Kẽm là gì? Vai trò, tính chất và các ứng dụng của Kẽm (Zn)?

1. Kẽm là gì?

Kẽm là một trong những kim loại chuyển tiếp quan trọng nhất trong tự nhiên. Kí hiệu hóa học của kẽm là Zn, và số nguyên tử của nó là 30. Nó nằm trong nhóm 12 của bảng tuần hoàn, và là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất với 5 đồng vị bền.

Kẽm là một nguyên tố quan trọng trong sản xuất hợp kim. Nó được sử dụng trong sản xuất pin, ống dẫn nước, máy tính, và nhiều sản phẩm công nghiệp khác. Ngoài ra, kẽm còn được sử dụng trong một số lĩnh vực khác như y tế và nông nghiệp.

Quặng kẽm phổ biến nhất là quặng sphalerit, một loại kẽm sulfide. Hầu hết lượng kẽm được khai thác tại khai mỏ ở Úc, Canada và Hoa Kỳ. Sau khi khai thác, quặng được tuyển nổi hoặc thiêu kết trước khi được điện phân để ra sản phẩm tinh khiết.

Kẽm là một kim loại đã được sử dụng trong sản xuất hợp kim trong vài thế kỷ trước khi phát hiện ra kẽm ở dạng nguyên tố riêng biệt. Đồng thau Palestin có từ thế kỷ 14 TCN đến thế kỷ 10 TCN chứa 23% kẽm. Ngoài ra, kẽm còn được sử dụng để tạo ra những món đồ trang sức, và cũng thường được sử dụng trong các bảo tàng.

Mặc dù có nhiều tính chất độc đáo, nhưng kẽm có một số đặc tính hóa học giống như là magnesi, vì ion của chúng có bán kính và số oxy hóa ở điều kiện thường (+2) như nhau. Ngoài ra, kẽm còn là một chất dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể, giúp tăng cường sức đề kháng và phát triển bộ não.

Tóm lại, kẽm là một nguyên tố quan trọng trong tự nhiên và có nhiều ứng dụng rộng rãi trong đời sống. Nó là một thành phần quan trọng trong sản xuất hợp kim và cũng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

2. Tính chất của kẽm:

2.1. Tính chất vật lí:

Kim loại kẽm là một chất rất quan trọng, có màu lam nhạt và ở nhiệt độ phòng, nó dễ bị vỡ. Tuy nhiên, khi được làm nóng ở nhiệt độ từ 100-150 độ C, nó lại trở nên dẻo hơn. Trong khi đó, khi được làm nóng ở nhiệt độ trên 200 độ C, nó lại trở nên giòn hơn. Điều này cho thấy kẽm là một kim loại dễ dàng điều chỉnh được tính chất vật lí của nó. Khối lượng riêng của kẽm là 7,13 g/cm3. Nhiệt độ nóng chảy của kẽm là 419,50C và nhiệt độ sôi của nó là 906ºC. Tính chất vật lí của kẽm được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt là trong sản xuất các hợp chất của kẽm.

Nhận biết

Kim loại kẽm có thể tan trong dung dịch NaOH và sinh ra khí không màu. Đây là một phương pháp đơn giản để nhận biết kẽm trong một hỗn hợp các chất.

Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2 [Zn(OH)4] + H2

2.2. Tính chất hóa học:

Ngoài tính chất vật lí, kim loại kẽm còn có tính chất hóa học đặc biệt. Kẽm là một kim loại hoạt động và có tính khử mạnh. Chính tính chất này đã làm cho kẽm trở thành một trong những kim loại quan trọng nhất trong công nghiệp.

Tác dụng với phi kim

Kim loại kẽm có thể tác dụng trực tiếp với nhiều phi kim. Kẽm có thể oxy hóa và khử một số phi kim, tùy thuộc vào điều kiện phản ứng.

2Zn + O2 → 2ZnO

Zn + Cl2 → ZnCl2

Trong đó, quá trình oxy hóa kẽm khi tác dụng với không khí sẽ tạo ra lớp oxit bền bảo vệ, ngăn không cho phản ứng tiếp tục xảy ra. Các phản ứng trên có thể được sử dụng trong quá trình sản xuất các hợp chất của kẽm.

Tác dụng với axit

Kẽm cũng có thể tác dụng với các dung dịch axit như HCl, H2SO4loãng:

Ví dụ: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Pt ion: Zn + 2H+ → Zn2+ + H2

(Zn khử ion H+ trong dung dịch axit thành hidro tự do).

Đối với dung dịch HNO3 và H2SO4 đặc, khi kết hợp với kẽm, chúng sẽ giúp giảm mức oxi hoá của N+5 và S+6 xuống những mức oxi hoá thấp hơn. Quá trình này được sử dụng trong quá trình sản xuất các hợp chất của kẽm.

Zn + 4HNO3 đ → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Tác dụng với H2O

Thường thì kẽm không có phản ứng gì với nước do trên bề mặt của nó có màng oxit bảo vệ. Tuy nhiên, khi kẽm được đặt trong nước biển, quá trình oxy hóa của nó sẽ tạo ra điện thế, và điện thế này được sử dụng trong các ứng dụng điện hóa.

Tác dụng với bazơ

Kim loại kẽm có thể tác dụng với dung dịch bazơ mạnh như NaOH, KOH, Ca(OH)2…. Quá trình này tạo ra khí hiđro và muối kẽm.

Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2

Trong các quá trình sản xuất hóa chất, kẽm được sử dụng rộng rãi làm chất khử, hoặc như một chất xúc tác. Kẽm cũng được sử dụng trong quá trình sản xuất pin điện hóa và làm chất xúc tác trong các quá trình sản xuất nhựa và sơn. Kim loại kẽm cũng được sử dụng rộng rãi trong ngành y tế, bao gồm trong các phản ứng tạo thành các hợp chất của kẽm và trong các sản phẩm thuốc. Trên đây là những tính chất cơ bản của kim loại kẽm và các ứng dụng của nó trong đời sống.

3. Ứng dụng của kẽm:

Kẽm là một trong những kim loại quan trọng nhất và có rất nhiều ứng dụng khác nhau trong cuộc sống và công nghiệp. Với những đặc tính độc đáo của nó, kẽm được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau, từ sản xuất máy móc, đồ gia dụng, đến các sản phẩm trang sức và nghệ thuật. Dưới đây là những ứng dụng chính của kẽm:

Kẽm là một kim loại có độ bền cao và chịu được áp lực và va đập mạnh mẽ. Do đó, kẽm được sử dụng để sản xuất các chi tiết máy móc, thiết bị điện tử, các sản phẩm trong ngành xây dựng và cơ khí. Ngoài ra, kẽm còn được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm thủ công như các đồ trang trí, chậu hoa, các sản phẩm nghệ thuật, v.v. Nhờ vào tính chất độ bền của nó, các sản phẩm được sản xuất từ kẽm đều có độ bền cao và có thể sử dụng trong thời gian dài.

Kẽm được sử dụng để mạ các kim loại khác như thép, đồng, nhôm, để tăng độ bền và chống lại hiện tượng ăn mòn, rỉ sét. Việc mạ kẽm giúp cho các sản phẩm được bảo vệ và sử dụng được lâu hơn. Các sản phẩm được mạ kẽm bao gồm các chi tiết trong ngành xây dựng, như ống dẫn, khung cửa, các chi tiết trong công trình cầu đường, v.v. Ngoài ra, kẽm còn được sử dụng để mạ các sản phẩm trong ngành sản xuất ô tô, tàu thủy, máy bay, v.v.

Kẽm là một thành phần chính trong hợp kim đồng thau, niken trắng, các loại que hàn, bạc Đức v.v. Nhờ vào độ cứng và sức kháng rỉ cao của hợp kim này, nó được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất ống dẫn nước, tàu thủy, máy bay và nhiều sản phẩm khác. Ngoài ra, kẽm còn được sử dụng trong sản xuất các sản phẩm điện, như dây điện và các bộ phận của máy móc điện.

Kẽm còn được sử dụng trong đúc khuôn, đặc biệt là trong sản xuất ô tô, để tạo ra những chi tiết có độ chính xác cao và bền bỉ. Không chỉ giúp tăng năng suất sản xuất, kẽm còn đảm bảo tính chính xác và độ bền của sản phẩm.

Kẽm dạng cuộn cũng được sử dụng để làm vỏ cho các loại pin. Kẽm giúp tăng độ bền và chống lại hiện tượng ăn mòn, giúp cho các loại pin này có thể sử dụng được lâu hơn và hiệu quả hơn.

Như vậy, kẽm chính là một kim loại quan trọng và có rất nhiều ứng dụng khác nhau trong cuộc sống và công nghiệp. Sự phát triển của công nghệ và các ngành công nghiệp cũng đồng thời nâng cao nhu cầu sử dụng kẽm, từ đó đẩy mạnh sự phát triển của ngành sản xuất kẽm trên toàn thế giới.

4. Vai trò của kẽm: 

Kẽm là một chất khoáng thiết yếu có tác dụng quan trọng trong nhiều quá trình của cơ thể con người và sinh vật. Nó tham gia vào hàng loạt quá trình sinh lý và bảo vệ sức khỏe, như phát triển tế bào, phát triển xương, bảo vệ da, tăng cường hệ miễn dịch, điều hòa sự hoạt động của hormon, và thậm chí là giúp cải thiện tâm trạng.

Kẽm đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của thai nhi và trẻ sơ sinh. Nó đảm bảo sự phát triển và hoạt động của các cơ quan trong cơ thể, đặc biệt là cơ quan sinh dục. Thiếu kẽm ở trẻ em có thể dẫn đến chậm phát triển, phát triển cơ quan sinh dục trễ, dễ nhiễm trùng và tiêu chảy. Theo thống kê, mỗi năm có khoảng 800.000 trẻ em trên thế giới chết do thiếu kẽm.

Các enzym liên kết với kẽm cũng đóng vai trò quan trọng trong cơ thể con người và trong lĩnh vực nghiên cứu hoá học hữu cơ. Nó giúp ổn định cấu trúc của các protein và enzym quan trọng, đồng thời tham gia vào quá trình truyền tải tín hiệu giữa các tế bào. Thiếu kẽm có thể dẫn đến rối loạn trong quá trình truyền tải tín hiệu và gây ra nhiều vấn đề sức khỏe.

Tuy nhiên, tiêu thụ quá nhiều kẽm cũng có thể dẫn đến những tác hại như hôn mê, mệt mỏi và các triệu chứng của thiếu đồng. Do đó, việc duy trì lượng kẽm cân bằng trong cơ thể là rất quan trọng để đảm bảo sức khỏe và sự phát triển bình thường của cơ thể. Trong những trường hợp cần thiết, bổ sung kẽm có thể được sử dụng để giúp cải thiện sức khỏe. Tuy nhiên, trước khi sử dụng, bạn nên tham khảo ý kiến của bác sĩ để đảm bảo an toàn và hiệu quả.