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El zinc es un elemento químico con el símbolo Zn y número atómico 30. El zinc es un metal ligeramente quebradizo a temperatura ambiente y tiene un aspecto azul plateado cuando se elimina la oxidación. Es el primer elemento del grupo 12 (IIB) de la tabla periódica . En algunos aspectos, el zinc es químicamente similar a la de magnesio : ambos elementos exhiben sólo un estado de oxidación normal (2), y el Zn 2+ y Mg 2+ iones son de tamaño similar. El zinc es el elemento número 24 más abundante en la corteza terrestre y tiene cinco isótopos estables . El mineral de zinc más comúnes la esfalerita (mezcla de zinc), un mineral de sulfuro de zinc . Las vetas viables más grandes se encuentran en Australia, Asia y los Estados Unidos. El zinc se refina mediante flotación por espuma del mineral , tostado y extracción final mediante electricidad ( electrodeposición ).

El latón , una aleación de cobre y zinc en diversas proporciones, se utilizó ya en el tercer milenio antes de Cristo en el área del Egeo y la región que actualmente incluye a Irak , los Emiratos Árabes Unidos , Kalmukia , Turkmenistán y Georgia . En el segundo milenio antes de Cristo se utilizó en las regiones que actualmente incluyen las Indias Occidentales , Uzbekistán , Irán , Siria , Irak e Israel . [3] [4] [5] Zinc metalno se produjo a gran escala hasta el siglo XII en la India, aunque era conocido por los antiguos romanos y griegos. [6] Las minas de Rajasthan han dado pruebas definitivas de que la producción de zinc se remonta al siglo VI a. C. [7] Hasta la fecha, la evidencia más antigua de zinc puro proviene de Zawar, en Rajasthan, ya en el siglo IX d.C., cuando se empleó un proceso de destilación para producir zinc puro. [8] Los alquimistas quemaban zinc en el aire para formar lo que llamaban " lana de filósofo " o "nieve blanca".

El elemento probablemente fue nombrado por el alquimista Paracelso después de la palabra alemana Zinke (diente, diente). Al químico alemán Andreas Sigismund Marggraf se le atribuye el descubrimiento del zinc metálico puro en 1746. El trabajo de Luigi Galvani y Alessandro Volta descubrió las propiedades electroquímicas del zinc en 1800. El galvanizado de hierro resistente a la corrosión ( galvanizado en caliente ) es la principal aplicación del zinc . Otras aplicaciones son en baterías eléctricas , pequeñas piezas fundidas no estructurales y aleaciones como el latón . Se utilizan comúnmente una variedad de compuestos de zinc, comozinc carbonato y gluconato de zinc (como suplementos dietéticos), cloruro de zinc (en los desodorantes), piritiona de zinc (anti caspa champús), sulfuro de cinc (en pinturas luminiscentes), y dimetilcinc o dietilcinc en el laboratorio orgánico.

El zinc es un mineral esencial , incluso para el desarrollo prenatal y posnatal. [9] La deficiencia de zinc afecta a unos dos mil millones de personas en el mundo en desarrollo y está asociada con muchas enfermedades. [10] En los niños, la deficiencia causa retraso en el crecimiento, retraso en la maduración sexual, susceptibilidad a infecciones y diarrea . [9] Las enzimas con un átomo de zinc en el centro reactivo están muy extendidas en bioquímica, como la alcohol deshidrogenasa en humanos. [11] El consumo de zinc en exceso puede causar ataxia , letargo y deficiencia de cobre .

Características [ editar ]

Propiedades físicas [ editar ]

El zinc es un metal diamagnético , brillante, de color blanco azulado , [12] aunque los grados comerciales más comunes del metal tienen un acabado mate. [13] Es algo menos denso que el hierro y tiene una estructura cristalina hexagonal , con una forma distorsionada de empaquetamiento hexagonal cerrado , en el que cada átomo tiene seis vecinos más cercanos (a 265,9 pm) en su propio plano y otros seis a una distancia mayor. de 290.6 pm. [14] El metal es duro y quebradizo a la mayoría de las temperaturas, pero se vuelve maleable entre 100 y 150 ° C. [12] [13] Por encima de 210 ° C, el metal se vuelve quebradizo de nuevo y se puede pulverizar batiendo. [15] El zinc es una feriaconductor de electricidad . [12] Para un metal, el zinc tiene puntos de fusión (419,5 ° C) y de ebullición (907 ° C) relativamente bajos. [16] El punto de fusión es el más bajo de todos los metales del bloque d, aparte del mercurio y el cadmio ; por esta razón, entre otras, el zinc, el cadmio y el mercurio a menudo no se consideran metales de transición como el resto de los metales del bloque d. [dieciséis]

Muchas aleaciones contienen zinc, incluido el latón. Otros metales que se sabe desde hace mucho tiempo que forman aleaciones binarias con zinc son el aluminio , antimonio , bismuto , oro , hierro , plomo , mercurio , plata , estaño , magnesio , cobalto , níquel , telurio y sodio . [17] Aunque ni el zinc ni el circonio son ferromagnéticos , su aleación ZrZn
2
exposiciones ferromagnetismo por debajo de 35  K . [12]

Ocurrencia [ editar ]

El zinc constituye aproximadamente 75  ppm  (0,0075%) de la corteza terrestre , lo que lo convierte en el vigésimo cuarto elemento más abundante. El suelo contiene zinc en 5-770 ppm con un promedio de 64 ppm. El agua de mar tiene sólo 30  ppb y la atmósfera, 0,1–4 µg / m 3 . [18] El elemento se encuentra normalmente asociado con otros metales básicos como el cobre y el plomo en minerales . [19] El zinc es un calcófilo , lo que significa que es más probable que el elemento se encuentre en minerales junto con azufre y otros calcógenos pesados., en lugar de con el oxígeno calcógeno ligero o con elementos electronegativos no calcógenos como los halógenos . Los sulfuros se formaron cuando la corteza se solidificó bajo las condiciones reductoras de la atmósfera de la Tierra primitiva. [20] La esfalerita , que es una forma de sulfuro de zinc, es el mineral que contiene zinc más extraído porque su concentrado contiene 60-62% de zinc. [19]

Otras fuentes minerales de zinc incluyen smithsonita ( carbonato de zinc ), hemimorfita ( silicato de zinc ), wurtzita (otro sulfuro de zinc) y, a veces, hidrocincita ( carbonato de zinc básico ). [21] Con la excepción de la wurtzita, todos estos otros minerales se formaron por meteorización de los sulfuros de zinc primordiales. [20]

Los recursos identificados de zinc en el mundo totalizan entre 1,9 y 2,8 mil millones de toneladas . [22] [23] Los grandes depósitos se encuentran en Australia, Canadá y los Estados Unidos, con las mayores reservas en Irán . [20] [24] [25] La estimación más reciente de la base de reserva de zinc (cumple con los criterios físicos mínimos especificados relacionados con las prácticas actuales de extracción y producción) se realizó en 2009 y se calculó en aproximadamente 480 Mt. [26]Las reservas de zinc, por otro lado, son cuerpos de mineral identificados geológicamente cuya idoneidad para la recuperación se basa económicamente (ubicación, ley, calidad y cantidad) en el momento de la determinación. Dado que la exploración y el desarrollo de la mina es un proceso continuo, la cantidad de reservas de zinc no es un número fijo y la sostenibilidad de los suministros de mineral de zinc no se puede juzgar simplemente extrapolando la vida útil combinada de las minas de zinc actuales. Este concepto está bien respaldado por datos del Servicio Geológico de los Estados Unidos (USGS), que ilustra que aunque la producción de zinc refinado aumentó un 80% entre 1990 y 2010, la vida útil de la reserva de zinc se ha mantenido sin cambios. Se han extraído alrededor de 346 millones de toneladas a lo largo de la historia hasta 2002, y los estudiosos han estimado que se utilizan entre 109 y 305 millones de toneladas. [27][28] [29]

Esfalerita (ZnS)

Isótopos [ editar ]

En la naturaleza se encuentran cinco isótopos estables de zinc, siendo el 64 Zn el isótopo más abundante (49,17% de abundancia natural ). [30] [31] Los otros isótopos que se encuentran en la naturaleza son66
Zn
(27,73%),67
Zn
(4,04%),68
Zn
(18,45%) y70
Zn
(0,61%). [31]

