úc, Peru và Hoa Kỳ.

2. Chuẩn bị quặng:

Nghiền và nghiền: Quặng kẽm được nghiền thành bột mịn để tăng diện tích tiếp xúc trong các quá trình tiếp theo.

Tuyển nổi: Quặng nghiền được trộn với nước, hóa chất và không khí để tách các hạt khoáng kẽm ra khỏi các tạp chất khác. Các hạt kẽm lipophilic sẽ dính vào bọt khí nổi lên trên bề mặt, tạo thành bọt khoáng.

3. Thiêu kết:

Mục đích: Chuyển hóa kẽm sunfua (ZnS) trong quặng thành kẽm oxit (ZnO) để dễ dàng khử ở các giai đoạn sau.

Quy trình: Bột quặng được nung ở nhiệt độ cao trong không khí, tạo ra phản ứng: 2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂

4. Khử oxit kẽm:

Phương pháp lò tháp: Oxit kẽm được nung với than cốc ở nhiệt độ cao trong lò tháp. Hơi kẽm sinh ra được ngưng tụ thành kẽm lỏng. ZnO + C → Zn + CO

Phương pháp điện phân: Hòa tan oxit kẽm trong dung dịch axit sunfuric, sau đó điện phân thu được kẽm kim loại ở catốt.

5. Tinh chế kẽm:

Tinh chế: Kẽm thô thu được sau quá trình khử hoặc điện phân thường chứa tạp chất. Quá trình tinh chế nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất này để thu được kẽm nguyên chất.

Phương pháp điện phân: Đây là phương pháp tinh chế kẽm phổ biến nhất. Kẽm thô được làm cực dương, một tấm kẽm nguyên chất được làm cực âm. Khi dòng điện một chiều chạy qua dung dịch, kẽm nguyên chất sẽ bám vào cực âm.

Lưu ý: Các bước và công nghệ sản xuất kẽm có thể khác nhau tùy theo loại quặng, quy mô sản xuất và công nghệ của từng nhà máy.

Tóm lại, kẽm không chỉ là nguyên tố hóa học quan trọng mà còn là một phần không thể thiếu trong đời sống hàng ngày cũng như sự phát triển bền vững của nhiều ngành công nghiệp. Với tính chất lý hóa đa dạng, kẽm đóng vai trò thiết yếu trong nhiều hoạt động sinh lý của con người cũng như góp phần vào các quá trình công nghệ. Đông Á hy vọng việc hiểu rõ nguyên tố Zn là gì không chỉ giúp chúng ta có cái nhìn tổng quan về nguyên tố này mà còn nhấn mạnh tầm quan trọng của nó trong việc duy trì sức khỏe và phát triển công nghiệp.