Zn là nguyên tố gì? Zn hóa trị mấy? Trong chương trình hóa học lớp 12 các em sẽ có một riêng dành cho nguyên tố hóa học Zinc trong bảng tuần hoàn. Để giúp các em học có kiến thức đầy đủ nhất về nguyên tố này, bài viết này Admin sẽ tổng hợp đầy đủ các kiến thức về Zinc (Zn).
Zn là nguyên tố gì?
Zinc (Kẽm) là một nguyên tố kim loại lưỡng tính thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp. Trên bảng tuần hoàn hóa học, Zinc là nguyên tố nằm ở vị trí thứ 30, trong nhóm 12 (IIB) thì Zn đứng đầu tiên. Zinc là một nguyên tố phổ biến trên Trái Đất, chiếm vị trí thứ 24 với tỷ lệ 0,0075% (75ppm) trong vỏ Trái Đất. Nồng độ Zinc trong nước biển là khoảng 30 ppb và trong khí quyển là 0,1-4 µg/m^3.
Zn là nguyên tố gì?
Trong tự nhiên, Zinc thường được tìm thấy kết hợp với các kim loại khác như đồng và chì trong quặng. Zinc cũng tạo ra quặng Sphalerit khi kết hợp với sulfur, đó là loại quặng chứa nhiều Zinc nhất với hàm lượng lên đến 60%. Ngoài ra, Zinc cũng có mặt trong một số loại quặng khác như smithsonit (Zinc carbonate), hemimorphite (Zinc silicate), wurtzite (loại Zinc sulfide khác) và hydrozincite (Zinc carbonate).
Ngoài ra, Zinc còn là một nguyên tố quan trọng đối với sự sống, là một chất khoáng cần thiết cho cơ thể. Zinc đóng vai trò quan trọng trong quá trình tăng trưởng và phân chia tế bào, tham gia vào cấu trúc và duy trì chức năng của nhiều bộ phận trong cơ thể.
Nguồn gốc xuất hiện của Zn (Kẽm)
Vào khoảng năm 1374, Zinc đã được công nhận là một kim loại và được gọi là “Fasada” trong y học Lexicon của vua Hindu Madanapalle. Lịch sử khám phá và khai thác Zinc có từ xa xưa. Lần đầu tiên, Zinc tinh khiết được phát hiện tại Zawar, Rajasthan, khoảng thế kỷ IX. Vào thế kỷ XII, Ấn Độ đã sản xuất Zinc nguyên chất quy mô lớn.
Đến cuối thế kỷ XVI, Zinc đã xuất hiện rộng rãi ở Châu Âu. Đến năm 1746, nhà hóa học người Đức, Andreas Sigismund Marggraf, đã được công nhận đã thành công trong việc tách riêng Zinc kim loại tinh khiết. Tiếp theo, vào năm 1800, Luigi Galvani và Alessandro Volta đã phát hiện ra các đặc tính điện hóa học của Zinc, mở ra những khám phá quan trọng trong lĩnh vực này.
Zn hóa trị mấy?
Do số electron ở lớp ngoài cùng của nguyên tố Zn (Zinc) là 2, vì vậy mà nó có hóa trị là 2. Nó dễ mất 2e hơn nhận thêm 6e, nên phân tử Zn tạo ra ion $Zn^{2+}$.
Tính chất vật lý của Kẽm (Zn) là gì?
Zinc có màu trắng xanh, óng ánh và nghịch từ, tuy nhiên Zinc phẩm cấp thương mại lại có Zinc có màu trắng xanh đặc trưng, mang theo một sự ánh kim và nghịch từ. Tuy nhiên, Zinc sản phẩm thương mại thường có màu xám xỉn.
Tính chất vật lý của Kẽm (Zn) là gì?
Zinc có cấu trúc tinh thể loãng và thuộc loại sáu phương, với một mạng lưới hexagonal không đều. Mỗi nguyên tử Zinc có sáu nguyên tử gần nhất (cách nhau khoảng 265,9 pm) trong mặt phẳng của chúng, và cũng có sáu nguyên tử khác tại khoảng cách hơn 290,6 pm.