Se han caracterizado varias docenas de radioisótopos .sesenta y cinco
El Zn
, que tiene una vida media de 243,66 días, es el radioisótopo menos activo, seguido de72
Zn
con una vida media de 46,5 horas. [30] El zinc tiene 10 isómeros nucleares . 69m Zn tiene la vida media más larga, 13,76 h. [30] El superíndice m indica un isótopo metaestable . El núcleo de un isótopo metaestable está en un estado excitado y volverá al estado fundamental emitiendo un fotón en forma de rayo gamma .61
Zn
tiene tres estados metaestables excitados y73
Zn
tiene dos. [32] Los isótopossesenta y cinco
Zn
,71
Zn
,77
Zn
y78
Cada uno de Zn tiene solo un estado metaestable excitado. [30]

El modo de desintegración más común de un radioisótopo de zinc con un número de masa inferior a 66 es la captura de electrones . El producto de desintegración resultante de la captura de electrones es un isótopo de cobre. [30]

n
30
Zn
+ mi- → n
29
Cu

El modo de desintegración más común de un radioisótopo de zinc con un número de masa superior a 66 es la desintegración beta (β - ), que produce un isótopo de galio . [30]

n
30
Zn
n
31
Georgia
+ mi- + νmi

Compuestos y química [ editar ]

Reactividad [ editar ]

El zinc tiene una configuración electrónica de [Ar] 3d 10 4s 2 y es miembro del grupo 12 de la tabla periódica . Es un metal moderadamente reactivo y un fuerte agente reductor . [33] La superficie del metal puro se empaña rápidamente, formando finalmente una capa protectora pasivante del carbonato de zinc básico , Zn
5
(OH)
6
(CO 3 )
2
, por reacción con dióxido de carbono atmosférico . [34]

El zinc arde en el aire con una llama verde azulada brillante, que emite vapores de óxido de zinc . [35] El zinc reacciona fácilmente con ácidos , álcalis y otros no metales. [36] El zinc extremadamente puro reacciona lentamente a temperatura ambiente con los ácidos. [35] Los ácidos fuertes, como el ácido clorhídrico o sulfúrico , pueden eliminar la capa pasivante y la reacción subsiguiente con el agua libera gas hidrógeno. [35]

La química del zinc está dominada por el estado de oxidación +2. Cuando se forman compuestos en este estado de oxidación, el exterior de la cáscara s electrones se pierden, produciendo un ion zinc desnudo con la configuración electrónica [Ar] 3d 10 . [37] En solución acuosa un complejo octaédrico, [Zn (H
2
O) 6 ]2+
es la especie predominante. [38] La volatilización del zinc en combinación con el cloruro de zinc a temperaturas superiores a 285 ° C indica la formación de Zn.
2
Cl
2
, un compuesto de zinc con un estado de oxidación +1. [35] No se conocen compuestos de zinc en estados de oxidación distintos de +1 o +2. [39] Los cálculos indican que es poco probable que exista un compuesto de zinc con un estado de oxidación de +4. [40]

La química del zinc es similar a la química de los metales de transición tardíos de la primera fila, el níquel y el cobre, aunque tiene una capa D llena y los compuestos son diamagnéticos y en su mayoría incoloros. [41] Los radios iónicos de zinc y magnesio resultan ser casi idénticos. Debido a esto, algunas de las sales equivalentes tienen la misma estructura cristalina , [42] y en otras circunstancias donde el radio iónico es un factor determinante, la química del zinc tiene mucho en común con la del magnesio. [35] En otros aspectos, hay poca similitud con los metales de transición tardíos de la primera fila. El zinc tiende a formar enlaces con un mayor grado de covalencia.y complejos mucho más estables con donantes N y S. [41] Los complejos de zinc son en su mayoría de 4 o 6 coordenadas, aunque se conocen complejos de 5 coordenadas. [35]

Compuestos de zinc (I) [ editar ]

Los compuestos de zinc (I) son raros y necesitan ligandos voluminosos para estabilizar el estado de baja oxidación. La mayoría de los compuestos de zinc (I) contienen formalmente el núcleo [Zn 2 ] 2+ , que es análogo al catión dimérico [Hg 2 ] 2+ presente en los compuestos de mercurio (I). La naturaleza diamagnética del ion confirma su estructura dimérica. El primer compuesto de zinc (I) que contiene el enlace Zn-Zn, (η 5 -C 5 Me 5 ) 2 Zn 2 , es también el primer dimetaloceno . El ion [Zn 2 ] 2+ se desproporciona rápidamenteen zinc metal y zinc (II), y se ha obtenido solo un vidrio amarillo solo enfriando una solución de zinc metálico en ZnCl 2 fundido . [43]

Compuestos de zinc (II) [ editar ]

Acetato de zinc
Cloruro de zinc

Se conocen compuestos binarios de zinc para la mayoría de los metaloides y todos los no metales excepto los gases nobles . El óxido de ZnO es un polvo blanco que es casi insoluble en soluciones acuosas neutras, pero es anfótero y se disuelve tanto en soluciones ácidas como básicas fuertes. [35] Los otros calcogenuros ( ZnS , ZnSe y ZnTe ) tienen diversas aplicaciones en electrónica y óptica. [44] Pnictogenuros ( Zn3norte2, Zn3PAG2, Zn3Como2y Zn3Sb2), [45] [46] el peróxido ( ZnO2), el hidruro ( ZnH2) y el carburo ( ZnC
2
) también son conocidos. [47] De los cuatro haluros , ZnF2tiene el carácter más iónico, mientras que los demás ( ZnCl2, ZnBr2y ZnI2) tienen puntos de fusión relativamente bajos y se considera que tienen un carácter más covalente. [48]

En soluciones básicas débiles que contienen Zn2+
iones, el hidróxido Zn (OH)2se forma como un precipitado blanco . En soluciones alcalinas más fuertes, este hidróxido se disuelve para formar zincatos ( [Zn (OH) 4 ]2−). [35] El nitrato Zn (NO 3 )2, clorato Zn (ClO 3 )2, sulfato ZnSO4, fosfato Zn3(PO 4 )2, molibdato ZnMoO4, cianuro Zn (CN)2, arsenito Zn (AsO 2 )
2
, arseniato de Zn (AsO 4 )
2
· 8H
2
O
y el cromato ZnCrO4(uno de los pocos compuestos de zinc coloreados) son algunos ejemplos de otros compuestos inorgánicos comunes de zinc. [49] [50] Uno de los ejemplos más simples de un compuesto orgánico de zinc es el acetato ( Zn (O2CCH 3 )2). [ cita requerida ]

Los compuestos de organozinc son aquellos que contienen enlaces covalentes zinc-carbono. Dietilzinc ( (C2H 5 )2Zn ) es un reactivo en química sintética. Se informó por primera vez en 1848 a partir de la reacción de zinc y yoduro de etilo , y fue el primer compuesto conocido por contener un enlace sigma metal-carbono. [51]

Prueba de zinc [ editar ]

El papel de cobalticianuro (prueba de Rinnmann para Zn) se puede utilizar como indicador químico del zinc. Se disuelven 4 g de K 3 Co (CN) 6 y 1 g de KClO 3 en 100 ml de agua. El papel se sumerge en la solución y se seca a 100 ° C. Se deja caer una gota de la muestra sobre el papel seco y se calienta. Un disco verde indica la presencia de zinc. [52]

Historia [ editar ]

Uso antiguo [ editar ]

Cubo de latón tardorromano: el Hemmoorer Eimer de Warstade, Alemania, del siglo II al III d.C.

