Kẽm là 1 nguyên tố kim loại có rất nhiều ứng dụng trong công nghiệp sản xuất. Đồng thời với cơ thể kẽm là 1 nguyên tố vi lượng cần thiết. Vậy kẽm là chất gì? Kẽm có tính chất đặc trưng nào, điều chế như thế nào… Hãy cùng VIETCHEM trả lời những câu hỏi trên qua bài viết dưới đây nhé!

1. Kẽm là chất gì?

Kẽm là 1 nguyên tố kim loại lưỡng tính thuộc nhóm kim loại chuyển tiếp. Trong bảng tuần hoàn, Kẽm đứng ở ô thứ 30 - là nguyên tố đầu tiên trong nhóm 12. Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trên Trái Đất, chiếm 75ppm (0,0075%) trong vỏ Trái Đất. Nước biển chỉ chứa 30 ppb kẽm và trong khí quyển chứa 0,1-4 µg/m³. Trong tự nhiên kẽm thường nằm trong quặng cùng với các kim loại khác như đồng, chì. Kẽm liên kết với lưu huỳnh tạo ra quặng Sphalerit, là loại quặng chứa nhiều kẽm nhất với hàm lượng lên đến 60%. Ngoài ra kẽm còn tồn tại trong một số các quặng khác như: smithsonit (kẽm cacbonat), hemimorphite (kẽm silicat), wurtzite (loại kẽm sulfide khác), hydrozincite (kẽm cacbonat).

Kẽm là kim loại có màu bạc ánh kim

Kẽm cũng là một nguyên tố rất quan trọng đối với sự sống, là 1 chất khoáng thiết yếu với cơ thể. Kẽm đóng vai trò trong sự tăng trưởng và phân chia tế bào, tham gia cấu tạo cũng như duy trì chức năng của nhiều bộ phận cho cơ thể.

2. Kẽm có tính chất đặc trưng gì?

2.1 Tính chất vật lý

• Kẽm ở dạng chất rắn, có màu bạc xám, lấp lánh ánh kim. Kim loại kẽm có cấu trúc tinh thể hình lập phương, tương đối cứng, giòn và có thể uốn khi đạt nhiệt độ từ 100-150°C. Trên 210°C, kim loại kẽm giòn trở lại và có thể được tán nhỏ bằng lực.
• Khối lượng riêng: 7,13 g/cm3
• Nhiệt độ nóng chảy: 419,53 °C.
• Nhiệt độ sôi: 907 °C. Kẽm có nhiệt độ sôi thấp khá thấp trong nhóm các kim loại chuyển tiếp, chỉ cao hơn thủy ngân và cadimi.
• Mật độ: 7,14 g/cm (ở 0 °C, 101.325 kPa).

Một số tính chất của kẽm

2.2 Tính chất hóa học của kẽm

- Cấu hình electron của kẽm là [Ar]3d104s2, số oxi hóa của kẽm là +2. Kẽm là kim loại lưỡng tính, có mức độ hoạt động trung bình, là 1 chất có mức độ oxi hóa mạnh.

- Kẽm mang đầy đủ các tính chất của 1 kim loại, thể hiện qua các phản ứng sau:

• Phản ứng với oxi tạo oxit: Zn + O2 → ZnO
• Kẽm tác dụng với dung dịch axit tạo muối:

Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2

Zn + H2SO4 → 2H2O + SO2 + ZnSO4

• Tác dụng với phi kim khác: Zn + Cl2 → ZnCl2
• Tác dụng với kiềm: Zn + NaOH → Na2ZnO2 + H2

- Kẽm còn có thể tác dụng với nước nhưng phản ứng này hầu như không xảy ra vì trên bề mặt của kẽm có màng Hydrozincit, Zn5(OH)6(CO3)2 bảo vệ.

3. Phương pháp sản xuất Kẽm

Kẽm là nguyên tố được sử dụng phổ biến thứ 4, sau sắt, đồng, nhôm. Khoảng 70% lượng kẽm hiện nay đến từ việc khai thác quặng kẽm, phần còn lại sẽ từ hoạt động tái chế. 95% kẽm khai thác từ quặng sulfit. Trên thế giới các mỏ quặng kẽm tập trung nhiều tại Trung Quốc, Peru và Australia.

Quặng kẽm sẽ được nghiền nhỏ và trải qua nhiều công đoạn xử lý, tinh chế để thu được kim loại kẽm tinh khiết:

• Chuyển kẽm sulfit thành kẽm oxit: 2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2.
• Khử kẽm oxit với cacbon hoặc CO ở 950 °C tạo kim loại kẽm ở dạng hơi. Hơi kẽm được thu hồi trong bình ngưng tụ:

2 ZnO + C → 2 Zn + CO2

2 ZnO + 2 CO → 2 Zn + 2 CO2.

Ngoài ra có thể khử ZnO bằng phương pháp sử dụng dung dịch H2SO4 sau đó điện phân thu kẽm kim loại:

ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O

2 ZnSO4 + 2 H2O → 2 Zn + 2 H2SO4 + O2

4. Các ứng dụng của Kẽm

Kẽm có rất nhiều ứng dụng trong sản xuất và là 1 nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho sự phát triển của cơ thể.