Kẽm là một chất dẫn điện khá tốt. Kim loại Zinc có độ cứng tương đối và dễ vỡ ở hầu hết các nhiệt độ, tuy nhiên, khi đạt đến khoảng 100 đến $150^0C$, nó trở nên dễ uốn. Khi vượt qua nhiệt độ $210^0C$, kim loại Zinc lại trở nên dễ vỡ và có thể bị tán nhỏ bằng lực.
Các thông số vật lý của Zinc:
- Khối lượng nguyên tử: 65,39 mol/l
- Khối lượng riêng: $7,13 g/cm^3$.
- Điểm nóng chảy: $419,5^0C (787,1^0F)$.
- Điểm sôi: $907^0C$. Điểm sôi của Zinc khá thấp, nằm trong số những điểm sôi thấp nhất.
- Độ dẫn điện: 1,6
- Số oxi hóa: +2
- Trạng thái: Rắn
- Cấu hình electron: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3^{10} 4s^2$
- Nhiệt dung riêng: $0,388JK^{-1}g^{-1}$
- Độ cứng theo thang Mohs: 2,5
- Điện trở suất: $0,0596.10^{-6}Ω.m$
- Đồng vị bền: 5
- Đồng vị không bền: 10
Các tính chất hóa học của Zn (Kẽm)
Các tính chất hóa học của Zinc (Zinc)
Zinc là một kim loại có mức độ hoạt động hóa học ở mức trung bình. Nó là một chất có tính oxi hóa mạnh. Vì vậy, khi Zinc cháy trong không khí sẽ tạo ra khối Zinc oxide mà ngọn lửa có màu xanh lục khá đặc biệt.
$2Zn + O_2 → 2ZnO$
Zinc cũng là một kim loại có khả năng phản ứng tốt với các acid, kiềm và một số phi kim khác.
- Khi tác dụng với acid:
$Zn + H_2SO_4 → 2H_2O + SO_2 + ZnSO_4$
- Khi tác dụng với dung dịch kiềm:
$Zn + 2NaOH → Na_2ZnO_2 + H_2$
- Khi tác dụng với phi kim:
$Zn + Cl_2 → ZnCl_2$
Zinc cũng có thể tác dụng với nước, nhưng ở điều kiện thường thì gần như là không xảy ra phản ứng. Bởi trên bề mặt Zinc có màng bảo vệ Hydrozincite ($Zn_5(OH)_6(CO_3)_2$). Zinc có tính chất hóa học tương tự như một số kim loại chuyển tiếp khác nằm ở vị trí cuối cùng của hàng đầu tiên như: Copper, Nickel.
Trạng thái tự nhiên của Kẽm
Zinc được khai thác nhiều nhất từ quặng Sphalerit, còn được gọi là ZnS (sunfua). Quặng này phân bố rộng rãi ở nhiều quốc gia trên thế giới. Tuy nhiên, các nước chủ yếu tập trung khai thác Zinc là Úc, Mỹ, Canada, và Iran, đồng thời các quốc gia này cũng có trữ lượng Zinc lớn nhất.
Trạng thái tự nhiên của Kẽm
Zinc là một kim loại rất quan trọng và được sử dụng rộng rãi. Với sản lượng hàng năm khoảng 13 triệu tấn, Zinc đứng thứ tư trong danh sách các kim loại được khai thác và sản xuất nhiều nhất trên thế giới. Chỉ sau Iron, Aluminium và Copper, Zinc là một trong những kim loại quan trọng nhất trong ngành công nghiệp.
Trên toàn cầu, khoảng 95% lượng Zinc được khai thác từ quặng Sphalerit (ZnS) sulfide. Thường thì Zinc trong quặng Sphalerit sẽ kết hợp với các kim loại khác như Copper, Lead và Iron sulfide. Quá trình tách riêng Zinc từ các quặng này được thực hiện thông qua các phương pháp công nghiệp như quá trình nấu chảy và nhuộm điện.