Se han descubierto varios ejemplos aislados del uso de zinc impuro en la antigüedad. Los minerales de zinc se utilizaron para fabricar latón de aleación de zinc-cobre miles de años antes del descubrimiento del zinc como elemento separado. El latón de Judea de los siglos XIV al X a.C.contiene un 23% de zinc. [4]

El conocimiento de cómo producir latón se extendió a la Antigua Grecia en el siglo VII a. C., pero se hicieron pocas variedades. [5] Se han encontrado adornos hechos de aleaciones que contienen 80-90% de zinc, con plomo, hierro, antimonio y otros metales que componen el resto, que tienen 2.500 años de antigüedad. [19] En un sitio arqueológico de Dacia se encontró una estatuilla posiblemente prehistórica que contenía 87,5% de zinc . [53]

Las píldoras más antiguas conocidas estaban hechas de carbonatos de zinc hidrocincita y smithsonita. Las píldoras se utilizaron para los ojos doloridos y se encontraron a bordo del barco romano Relitto del Pozzino , naufragado en el 140 a. C. [54] [55]

Los romanos conocían la fabricación de latón alrededor del año 30 a. C. [56] Hacían latón calentando calamina en polvo ( silicato o carbonato de zinc ), carbón y cobre juntos en un crisol. [56] El latón de calamina resultante se moldeó o martilló para darle forma para su uso en armamento. [57] Algunas monedas acuñadas por los romanos en la era cristiana están hechas de lo que probablemente sea latón de calamina. [58]

La escritura de Estrabón en el siglo I a. C. (pero citando una obra ahora perdida del historiador Teopompo del siglo IV a. C. ) menciona "gotas de plata falsa" que cuando se mezclan con cobre forman latón. Esto puede referirse a pequeñas cantidades de zinc que es un subproducto de la fundición de minerales de sulfuro . [59] El zinc en tales restos en los hornos de fundición generalmente se descartaba porque se pensaba que no tenía valor. [60]

La tableta de zinc de Berna es una placa votiva que data de la Galia romana hecha de una aleación que es principalmente zinc. [61]

El Charaka Samhita , que se cree que fue escrito entre 300 y 500 dC, [62] menciona un metal que, cuando se oxida, produce pushpanjan , que se cree que es óxido de zinc. [63] Las minas de zinc en Zawar, cerca de Udaipur en la India, han estado activas desde el período Maurya ( c.   322 y 187 a. C.). La fundición de zinc metálico aquí, sin embargo, parece haber comenzado alrededor del siglo XII d.C. [64] [65] Una estimación es que esta ubicación produjo un estimado de millones de toneladas de zinc metálico y óxido de zinc entre los siglos XII y XVI. [21]Otra estimación da una producción total de 60.000 toneladas de zinc metálico durante este período. [64] El Rasaratna Samuccaya , escrito aproximadamente en el siglo XIII d. C., menciona dos tipos de minerales que contienen zinc: uno utilizado para la extracción de metales y otro utilizado con fines medicinales. [sesenta y cinco]

Primeros estudios y denominación [ editar ]

El zinc fue claramente reconocido como un metal bajo la designación de Yasada o Jasada en el Léxico médico atribuido al rey hindú Madanapala (de la dinastía Taka) y escrito alrededor del año 1374. [66] Fundición y extracción de zinc impuro mediante la reducción de calamina con lana y otras sustancias orgánicas se logró en el siglo XIII en la India. [12] [67] Los chinos no aprendieron la técnica hasta el siglo XVII. [67]

Varios símbolos alquímicos para el elemento zinc.

Los alquimistas quemaron zinc metálico en el aire y recogieron el óxido de zinc resultante en un condensador . Algunos alquimistas llamaron a este óxido de zinc lana philosophica , que en latín significa "lana de filósofo", porque se acumulaba en mechones de lana, mientras que otros pensaron que parecía nieve blanca y lo llamaron nix album . [68]

El nombre del metal probablemente fue documentado por primera vez por Paracelso , un alquimista alemán nacido en Suiza, que se refirió al metal como "zincum" o "zinken" en su libro Liber Mineralium II , en el siglo XVI. [67] [69] La palabra probablemente se deriva del alemán zinke , y supuestamente significa "con forma de diente, puntiagudo o dentado" (los cristales metálicos de zinc tienen una apariencia de aguja). [70] Zink también podría implicar "parecido al estaño" debido a su relación con el zinn alemán que significa estaño. [71] Otra posibilidad más es que la palabra se deriva de la palabra persa سنگ seng que significa piedra.[72] El metal también se llamaba estaño indio, tutanego, calamina y spinter. [19]

El metalúrgico alemán Andreas Libavius recibió una cantidad de lo que llamó "calay" de Malabar de un carguero capturado a los portugueses en 1596. [73] Libavius ​​describió las propiedades de la muestra, que pudo haber sido zinc. El zinc se importaba regularmente a Europa desde Oriente en el siglo XVII y principios del XVIII, [67] pero en ocasiones era muy caro. [nota 1]

Andreas Sigismund Marggraf recibe crédito por aislar por primera vez zinc puro

Aislamiento [ editar ]

El zinc metálico se aisló en la India hacia el 1300 d. C., [74] [75] [76] mucho antes que en Occidente. Antes de ser aislado en Europa, se importó de la India alrededor del año 1600 d.C. [77] El Diccionario Universal de Postlewayt , una fuente contemporánea que brinda información tecnológica en Europa, no mencionó el zinc antes de 1751, pero el elemento fue estudiado antes de esa fecha. [65] [78]

El metalúrgico y alquimista flamenco P. M. de Respour informó que había extraído zinc metálico del óxido de zinc en 1668. [21] A principios del siglo XVIII, Étienne François Geoffroy describió cómo el óxido de zinc se condensa como cristales amarillos en barras de hierro colocadas sobre el mineral de zinc. que se está fundiendo. [21] En Gran Bretaña, se dice que John Lane llevó a cabo experimentos para fundir zinc, probablemente en Landore , antes de su quiebra en 1726. [79]

En 1738, en Gran Bretaña, William Champion patentó un proceso para extraer zinc de calamina en una fundición de tipo retorta vertical . [80] Su técnica se parecía a la utilizada en las minas de zinc de Zawar en Rajasthan , pero ninguna evidencia sugiere que haya visitado Oriente. [77] El proceso de Champion se utilizó hasta 1851. [67]

El químico alemán Andreas Marggraf normalmente recibe crédito por descubrir zinc metálico puro, a pesar de que el químico sueco Anton von Swab había destilado zinc de calamina cuatro años antes. [67] En su experimento de 1746, Marggraf calentó una mezcla de calamina y carbón en un recipiente cerrado sin cobre para obtener un metal. [81] [60] Este procedimiento se volvió comercialmente práctico en 1752. [82]

Trabajo posterior [ editar ]

La galvanización lleva el nombre de Luigi Galvani .

El hermano de William Champion, John, patentó un proceso en 1758 para calcinar sulfuro de zinc en un óxido utilizable en el proceso de retorta. [19] Antes de esto, solo se podía usar calamina para producir zinc. En 1798, Johann Christian Ruberg mejoró el proceso de fundición construyendo la primera fundición de retorta horizontal. [83] Jean-Jacques Daniel Dony construyó un tipo diferente de fundición horizontal de zinc en Bélgica que procesaba aún más zinc. [67] El médico italiano Luigi Galvani descubrió en 1780 que conectar la médula espinal de una rana recién disecada a un riel de hierro sujeto por un gancho de latón hacía que la pata de la rana se contrajera. [84]Pensó incorrectamente que había descubierto la capacidad de los nervios y los músculos para crear electricidad y llamó al efecto " electricidad animal ". [85] La celda galvánica y el proceso de galvanización recibieron el nombre de Luigi Galvani, y sus descubrimientos allanaron el camino para las baterías eléctricas , la galvanización y la protección catódica . [85]

El amigo de Galvani, Alessandro Volta , continuó investigando el efecto e inventó la pila Voltaic en 1800. [84] La pila de Volta consistía en una pila de celdas galvánicas simplificadas , cada una de las cuales era una placa de cobre y una de zinc conectadas por un electrolito . Al apilar estas unidades en serie, la pila Voltaic (o "batería") en su conjunto tenía un voltaje más alto, que podría usarse más fácilmente que las celdas individuales. La electricidad se produce porque el potencial Volta entre las dos placas de metal hace que los electrones fluyan del zinc al cobre y corroan el zinc. [84]

El carácter no magnético del zinc y su falta de color en la solución retrasó el descubrimiento de su importancia para la bioquímica y la nutrición. [86] Esto cambió en 1940 cuando se demostró que la anhidrasa carbónica , una enzima que elimina el dióxido de carbono de la sangre, tiene zinc en su sitio activo . [86] La enzima digestiva carboxipeptidasa se convirtió en la segunda enzima conocida que contiene zinc en 1955. [86]

Producción [ editar ]

Minería y procesamiento [ editar ]

Porcentaje de producción de zinc en 2006 por países [87]
Tendencia de producción mundial
Mina de zinc Rosh Pinah, Namibia
27 ° 57′17 ″ S 016 ° 46′00 ″ E / 27.95472 ° S 16.76667 ° E / -27.95472; 16.76667 ( Rosh Pinah )
Mina de zinc Skorpion, Namibia 27 ° 49′09 ″ S 016 ° 36′28 ″ E
 / 27.81917 ° S 16.60778 ° E / -27,81917; 16.60778 ( Escorpión )