4.1 Ứng dụng của kẽm trong công nghiệp

- Trong việc tạo hợp kim: Kẽm được sử dụng nhiều trong việc tạo hợp kim, trong đó đồng thau là hợp kim phổ biến nhất của kẽm bao gồm đồng và kẽm với nồng độ từ 3-45%. Hợp kim kẽm - đồng sử dụng nhiều trong các thiết bị truyền thông, chế tạo các dụng cụ âm nhạc, van nước… Hợp kim kẽm - đồng, nhôm, magnesi dùng để đúc áp lực. Hợp kim Kẽm-cadmi tellurua (CZT) là một hợp kim bán dẫn sử dụng trong chuỗi các thiết bị cảm ứng nhỏ…

- Là vật liệu chống ăn mòn: Kẽm là vật liệu chính để làm chất chống ăn mòn. Vì kẽm dễ bị oxy hóa hơn sắt, thép nên có độ phản ứng mạnh hơn. Do đó Kẽm thường được mạ bao phủ lên các vật dụng bằng sắt, thép như 1 lớp bảo vệ. Mạ kẽm được sử dụng trên rào kẽm gai, cầu treo, mái kim loại, thiết bị trao đổi nhiệt, các bộ phận của ô tô, thân tàu biển để ngăn ngừa sự bào mòn…

Kẽm được ứng dụng trong công nghệ luyện kim

- Các hợp chất của kẽm cũng có nhiều ứng dụng trong công nghiệp sản xuất:

• Kẽm oxit làm chất tạo màu trắng trong sơn, làm chất xúc tác trong công nghiệp chế biến cao su.
• Kẽm clorua có tác dụng làm chất khử mùi.
• kẽm sunfua ZnS dùng làm chất phát quang màu trong sơn, màn hình tivi…
• Kẽm methyl (Zn(CH3)2) được dùng trong nhiều phản ứng tổng hợp hữu cơ

4.2 Vai trò của Kẽm với sức khỏe

Kẽm là một chất khoáng vi lượng rất quan trọng đối với các sinh vật và con người.

• Kẽm tham gia vào cấu trúc của tế bào, là thành phần cấu tạo nên hơn 80 loại enzym khác nhau.
• Giúp phát triển não bộ: Kẽm cần thiết cho hoạt động của não bộ nhất à cùng trung tâm bộ nhớ. Ở trẻ nhỏ khi cơ thể được cung cấp kẽm đầy đủ sẽ giúp não bộ có điều kiện phát triển tốt nhất, nâng cao nhận thức, trí thông minh. Ở người trưởng thành, kẽm giúp phục hồi sức khỏe não bộ sau chấn thương. Kẽm cùng vitamin B6 giúp đảm bảo độ dẫn truyền xung thần kinh.
• Kẽm tham gia cấu tạo nhiều hormone trong cơ thể, đặc biệt là các hormone giới tính. Kẽm là thành phần không thể thiếu để sản xuất insulin - hormone giúp điều hòa nồng độ glucose trong máu.
• Tham gia chuyển hóa các chất trong cơ thể: Kẽm tham gia các quá trình chuyển hóa các nguyên tố vi lượng khác như magie, đồng, nhôm… Đồng thời kẽm có tác dụng ức chế độc tính các kim loại nặng như asen, cadimi…

Vai trò của kẽm với cơ thể

• Kẽm là thành phần cấu tạo nên da, tóc, móng; kích thích tiêu hóa, tăng cảm giác ngon miệng; tăng cường hệ miễn dịch; kẽm giúp phòng ngừa thoái hóa giác mạc ở mắt…
• Kẽm rất cần thiết cho sự phát triển của thai nhi và trẻ nhỏ: Kẽm rất quan trọng cho sự phát triển tế bào, là thành phần quan trọng trong tổng hợp các chất trong cơ thể, sản sinh ADN, ARN, tổng hợp protein, tham gia cấu tạo nên hệ thống xương… Do đó kẽm giúp thai nhi phát triển toàn diện từ thể chất, cân nặng, trí tuệ. Nếu thiếu kẽm, thai nhi dễ bị chậm phát triển, nhẹ cân.

Trên đây là những thông tin tổng quát giúp bạn đọc hiểu thêm về kim loại kẽm, các tính chất đặc trưng, cũng như ứng dụng của kẽm trong đời sống. Kẽm cũng đóng vai trò quan trọng đối với sức khỏe. Việc sử dụng, bổ sung kẽm hợp lý là việc làm cần thiết giúp đảm bảo sức khỏe.