Phương pháp sản xuất, điều chế Kẽm (Zn)
Như chúng ta đã chia sẻ ở trên thì Zinc là nguyên tố có tính phổ biến và nó đứng thứ 4 thế giới sau: Iron, Copper, Aluminium. Hiện nay, khoảng 70% Zinc được sử dụng từ hoạt động khai thác quặng Zinc và 30% còn lại từ hoạt động tái chế. Trong đó 95% Zinc được khai thác từ quặng Sulfide.
Sau khi quặng Zinc được khai thác, người ta sẽ tiến hành nghiền nhỏ và đưa vào xử lý qua nhiều công đoạn. Cuối cùng sẽ thu được kim loại Zinc tinh khiết.
Bắt đầu chuyển Zinc sulfide thành Zinc oxide với sự góp mặt của Oxygen:
2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2.
Tiếp tục, sẽ tiến hành khử Zinc oxide bằng Carbon hoặc CO ở điều kiện nhiệt độ là $950^0C$. Khi đó kim loại Zinc được hình thành ở dạng hơi và đem ngưng tụ lại trong bình.
$2ZnO + C → 2Zn + CO_2$
Hoặc $2ZnO + 2CO → 2Zn + 2 CO_2$
Ngoài phương pháp điều chế Zinc ở trên, người ta còn điều chế Zinc bằng cách khử ZnO bằng cách sử dụng $H_2SO_4$. Sau đó sẽ tiến hành điện phân để thu được Zinc tinh khiết.
$ZnO + H_2SO_4 → ZnSO_4 + H_2O$
$2ZnSO_4 + 2H_2O → 2Zn + 2 H_2SO_4 + O_2$
Các ứng dụng của Zn (Kẽm) hiện nay
Ứng dụng trong ngành công nghiệp
Trong công nghiệp, Zinc là kim loại được đưa vào ứng dụng rộng rãi với nhiều lĩnh vực khác nhau như:
Ứng dụng của Zinc trong ngành công nghiệp
Tạo hợp kim
Zinc được sử dụng rộng rãi trong việc tạo hợp kim. Một hợp kim phổ biến của Zinc là đồng thau, gồm Copper và Zinc với nồng độ từ 3 – 45%. Hợp kim Zinc – Copper thường được sử dụng trong các thiết bị truyền thông, chế tạo dụng cụ âm nhạc, van nước và hợp kim Zinc – Copper – Aluminium – Magnesium được sử dụng cho đúc áp lực. Hợp kim Zinc-cadm tellurua (CZT) là một loại hợp kim bán dẫn được sử dụng trong các thiết bị cảm ứng nhỏ.
Vật liệu chống ăn mòn
Zinc được sử dụng làm chất chống ăn mòn chính. Kẽm có tính năng oxy hóa dễ hơn sắt và thép, do đó nó có khả năng phản ứng mạnh hơn. Vì vậy, Zinc thường được sử dụng để mạ bảo vệ các vật liệu bằng sắt và thép. Mạ kẽm thường được áp dụng trên rào kẽm gai, cầu treo, mái kim loại, thiết bị trao đổi nhiệt, các bộ phận của ô tô và thân tàu biển để ngăn chặn quá trình bào mòn.
Hợp chất của Zinc cũng có nhiều ứng dụng trong công nghiệp
- Zinc oxide được sử dụng làm chất tạo màu trắng trong sơn và làm chất xúc tác trong công nghiệp chế biến cao su.
- Zinc chloride được sử dụng làm chất khử mùi.
- Zinc sulfide (ZnS) được sử dụng làm chất phát quang màu trong sơn và màn hình tivi.
- Zinc dimethyl ($Zn(CH_3)_2$) được sử dụng trong nhiều phản ứng tổng hợp hữu cơ.