El zinc es el cuarto metal más común en uso, solo detrás del hierro , el aluminio y el cobre con una producción anual de aproximadamente 13 millones de toneladas. [22] El mayor productor de zinc del mundo es Nyrstar , una fusión de la australiana OZ Minerals y la belga Umicore . [88] Aproximadamente el 70% del zinc mundial proviene de la minería, mientras que el 30% restante proviene del reciclaje de zinc secundario. [89] El zinc comercialmente puro se conoce como Special High Grade, a menudo abreviado SHG , y tiene una pureza del 99,995%. [90]

En todo el mundo, el 95% del zinc nuevo se extrae de depósitos de minerales sulfídicos , en los que la esfalerita (ZnS) casi siempre se mezcla con los sulfuros de cobre, plomo y hierro. [91] Las minas de zinc están esparcidas por todo el mundo, siendo las áreas principales China, Australia y Perú. China produjo el 38 por ciento de la producción mundial de zinc en 2014. [22]

El zinc metálico se produce mediante metalurgia extractiva . [92] El mineral se muele finamente, luego se somete a flotación de espuma para separar los minerales de la ganga (en la propiedad de la hidrofobicidad ), para obtener un concentrado de mineral de sulfuro de zinc [92] que consta de aproximadamente 50% de zinc, 32% de azufre, 13% hierro y 5% de SiO
2
. [92]

El tostado convierte el concentrado de sulfuro de zinc en óxido de zinc: [91]

2 ZnS + 3 O
2
→ 2 ZnO + 2 SO
2

El dióxido de azufre se utiliza para la producción de ácido sulfúrico, que es necesario para el proceso de lixiviación. Si se utilizan depósitos de carbonato de zinc, silicato de zinc o espinela de zinc (como el depósito Skorpion en Namibia ) para la producción de zinc, se puede omitir el tostado. [93]

Para su posterior procesamiento se utilizan dos métodos básicos: pirometalurgia o electrodeposición . La pirometalurgia reduce el óxido de zinc con carbono o monóxido de carbono a 950 ° C (1740 ° F) en el metal, que se destila como vapor de zinc para separarlo de otros metales, que no son volátiles a esas temperaturas. [94] El vapor de zinc se recoge en un condensador. [91] Las ecuaciones siguientes describen este proceso: [91]

2 ZnO + C → 2 Zn + CO
2
ZnO + CO → Zn + CO
2

En la electrodeposición , el zinc se lixivia del concentrado de mineral mediante ácido sulfúrico : [95]

ZnO + H
2
ASI QUE
4
ZnSO
4
+ H
2
O

Finalmente, el zinc se reduce por electrólisis . [91]

2 ZnSO
4
+ 2 H
2
O
→ 2 Zn + 2 H
2
ASI QUE
4
+ O
2

El ácido sulfúrico se regenera y se recicla al paso de lixiviación.

Cuando la materia prima galvanizada se alimenta a un horno de arco eléctrico , el zinc se recupera del polvo mediante varios procesos, predominantemente el proceso Waelz (90% a partir de 2014). [96]

Impacto ambiental [ editar ]

El refinamiento de minerales de zinc sulfídico produce grandes volúmenes de dióxido de azufre y vapor de cadmio . La escoria de fundición y otros residuos contienen cantidades importantes de metales. Aproximadamente 1,1 millones de toneladas de zinc metálico y 130 000 toneladas de plomo se extrajeron y fundieron en las ciudades belgas de La Calamine y Plombières entre 1806 y 1882. [97] Los vertederos de las operaciones mineras pasadas lixivian zinc y cadmio, y los sedimentos de el río Geul contiene cantidades no triviales de metales. [97]Hace unos dos mil años, las emisiones de zinc de la minería y la fundición ascendían a 10 mil toneladas al año. Después de aumentar 10 veces desde 1850, las emisiones de zinc alcanzaron un máximo de 3,4 millones de toneladas por año en la década de 1980 y disminuyeron a 2,7 millones de toneladas en la década de 1990, aunque un estudio de 2005 de la troposfera ártica encontró que las concentraciones allí no reflejaban la disminución. Las emisiones naturales y provocadas por el hombre se producen en una proporción de 20 a 1. [98]

El zinc en los ríos que fluyen a través de áreas industriales y mineras puede llegar a 20 ppm. [99] Un tratamiento eficaz de las aguas residuales reduce en gran medida esto; El tratamiento a lo largo del Rin , por ejemplo, ha reducido los niveles de zinc a 50 ppb. [99] Las concentraciones de zinc tan bajas como 2 ppm afectan adversamente la cantidad de oxígeno que los peces pueden transportar en su sangre. [100]

Históricamente responsable de los altos niveles de metales en el río Derwent , [101] la fábrica de zinc en Lutana es el mayor exportador de Tasmania, genera el 2,5% del PIB del estado y produce más de 250.000 toneladas de zinc al año. [102]

Los suelos contaminados con zinc de la minería, refinación o fertilización con lodos que contienen zinc pueden contener varios gramos de zinc por kilogramo de suelo seco. Los niveles de zinc superiores a 500 ppm en el suelo interfieren con la capacidad de las plantas para absorber otros metales esenciales , como el hierro y el manganeso . Se han registrado niveles de zinc de 2000 ppm a 180.000 ppm (18%) en algunas muestras de suelo. [99]

Aplicaciones [ editar ]

Las principales aplicaciones del zinc incluyen (los números se dan para los EE. UU.) [103]

  1. Galvanizado (55%)
  2. Latón y bronce (16%)
  3. Otras aleaciones (21%)
  4. Varios (8%)

Anticorrosión y baterías [ editar ]

Pasamanos en baño caliente con superficie cristalina galvanizada

El zinc se usa más comúnmente como agente anticorrosión , [104] y la galvanización (revestimiento de hierro o acero ) es la forma más familiar. En 2009, en los Estados Unidos, el 55% o 893.000 toneladas del metal de zinc se utilizó para la galvanización. [103]

El zinc es más reactivo que el hierro o el acero y, por lo tanto, atraerá casi toda la oxidación local hasta que se corroa por completo. [105] Una capa superficial protectora de óxido y carbonato ( Zn
5
(OH)
6
(CO
3
)
2
) se
forma a medida que el zinc se corroe. [106] Esta protección dura incluso después de que se raya la capa de zinc, pero se degrada con el tiempo a medida que el zinc se corroe. [106] El zinc se aplica electroquímicamente o como zinc fundido mediante galvanización en caliente o pulverización. La galvanización se utiliza en cercas de tela metálica, barandillas, puentes colgantes, postes de luz, techos de metal, intercambiadores de calor y carrocerías de automóviles. [18]

La relativa reactividad del zinc y su capacidad para atraer la oxidación a sí mismo lo convierte en un ánodo de sacrificio eficiente en la protección catódica (CP). Por ejemplo, la protección catódica de una tubería enterrada se puede lograr conectando ánodos hechos de zinc a la tubería. [106] El zinc actúa como ánodo (terminal negativo) al corroerse lentamente a medida que pasa la corriente eléctrica a la tubería de acero. [106] [nota 2] El zinc también se usa para proteger catódicamente metales que están expuestos al agua de mar. [107] Un disco de zinc unido al timón de hierro de un barco se corroerá lentamente mientras el timón permanece intacto. [105]Del mismo modo, un tapón de zinc unido a una hélice o el resguardo protector de metal de la quilla del barco proporciona protección temporal.

Con un potencial de electrodo estándar (SEP) de −0,76 voltios , el zinc se utiliza como material de ánodo para las baterías. (El litio más reactivo (SEP −3,04 V) se utiliza para los ánodos en las baterías de litio ). El zinc en polvo se usa de esta manera en las baterías alcalinas y la carcasa (que también sirve como ánodo) de las baterías de zinc-carbono se forma a partir de una hoja de zinc. [108] [109] El zinc se utiliza como ánodo o combustible de la batería / pila de combustible de zinc-aire . [110] [111] [112] La batería de flujo redox de zinc-cerio también se basa en una media celda negativa a base de zinc. [113]

Aleaciones [ editar ]

Una aleación de zinc ampliamente utilizada es el latón, en el que el cobre se alea con entre 3% y 45% de zinc, según el tipo de latón. [106] El latón es generalmente más dúctil y más fuerte que el cobre, y tiene una resistencia superior a la corrosión . [106] Estas propiedades lo hacen útil en equipos de comunicación, hardware, instrumentos musicales y válvulas de agua. [106]

Microestructura de latón fundido con aumento de 400x

Otras aleaciones de zinc ampliamente utilizadas incluyen alpaca , metal de máquina de escribir, soldadura blanda y de aluminio y bronce comercial . [12] El zinc también se utiliza en los órganos de tubos contemporáneos como sustituto de la aleación tradicional de plomo / estaño en los tubos. [114] Las aleaciones de 85 a 88% de zinc, 4 a 10% de cobre y 2 a 8% de aluminio tienen un uso limitado en ciertos tipos de cojinetes de máquinas. El zinc es el metal principal en las monedas estadounidenses de un centavo (pennies) desde 1982. [115] El núcleo de zinc está recubierto con una fina capa de cobre para dar la apariencia de una moneda de cobre. En 1994, se utilizaron 33.200 toneladas (36.600 toneladas cortas) de zinc para producir 13.600 millones de centavos en los Estados Unidos. [116]

Las aleaciones de zinc con pequeñas cantidades de cobre, aluminio y magnesio son útiles en la fundición a presión , así como bastidor de la vuelta , sobre todo en las industrias de automoción, eléctricas y de hardware. [12] Estas aleaciones se comercializan con el nombre de Zamak . [117] Un ejemplo de esto es zinc-aluminio . El bajo punto de fusión junto con la baja viscosidad de la aleación hace posible la producción de formas pequeñas e intrincadas. La baja temperatura de trabajo conduce a un enfriamiento rápido de los productos fundidos y una producción rápida para el ensamblaje. [12] [118]Otra aleación, comercializada bajo la marca Prestal, contiene 78% de zinc y 22% de aluminio, y se informa que es casi tan fuerte como el acero pero tan maleable como el plástico. [12] [119] Esta superplasticidad de la aleación permite moldearla mediante moldes a presión de cerámica y cemento. [12]

Las aleaciones similares con la adición de una pequeña cantidad de plomo se pueden laminar en frío para formar láminas. Se utiliza una aleación de 96% de zinc y 4% de aluminio para fabricar matrices de estampado para aplicaciones de baja producción para las que las matrices de metales ferrosos serían demasiado caras. [120] Para fachadas de edificios, techos y otras aplicaciones de chapa formada por embutición profunda , perfilado o doblado , se utilizan aleaciones de zinc con titanio y cobre. [121] El zinc sin alear es demasiado frágil para estos procesos de fabricación. [121]

Como material denso, económico y fácil de trabajar, el zinc se utiliza como reemplazo del plomo . A raíz de las preocupaciones sobre el plomo , el zinc aparece en pesos para diversas aplicaciones que van desde la pesca [122] hasta balanzas de neumáticos y volantes. [123]

El telururo de cadmio y zinc (CZT) es una aleación semiconductora que se puede dividir en una serie de pequeños dispositivos de detección. [124] Estos dispositivos son similares a un circuito integrado y pueden detectar la energía de los fotones de rayos gamma entrantes . [124] Cuando está detrás de una máscara absorbente, el conjunto de sensores CZT puede determinar la dirección de los rayos. [124]

Otros usos industriales [ editar ]

El óxido de zinc se utiliza como pigmento blanco en pinturas .

Aproximadamente una cuarta parte de toda la producción de zinc en los Estados Unidos en 2009 se consumió en compuestos de zinc; [103] una variedad de los cuales se utilizan industrialmente. El óxido de zinc se usa ampliamente como pigmento blanco en pinturas y como catalizador en la fabricación de caucho para dispersar el calor. El óxido de zinc se utiliza para proteger los polímeros de caucho y los plásticos de la radiación ultravioleta (UV). [18] Las propiedades semiconductoras del óxido de zinc lo hacen útil en varistores y productos de fotocopiado. [125] El ciclo de zinc-óxido de zinc es un proceso termoquímico de dos pasos basado en zinc y óxido de zinc para la producción de hidrógeno .[126]

A menudo se añade cloruro de zinc a la madera como retardante del fuego [127] y, a veces, como conservante de la madera . [128] Se utiliza en la fabricación de otros productos químicos. [127] Zinc metil ( Zn (CH 3 )
2
) se utiliza en varias síntesis orgánicas . [129] El sulfuro de zinc (ZnS) se utiliza en pigmentos luminiscentes como en las manecillas de relojes, pantallas de rayos X y televisión, y pinturas luminosas . [130] Los cristales de ZnS se utilizan en láseres que operan en la parte del infrarrojo medio del espectro. [131] El sulfato de zinc es una sustancia química que se encuentra en tintes y pigmentos. [127] La piritiona de zinc se utiliza en pinturas antiincrustantes . [132]

El polvo de zinc se utiliza a veces como propulsor en modelos de cohetes . [133] Cuando se enciende una mezcla comprimida de 70% de zinc y 30% de azufre en polvo, se produce una violenta reacción química. [133] Esto produce sulfuro de zinc, junto con grandes cantidades de gas caliente, calor y luz. [133]

La chapa de zinc se utiliza para fabricar barras de zinc . [134]

64
El Zn
, el isótopo más abundante de zinc, es muy susceptible a la activación de neutrones , siendo transmutado en el altamente radiactivo.sesenta y cinco
Zn
, que tiene una vida media de 244 días y produce una intensa radiación gamma . Debido a esto, el óxido de zinc utilizado en reactores nucleares como agente anticorrosión se agota de64
Zn
antes de su uso, esto se llama óxido de zinc empobrecido . Por la misma razón, se ha propuesto el zinc como material de salazón para armas nucleares (el cobalto es otro material de salazón más conocido). [135] Una chaqueta de enriquecido isotópicamente 64
El Zn
sería irradiado por el intenso flujo de neutrones de alta energía de un arma termonuclear en explosión, formando una gran cantidad desesenta y cinco
Zn
aumenta significativamente la radiactividad de la lluvia radiactiva del arma . [135] No se tiene noticia de que se haya construido, probado o utilizado un arma de este tipo. [135]

sesenta y cinco
El Zn
se utiliza como trazador para estudiar cómo se desgastan las aleaciones que contienen zinc, o la trayectoria y el papel del zinc en los organismos. [136]

Los complejos de ditiocarbamato de zinc se utilizan como fungicidas agrícolas ; estos incluyen Zineb , Metiram, Propineb y Ziram. [137] El naftenato de zinc se utiliza como conservante de la madera. [138] El zinc en forma de ZDDP se utiliza como aditivo antidesgaste para piezas metálicas en aceite de motor. [139]

Química orgánica [ editar ]

Adición de difenilzinc a un aldehído

La química del organozinc es la ciencia de los compuestos que contienen enlaces carbono-zinc, que describe las propiedades físicas, la síntesis y las reacciones químicas. Muchos compuestos orgánicos de zinc son importantes. [140] [141] [142] [143] Entre las aplicaciones importantes se encuentran

  • Reacción de Frankland-Duppa en la que un éster de oxalato (ROCOCOOR) reacciona con un haluro de alquilo R'X, zinc y ácido clorhídrico para formar los ésteres α-hidroxicarboxílicos RR'COHCOOR [144] [145]
  • En el lado negativo, los organocincs son mucho menos nucleofílicos que los Grignards, y son caros y difíciles de manipular. Compuestos comercialmente diorganozinc disponibles son dimetilzinc , dietilzinc y difenilzinc. En un estudio, [146] [147] el compuesto de organocinc activo se obtiene a partir de precursores de organobromina mucho más baratos .

El zinc ha encontrado muchos usos como catalizador en la síntesis orgánica, incluida la síntesis asimétrica, siendo una alternativa barata y fácilmente disponible a los complejos de metales preciosos. Los resultados (rendimiento y exceso enantiomérico ) obtenidos con catalizadores de zinc quirales son comparables a los obtenidos con paladio, rutenio, iridio y otros, y el zinc se convierte en un catalizador metálico de elección. [148]

Suplemento dietético [ editar ]

Comprimidos de 50 mg de zinc GNC . La cantidad excede lo que se considera el límite superior seguro en los Estados Unidos (40 mg) y la Unión Europea (25 mg).
El gluconato de zinc es un compuesto que se utiliza para el suministro de zinc como suplemento dietético .