Vai trò của Kẽm với sức khỏe con người
Zinc là một chất khoáng vi lượng rất quan trọng đối với sinh vật và con người. Nó có vai trò quan trọng trong nhiều khía cạnh sức khỏe:
Vai trò của Kẽm với sức khỏe con người
- Tạo cấu trúc tế bào và hỗ trợ các quá trình enzyme: Zinc tham gia vào cấu trúc của tế bào và là thành phần cấu tạo của hơn 80 loại enzym khác nhau trong cơ thể.
- Phát triển não bộ: Zinc cần thiết cho hoạt động của não bộ, đặc biệt là trung tâm bộ nhớ. Ở trẻ nhỏ, việc cung cấp đủ Kẽm giúp não bộ phát triển tốt nhất, tăng cường nhận thức và trí thông minh. Ở người trưởng thành, Kẽm giúp phục hồi sức khỏe não bộ sau chấn thương. Zinc cùng với vitamin B6 đảm bảo dẫn truyền xung thần kinh hiệu quả.
- Tạo hormone và điều hòa glucose: Zinc tham gia vào việc tạo ra nhiều hormone trong cơ thể, đặc biệt là hormone giới tính. Ngoài ra, Zinc là thành phần không thể thiếu để sản xuất insulin – hormone giúp điều chỉnh nồng độ glucose trong máu.
- Chuyển hóa chất trong cơ thể: Zinc tham gia vào quá trình chuyển hóa các nguyên tố vi lượng khác như magie, đồng, nhôm. Đồng thời, nó có tác dụng ức chế độc tính của các kim loại nặng như asen, cadimi.
- Tác động đến sức khỏe da, tóc, móng và hệ miễn dịch: Zinc là một thành phần cấu tạo da, tóc, móng. Nó cũng kích thích tiêu hóa, tăng cảm giác ngon miệng và tăng cường hệ miễn dịch. Zinc cũng có vai trò trong việc phòng ngừa thoái hóa giác mạc ở mắt.
- Phát triển thai nhi và trẻ nhỏ: Zinc rất quan trọng cho sự phát triển tế bào, tổng hợp các chất trong cơ thể, sản xuất ADN, ARN, tổng hợp protein và cấu trúc hệ thống xương. Vì vậy, Kẽm giúp thai nhi phát triển toàn diện về thể chất, cân nặng và trí tuệ. Thiếu Kẽm có thể dẫn đến tình trạng chậm phát triển và nhẹ cân ở thai nhi.
Một số nguồn thực phẩm giàu Kẽm
Có nhiều thực phẩm có chứa Zinc mà chúng ta có thể bổ sung vào chế độ ăn uống hàng ngày. Dưới đây là một số nguồn thực phẩm giàu Kẽm:
Một số nguồn thực phẩm giàu Kẽm
- Hạt và hạt chứa Zinc cao, bao gồm hạt hướng dương, hạt bí, hạt bơ, hạt lanh và hạt mè.
- Thực phẩm họ lúa mì như gạo lứt, lúa mạch, lúa mì, và lúa mì nguyên cám.
- Hải sản và đặc biệt là hàu, tôm, cua, cá hồi và cá ngừ.
- Thịt và gia cầm, bao gồm thịt bò, thịt heo, thịt gia cầm như gà và vịt.
- Sữa và sản phẩm sữa như sữa tươi, sữa chua và phô mai.
- Rau quả, đặc biệt là các loại rau lá xanh như rau cải xoăn, rau bó xôi, măng tây và rau mùi.
- Đậu và sản phẩm từ đậu như đậu nành, đậu đen và lạc.
- Trái cây như chuối, lựu, dứa và táo.
- Một số gia vị và thảo dược như hạt tiêu đen, húng quế, gừng và húng lủi.
Như vậy, bài viết trên Admin đã các em có câu trả lời cho các thắc mắc: “Zn là nguyên tố gì? Zn hóa trị mấy?”. Bên cạnh đó các em còn có thêm nhiều kiến thức bổ ích khác về tính chất vật lý, tính chất hóa học, cách điều chế và ứng dụng của Kẽm hiện nay. Theo dõi Admin đã đón đọc thêm nhiều kiến thức bổ ích về các nguyên tố trong bảng tuần hoàn hóa học nhé!