En la mayoría de una sola tableta, over-the-counter, vitamina diaria y minerales suplementos, zinc está incluido en formas tales como óxido de zinc , acetato de zinc , o gluconato de zinc . [149] Por lo general, se recomienda el suplemento de zinc cuando existe un alto riesgo de deficiencia de zinc (como en los países de ingresos bajos y medios) como medida preventiva. [150] Aunque el sulfato de zinc es una forma de zinc comúnmente utilizada, el citrato de zinc, el gluconato y el picolinato también pueden ser opciones válidas. Estas formas se absorben mejor que el óxido de zinc. [151]

Gastroenteritis [ editar ]

El zinc es una parte económica y eficaz del tratamiento de la diarrea entre los niños del mundo en desarrollo. El zinc se agota en el cuerpo durante la diarrea y la reposición de zinc con un ciclo de tratamiento de 10 a 14 días puede reducir la duración y la gravedad de los episodios diarreicos y también puede prevenir episodios futuros hasta por tres meses. [152] La gastroenteritis se ve fuertemente atenuada por la ingestión de zinc, posiblemente por la acción antimicrobiana directa de los iones en el tracto gastrointestinal , o por la absorción del zinc y la liberación de las células inmunitarias (todos los granulocitos secretan zinc), o ambos. [153] [154]

Resfriado común[ editar ]

Los suplementos de zinc (frecuentemente pastillas de acetato de zinc o gluconato de zinc ) son un grupo de suplementos dietéticos que se utilizan comúnmente para el tratamiento del resfriado común . [155] Se ha demostrado que el uso de suplementos de zinc en dosis superiores a 75 mg / día dentro de las 24 horas posteriores al inicio de los síntomas reduce la duración de los síntomas del resfriado en aproximadamente 1 día en los adultos. [155] [156] Los efectos adversos de los suplementos de zinc por vía oral incluyen mal sabor y náuseas . [155] [156] El uso intranasal de aerosoles nasales que contienen zincse ha asociado con la pérdida del sentido del olfato ; [155] en consecuencia, en junio de 2009, la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (USFDA) advirtió a los consumidores que dejaran de usar zinc intranasal. [155]

El rinovirus humano  , el patógeno viral más común en los seres humanos, es la causa predominante del resfriado común. [157] El mecanismo de acción hipotético por el cual el zinc reduce la gravedad y / o la duración de los síntomas del resfriado es la supresión de la inflamación nasal y la inhibición directa de la unión del receptor rinoviral y la replicación rinoviral en la mucosa nasal . [155]

Aumento de peso [ editar ]

La deficiencia de zinc puede provocar pérdida de apetito. [158] El uso de zinc en el tratamiento de la anorexia se ha recomendado desde 1979. Al menos 15 ensayos clínicos han demostrado que el zinc mejoró el aumento de peso en la anorexia. Un ensayo de 1994 mostró que el zinc duplicó la tasa de aumento de masa corporal en el tratamiento de la anorexia nerviosa. La deficiencia de otros nutrientes como tirosina, triptófano y tiamina podría contribuir a este fenómeno de "desnutrición inducida por desnutrición". [159]Un metanálisis de 33 ensayos de intervención prospectivos con respecto a la suplementación con zinc y sus efectos sobre el crecimiento de los niños en muchos países mostró que la suplementación con zinc por sí sola tuvo un efecto estadísticamente significativo sobre el crecimiento lineal y el aumento de peso corporal, lo que indica que otras deficiencias que pueden haber estado presentes no fueron responsables del retraso del crecimiento. [160]

Otro [ editar ]

Una revisión Cochrane indicó que las personas que toman suplementos de zinc pueden tener menos probabilidades de progresar a la degeneración macular relacionada con la edad . [161] El suplemento de zinc es un tratamiento eficaz para la acrodermatitis enteropática , un trastorno genético que afecta la absorción de zinc y que anteriormente era fatal para los bebés afectados. [56] La deficiencia de zinc se ha asociado con el trastorno depresivo mayor (TDM) y los suplementos de zinc pueden ser un tratamiento eficaz. [162]

Uso tópico [ editar ]

Las preparaciones tópicas de zinc incluyen las que se usan en la piel, a menudo en forma de óxido de zinc . Las preparaciones de zinc pueden proteger contra las quemaduras solares en verano y las quemaduras por viento en invierno. [56] Si se aplica una capa fina en el área del pañal del bebé ( perineo ) con cada cambio de pañal, puede proteger contra la dermatitis del pañal . [56]

El zinc quelado se usa en pastas dentales y enjuagues bucales para prevenir el mal aliento ; El citrato de zinc ayuda a reducir la acumulación de cálculos (sarro). [163] [164]

La piritiona de zinc se incluye ampliamente en los champús para prevenir la caspa. [165]

También se ha demostrado que el zinc tópico trata eficazmente y prolonga la remisión del herpes genital . [166]

Papel biológico [ editar ]

El zinc es un oligoelemento esencial para los seres humanos [167] [168] [169] y otros animales, [170] para las plantas [98] y para los microorganismos . [171] El zinc es necesario para la función de más de 300 enzimas y 1000 factores de transcripción , [169] y se almacena y transfiere en metalotioneínas . [172] [173] Es el segundo metal traza más abundante en humanos después del hierro y es el único metal que aparece en todas las clases de enzimas . [98] [169]

En las proteínas, los iones de zinc a menudo se coordinan con las cadenas laterales de aminoácidos del ácido aspártico , ácido glutámico , cisteína e histidina . La descripción teórica y computacional de esta unión de zinc en proteínas (así como la de otros metales de transición) es difícil. [174]

Aproximadamente de 2 a 4  gramos de zinc [175] se distribuyen por todo el cuerpo humano. La mayor parte del zinc se encuentra en el cerebro, los músculos, los huesos, los riñones y el hígado, con las concentraciones más altas en la próstata y partes del ojo. [176] El semen es particularmente rico en zinc, un factor clave en la función de la glándula prostática y el crecimiento de los órganos reproductores . [177]

La homeostasis del zinc en el cuerpo está controlada principalmente por el intestino. Aquí, ZIP4 y especialmente TRPM7 se relacionaron con la absorción intestinal de zinc esencial para la supervivencia posnatal. [178] [179]

En los seres humanos, las funciones biológicas del zinc son omnipresentes. [9] [168] Interactúa con "una amplia gama de ligandos orgánicos ", [9] y tiene funciones en el metabolismo del ARN y el ADN, la transducción de señales y la expresión génica . También regula la apoptosis . Una revisión de 2015 indicó que alrededor del 10% de las proteínas humanas (~ 3000) se unen al zinc, [180] además de cientos más que el zinc para el transporte y el tráfico; un estudio in silico similar en la planta Arabidopsis thaliana encontró 2367 proteínas relacionadas con el zinc. [98]

En el cerebro , el zinc se almacena en vesículas sinápticas específicas por las neuronas glutamatérgicas y puede modular la excitabilidad neuronal. [168] [169] [181] Desempeña un papel clave en la plasticidad sináptica y, por tanto, en el aprendizaje. [168] [182] La homeostasis del zinc también juega un papel fundamental en la regulación funcional del sistema nervioso central . [168] [181] [169] Se cree que la desregulación de la homeostasis del zinc en el sistema nervioso central que resulta en concentraciones excesivas de zinc sináptico induce neurotoxicidada través del estrés oxidativo mitocondrial (p. ej., al interrumpir ciertas enzimas involucradas en la cadena de transporte de electrones , incluido el complejo I , el complejo III y α-cetoglutarato deshidrogenasa ), la desregulación de la homeostasis del calcio, la excitotoxicidad neuronal glutamatérgica y la interferencia con la transducción de señales intraneuronales . [168] [183] L- y D-histidina facilitan la captación de zinc en el cerebro. [184] SLC30A3 es el transportador de zinc principal involucrado en la homeostasis cerebral del zinc. [168]

Enzimas [ editar ]

Diagrama de cinta de la anhidrasa carbónica humana II, con un átomo de zinc visible en el centro
Los dedos de zinc ayudan a leer las secuencias de ADN.

El zinc es un ácido de Lewis eficiente , lo que lo convierte en un agente catalítico útil en la hidroxilación y otras reacciones enzimáticas. [185] El metal también tiene una geometría de coordinación flexible , que permite que las proteínas que lo utilizan cambien rápidamente las conformaciones para realizar reacciones biológicas. [186] Dos ejemplos de enzimas que contienen zinc son la anhidrasa carbónica y la carboxipeptidasa , que son vitales para los procesos del dióxido de carbono ( CO
2
) regulación y digestión de proteínas, respectivamente. [187]

En la sangre de vertebrados, la anhidrasa carbónica convierte el CO
2
en bicarbonato y la misma enzima transforma el bicarbonato de nuevo en CO
2
para exhalar a través de los pulmones. [188] Sin esta enzima, esta conversión ocurriría aproximadamente un millón de veces más lenta [189] al pH sanguíneo normal de 7 o requeriría un pH de 10 o más. [190] La anhidrasa β-carbónica no relacionada es necesaria en las plantas para la formación de hojas, la síntesis de ácido indol acético (auxina) y la fermentación alcohólica . [191]

La carboxipeptidasa escinde los enlaces peptídicos durante la digestión de proteínas. Se forma un enlace covalente coordinado entre el péptido terminal y un grupo C = O unido al zinc, lo que le da al carbono una carga positiva. Esto ayuda a crear un bolsillo hidrofóbico en la enzima cerca del zinc, que atrae la parte no polar de la proteína que se digiere. [187]

Señalización [ editar ]

El zinc ha sido reconocido como un mensajero, capaz de activar vías de señalización. Muchas de estas vías proporcionan la fuerza impulsora del crecimiento anormal del cáncer. Se pueden apuntar a través de transportadores ZIP . [192]

Otras proteínas [ editar ]

El zinc cumple una función puramente estructural en los dedos , giros y racimos de zinc . [193] Los dedos de zinc forman parte de algunos factores de transcripción , que son proteínas que reconocen las secuencias de bases del ADN durante la replicación y transcripción del ADN . Cada uno de los nueve o diez Zn2+
Los iones en un dedo de zinc ayudan a mantener la estructura del dedo al unirse coordinadamente a cuatro aminoácidos en el factor de transcripción. [189] El factor de transcripción envuelve la hélice de ADN y usa sus dedos para unirse con precisión a la secuencia de ADN. [ cita requerida ]

En el plasma sanguíneo , el zinc se une ay es transportado por la albúmina (60%, baja afinidad) y la transferrina (10%). [175] Debido a que la transferrina también transporta hierro, el hierro excesivo reduce la absorción de zinc y viceversa. Existe un antagonismo similar con el cobre. [194] La concentración de zinc en el plasma sanguíneo se mantiene relativamente constante independientemente de la ingesta de zinc. [185] Las células de la glándula salival, la próstata, el sistema inmunológico y el intestino utilizan señales de zinc para comunicarse con otras células. [195]

El zinc se puede retener en las reservas de metalotioneína dentro de los microorganismos o en los intestinos o el hígado de los animales. [196] La metalotioneína en las células intestinales es capaz de ajustar la absorción de zinc en un 15 a 40%. [197] Sin embargo, la ingesta inadecuada o excesiva de zinc puede ser perjudicial; el exceso de zinc perjudica particularmente la absorción de cobre porque la metalotioneína absorbe ambos metales. [198]

El transportador de dopamina humano contiene un sitio de unión de zinc extracelular de alta afinidad que, tras la unión de zinc, inhibe la recaptación de dopamina y amplifica la salida de dopamina inducida por anfetamina in vitro . [199] [200] [201] El transportador de serotonina humana y el transportador de norepinefrina no contienen sitios de unión al zinc. [201] Algunas proteínas de unión a calcio de mano EF , como S100 o NCS-1 , también pueden unirse a iones de zinc. [202]

Nutrición [ editar ]

Recomendaciones dietéticas [ editar ]

El Instituto de Medicina de EE. UU. (IOM) actualizó los requisitos promedio estimados (EAR) y las cantidades dietéticas recomendadas (RDA) de zinc en 2001. Las EAR actuales para el zinc para mujeres y hombres de 14 años en adelante son de 6,8 y 9,4 mg / día, respectivamente. Las dosis diarias recomendadas son 8 y 11 mg / día. Las RDA son más altas que las EAR para identificar los montos que cubrirán a las personas con requisitos superiores al promedio. La dosis diaria recomendada para el embarazo es de 11 mg / día. La dosis diaria recomendada de lactancia es de 12 mg / día. Para bebés de hasta 12 meses, la dosis diaria recomendada es de 3 mg / día. Para los niños de 1 a 13 años, la dosis diaria recomendada aumenta con la edad de 3 a 8 mg / día. En cuanto a la seguridad, el IOM establece niveles máximos de ingesta tolerables(UL) para vitaminas y minerales cuando la evidencia sea suficiente. En el caso del zinc, el UL para adultos es de 40 mg / día (más bajo para los niños). En conjunto, las EAR, RDA, AI y UL se denominan ingestas dietéticas de referencia (DRI). [185]

La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) se refiere al conjunto colectivo de información como Valores de Referencia Dietéticos, con Ingesta de Referencia de la Población (PRI) en lugar de RDA, y Requisito Promedio en lugar de EAR. AI y UL se definen igual que en los Estados Unidos. Para las personas mayores de 18 años, los cálculos del PRI son complejos, ya que la EFSA ha establecido valores cada vez más altos a medida que aumenta el contenido de fitato de la dieta. Para las mujeres, los PRI aumentan de 7,5 a 12,7 mg / día a medida que la ingesta de fitato aumenta de 300 a 1200 mg / día; para los hombres, el rango es de 9,4 a 16,3 mg / día. Estos PRI son más altos que las RDA de EE. UU. [203] La EFSA revisó la misma pregunta de seguridad y estableció su UL en 25 mg / día, que es mucho más bajo que el valor de EE. UU. [204]

Para propósitos de etiquetado de alimentos y suplementos dietéticos en EE. UU., La cantidad en una porción se expresa como un porcentaje del valor diario (% DV). Para fines de etiquetado de zinc, el 100% del valor diario fue de 15 mg, pero el 27 de mayo de 2016 se modificó a 11 mg. [205] [206] El 1 de enero de 2020 exigía el cumplimiento de las reglamentaciones de etiquetado actualizadas para los fabricantes con ventas anuales de alimentos por valor de 10 millones de dólares EE.UU. o más, y el 1 de enero de 2021 para los fabricantes con ventas de alimentos de menor volumen. [207] [208] Se proporciona una tabla de los valores diarios de adultos nuevos y antiguos en Ingesta diaria de referencia .

Ingesta dietética [ editar ]

Alimentos y especias que contienen zinc

Los productos de origen animal como la carne, el pescado, los mariscos, las aves de corral, los huevos y los lácteos contienen zinc. La concentración de zinc en las plantas varía con el nivel en el suelo. Con una cantidad adecuada de zinc en el suelo, las plantas alimenticias que contienen más zinc son el trigo (germen y salvado) y varias semillas, como sésamo , amapola , alfalfa , apio y mostaza . [209] El zinc también se encuentra en frijoles , nueces , almendras , cereales integrales , semillas de calabaza , semillas de girasol y grosella negra . [210]

Otras fuentes incluyen alimentos enriquecidos y suplementos dietéticos en diversas formas. Una revisión de 1998 concluyó que el óxido de zinc, uno de los suplementos más comunes en los Estados Unidos, y el carbonato de zinc son casi insolubles y se absorben mal en el cuerpo. [211] Esta revisión citó estudios que encontraron concentraciones de zinc en plasma más bajas en los sujetos que consumieron óxido de zinc y carbonato de zinc que en aquellos que tomaron acetato de zinc y sales de sulfato. [211] Sin embargo, para la fortificación, una revisión de 2003 recomendó los cereales (que contienen óxido de zinc) como una fuente económica y estable que se absorbe tan fácilmente como las formas más caras. [212]Un estudio de 2005 encontró que varios compuestos de zinc, incluidos el óxido y el sulfato, no mostraron diferencias estadísticamente significativas en la absorción cuando se agregaron como fortificantes a las tortillas de maíz. [213]

Deficiencia [ editar ]

Casi dos mil millones de personas en el mundo en desarrollo tienen deficiencia de zinc. Los grupos en riesgo incluyen niños en países en desarrollo y ancianos con enfermedades crónicas. [10] En los niños, provoca un aumento de la infección y la diarrea y contribuye a la muerte de unos 800.000 niños en todo el mundo por año. [9] La Organización Mundial de la Salud aboga por la suplementación con zinc para la desnutrición severa y la diarrea. [214] Los suplementos de zinc ayudan a prevenir enfermedades y reducir la mortalidad, especialmente entre los niños con bajo peso al nacer o retraso en el crecimiento. [214] Sin embargo, los suplementos de zinc no deben administrarse solos, porque muchos en el mundo en desarrollo tienen varias deficiencias y el zinc interactúa con otros micronutrientes. [215]Si bien la deficiencia de zinc generalmente se debe a una ingesta dietética insuficiente, puede asociarse con malabsorción , acrodermatitis enteropática , enfermedad hepática crónica, enfermedad renal crónica, enfermedad de células falciformes, diabetes, neoplasias malignas y otras enfermedades crónicas. [10]

En los Estados Unidos, una encuesta federal sobre el consumo de alimentos determinó que para mujeres y hombres mayores de 19 años, el consumo promedio fue de 9,7 y 14,2 mg / día, respectivamente. Para las mujeres, el 17% consumió menos que el EAR, para los hombres el 11%. Los porcentajes por debajo de EAR aumentaron con la edad. [216] La actualización más reciente publicada de la encuesta (NHANES 2013-2014) informó promedios más bajos - 9,3 y 13,2 mg / día - nuevamente con la ingesta disminuyendo con la edad. [217]

Los síntomas de la deficiencia leve de zinc son diversos. [185] Los resultados clínicos incluyen crecimiento deprimido, diarrea, impotencia y retraso en la maduración sexual, alopecia , lesiones oculares y cutáneas, deterioro del apetito, alteración de la cognición, deterioro de las funciones inmunitarias, defectos en la utilización de carbohidratos y teratogénesis reproductiva . [185] La deficiencia de zinc deprime la inmunidad, [218] pero el zinc excesivo también lo hace. [175]

A pesar de algunas preocupaciones, [219] los vegetarianos y veganos occidentales no sufren más de deficiencia manifiesta de zinc que los consumidores de carne. [220] Las principales fuentes vegetales de zinc incluyen frijoles secos cocidos, vegetales marinos, cereales fortificados, alimentos de soya, nueces, guisantes y semillas. [219] Sin embargo, los fitatos en muchos granos integrales y fibras pueden interferir con la absorción de zinc y la ingesta marginal de zinc tiene efectos poco conocidos. El fitato quelante de zinc , que se encuentra en las semillas y el salvado de cereales , puede contribuir a la malabsorción de zinc. [10] Alguna evidencia sugiere que se puede necesitar más de la dosis diaria recomendada de EE. UU. (8 mg / día para mujeres adultas; 11 mg / día para hombres adultos) en aquellos cuya dieta es alta en fitatos, como algunos vegetarianos. [219] Las directrices de la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) intentan compensar esto recomendando una mayor ingesta de zinc cuando la ingesta dietética de fitatos es mayor. [203] Estas consideraciones deben sopesarse con la escasez de biomarcadores de zinc adecuados , y el indicador más utilizado, el zinc plasmático, tiene poca sensibilidad y especificidad . [221]

Remediación del suelo [ editar ]

Las especies de Calluna , Erica y Vaccinium pueden crecer en suelos metalíferos de zinc, porque la acción de los hongos micorrízicos ericoides previene la translocación de iones tóxicos . [222]

Agricultura [ editar ]

La deficiencia de zinc parece ser la deficiencia de micronutrientes más común en las plantas de cultivo; es particularmente común en suelos de pH alto. [223] El suelo deficiente en zinc se cultiva en las tierras de cultivo de aproximadamente la mitad de Turquía e India, un tercio de China y la mayor parte de Australia Occidental. Se han informado respuestas sustanciales a la fertilización con zinc en estas áreas. [98] Las plantas que crecen en suelos con deficiencia de zinc son más susceptibles a las enfermedades. El zinc se agrega al suelo principalmente a través de la erosión de las rocas, pero los humanos han agregado zinc a través de la combustión de combustibles fósiles, desechos de minas, fertilizantes fosfatados, pesticidas ( fosfuro de zinc), piedra caliza, estiércol, lodos de depuradora y partículas de superficies galvanizadas. El exceso de zinc es tóxico para las plantas, aunque la toxicidad del zinc está mucho menos extendida. [98]

Precauciones [ editar ]

Toxicidad [ editar ]

Aunque el zinc es un requisito esencial para la buena salud, el exceso de zinc puede ser perjudicial. La absorción excesiva de zinc suprime la absorción de cobre y hierro. [198] El ion zinc libre en solución es altamente tóxico para plantas, invertebrados e incluso peces vertebrados. [224] El modelo de actividad de iones libres está bien establecido en la literatura y muestra que solo cantidades micromolares del ión libre matan a algunos organismos. Un ejemplo reciente mostró que 6 micromolar matan al 93% de todas las Daphnia en agua. [225]

El ion de zinc libre es un ácido de Lewis poderoso hasta el punto de ser corrosivo . El ácido del estómago contiene ácido clorhídrico , en el que el zinc metálico se disuelve fácilmente para dar cloruro de zinc corrosivo. La ingestión de un centavo estadounidense posterior a 1982 (97,5% de zinc) puede dañar el revestimiento del estómago debido a la alta solubilidad del ion zinc en el estómago ácido. [226]

La evidencia muestra que las personas que toman de 100 a 300 mg de zinc al día pueden sufrir una deficiencia de cobre inducida . Un ensayo de 2007 observó que los hombres de edad avanzada que tomaban 80 mg al día eran hospitalizados por complicaciones urinarias con más frecuencia que los que tomaban un placebo. [227] Los niveles de 100 a 300 mg pueden interferir con la utilización de cobre y hierro o afectar de manera adversa el colesterol. [198] El zinc en exceso de 500 ppm en el suelo interfiere con la absorción por la planta de otros metales esenciales, como el hierro y el manganeso. [99] condición A llamó a los batidos de zinc o "escalofríos zinc" pueden ser inducidas por la inhalación de los vapores de zinc, mientras que la soldadura fuerte o soldadura de materiales galvanizados. [130] El zinc es un ingrediente común deCrema para dentaduras postizas que puede contener entre 17 y 38 mg de zinc por gramo. Se han denunciado discapacidades e incluso muertes por el uso excesivo de estos productos. [228]

La Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) afirma que el zinc daña los receptores nerviosos de la nariz y causa anosmia . También se observaron informes de anosmia en la década de 1930 cuando se utilizaron preparaciones de zinc en un intento fallido de prevenir las infecciones por polio . [229] El 16 de junio de 2009, la FDA ordenó la eliminación de los productos para el resfriado intranasal a base de zinc de los estantes de las tiendas. La FDA dijo que la pérdida del olfato puede poner en peligro la vida porque las personas con problemas de olfato no pueden detectar fugas de gas o humo y no pueden saber si los alimentos se han echado a perder antes de comerlos. [230]

Investigaciones recientes sugieren que la piritiona de zinc antimicrobiana tópica es un potente inductor de respuesta al choque térmico que puede dañar la integridad genómica con la inducción de crisis de energía dependiente de PARP en queratinocitos y melanocitos humanos cultivados . [231]

Envenenamiento [ editar ]

En 1982, la Casa de la Moneda de los Estados Unidos comenzó a acuñar monedas de un centavo recubiertas de cobre pero que contenían principalmente zinc. Los centavos de zinc presentan un riesgo de toxicosis por zinc, que puede ser fatal. Un caso informado de ingestión crónica de 425 centavos (más de 1 kg de zinc) resultó en la muerte debido a sepsis bacteriana y fúngica gastrointestinal . Otro paciente que ingirió 12 gramos de zinc solo mostró letargo y ataxia (falta grave de coordinación de los movimientos musculares). [232] Se han informado varios otros casos de seres humanos que sufrieron intoxicación por zinc por la ingestión de monedas de zinc. [233] [234]

Los perros a veces ingieren centavos y otras monedas pequeñas, lo que requiere la extracción veterinaria de los objetos extraños. El contenido de zinc de algunas monedas puede causar toxicidad por zinc, comúnmente fatal en perros a través de anemia hemolítica severa y daño hepático o renal; los vómitos y la diarrea son posibles síntomas. [235] El zinc es muy tóxico para los loros y el envenenamiento a menudo puede ser fatal. [236] El consumo de jugos de frutas almacenados en latas galvanizadas ha provocado intoxicaciones masivas de loros con zinc. [56]

Ver también [ editar ]

  • Lista de países por producción de zinc
  • Zinc técnico
  • Mancha de almacenamiento húmedo
  • Galvanoplastia de aleación de zinc
  • Fiebre de humos metálicos

Notas explicativas [ editar ]

  1. Unbarco de la Compañía de las Indias Orientales que transportaba un cargamento de zinc metálico casi puro procedente de Oriente se hundió frente a la costa de Suecia en 1745 ( Emsley 2001 , p. 502).
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Enlaces externos [ editar ]

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  • Hoja informativa sobre el zinc de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU .
  • Historia y etimología del zinc
  • Estadísticas e información del Servicio Geológico de EE. UU.
  • Agentes reductores> Zinc
  • American Zinc Association Información sobre los usos y propiedades del zinc.
  • ISZB International Society for Zinc Biology, fundada en 2008. Una organización internacional sin fines de lucro que reúne a científicos que trabajan en las acciones biológicas del zinc.
  • Zinc-UK Fundada en 2010 para reunir a científicos del Reino Unido que trabajan en zinc.
  • Zinc en la tabla periódica de videos (Universidad de Nottingham)
  • ZincBind : una base de datos de sitios biológicos de unión de zinc.