Óxido de zinco (ZnO): estrutura, propriedades, usos, riscos - Ciência - 2023

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o óxido de zinco É um composto inorgânico cuja fórmula química é ZnO. Consiste apenas em íons Zn²⁺ Eu^2- em uma proporção de 1: 1; no entanto, sua estrutura cristalina pode apresentar uma vacância de O^2-, o que dá origem a defeitos estruturais capazes de alterar as cores de seus cristais sintéticos.

É adquirido comercialmente como um sólido branco pulverulento (imagem inferior), que é produzido diretamente da oxidação do zinco metálico pelo Processo Francês; ou submeter os minérios de zinco à redução carbotérmica, de forma que seus vapores oxidem e acabem se solidificando.

Outros métodos de preparação de ZnO consistem em precipitar seu hidróxido, Zn (OH)₂, a partir de soluções aquosas de sais de zinco. Da mesma forma, filmes finos ou nanopartículas de ZnO morfologicamente variados podem ser sintetizados por técnicas mais sofisticadas, como a deposição química de seus vapores.

Esse óxido metálico é encontrado na natureza como o mineral zincita, cujos cristais costumam ser amarelos ou laranja devido às impurezas metálicas. Os cristais de ZnO são caracterizados por serem piezoelétricos, termocromáticos, luminescentes, polares e também por possuírem uma banda de energia muito ampla em suas propriedades semicondutoras.

Estruturalmente, é isomórfico ao sulfeto de zinco, ZnS, adotando cristais hexagonais e cúbicos semelhantes aos da wurzita e da blenda, respectivamente. Nestes há um certo caráter covalente nas interações entre Zn²⁺ Eu^2-, que causa uma distribuição heterogênea de cargas no cristal de ZnO.

Os estudos das propriedades e usos do ZnO estendem-se aos campos da física, eletrônica e biomedicina. Seus usos mais simples e cotidianos passam despercebidos na composição de cremes faciais e produtos de higiene pessoal, bem como em protetores solares.

Estrutura

Polimorfos

O ZnO cristaliza sob condições normais de pressão e temperatura em uma estrutura wurzita hexagonal. Nesta estrutura, os íons Zn²⁺ Eu^2- estão dispostos em camadas alternadas, de tal forma que cada uma acaba envolta por um tetraedro, com ZnO₄ ou OZn₄, respectivamente.

Além disso, usando um "molde" ou suporte cúbico, o ZnO pode ser feito para cristalizar em uma estrutura cúbica de blenda de zinco; que, como wurzita, correspondem a estruturas isomórficas (idênticas no espaço, mas com íons diferentes) de sulfeto de zinco, ZnS.

Além dessas duas estruturas (wurzita e blenda), o ZnO sob alta pressão (em torno de 10 GPa) cristaliza na estrutura do sal-gema, a mesma do NaCl.

Interações

As interações entre Zn²⁺ Eu^2- apresentam um certo caráter de covalência, para a qual há parcialmente uma ligação covalente Zn-O (ambos os átomos com hibridização sp³), e devido à distorção dos tetraedros, eles manifestam um momento de dipolo que se soma às atrações iônicas dos cristais de ZnO.

Você tem a imagem superior para visualizar os tetraedros mencionados para as estruturas ZnO.

A diferença entre as estruturas blenda e wurzita também reside no fato de que, vistas de cima, os íons não são eclipsados. Por exemplo, em wurzite, é apreciado que as esferas brancas (Zn²⁺) estão logo acima das esferas vermelhas (O^2-) Por outro lado, na estrutura de blenda cúbica esse não é o caso porque existem três camadas: A, B e C em vez de apenas duas.

Morfologia de nanopartículas

Embora os cristais de ZnO tendam a ter estruturas wurzita hexagonais, a morfologia de suas nanopartículas é outra história. Dependendo dos parâmetros e métodos de síntese, estes podem assumir formas tão variadas como hastes, placas, folhas, esferas, flores, cintos, agulhas, entre outros.

Propriedades

Aparência física

Sólido pulverulento, branco, inodoro, com sabor amargo. Na natureza pode ser encontrado cristalizado, com impurezas metálicas, como o mineral zincita. Se forem brancos, esses cristais apresentam termocromismo, ou seja, quando aquecidos mudam de cor: de branco para amarelo.

Da mesma forma, seus cristais sintéticos podem apresentar cores avermelhadas ou esverdeadas dependendo de sua composição estequiométrica de oxigênio; ou seja, as lacunas ou vagas causadas pela falta de ânions O^2- afeta diretamente a maneira como a luz interage com as redes iônicas.

Massa molar

81,406 g / mol

Ponto de fusão

1974 ° C. Nessa temperatura, ele sofre decomposição térmica liberando vapores de zinco e oxigênio molecular ou gasoso.

Densidade

5,1 g / cm³

Solubilidade em água

O ZnO é praticamente insolúvel em água, dificilmente originando soluções com concentração de 0,0004% a 18ºC.

Anfoterismo

O ZnO pode reagir com ácidos e bases. Quando ele reage com um ácido em solução aquosa, sua solubilidade aumenta, formando um sal solúvel onde Zn²⁺ acaba se complexando com as moléculas de água: [Zn (OH₂)₆]²⁺. Por exemplo, ele reage com ácido sulfúrico para produzir sulfato de zinco:

ZnO + H₂SW₄ → ZnSO₄ + H₂OU

Da mesma forma, reage com ácidos graxos para formar seus respectivos sais, como estearato de zinco e palmitato.

E quando reage com uma base, na presença de água, formam-se os sais de zinco:

ZnO + 2NaOH + H₂O → Na₂[Zn (OH)₄]

Capacidade de calor

40,3 J / K mol

Lacuna de energia direta

3,3 eV. Este valor o torna um semicondutor de banda larga, capaz de operar sob intensos campos elétricos. Ele também tem características de ser um semicondutor do tipo n, o que não conseguiu explicar os motivos pelos quais há uma contribuição extra de elétrons em sua estrutura.

Este óxido distingue-se pelas suas propriedades ópticas, acústicas e eletrónicas, pelo que é considerado um candidato a potenciais aplicações relacionadas com o desenvolvimento de dispositivos optoeletrônicos (sensores, díodos laser, células fotovoltaicas). A razão para tais propriedades está além do domínio da física.

Formulários

Medicinal

O óxido de zinco tem sido usado como aditivo em vários cremes brancos para o tratamento de irritações, acnes, dermatites, abrasões e fissuras na pele. Nessa área, seu uso é popular para aliviar irritações causadas por fraldas na pele de bebês.

Da mesma forma, é um componente dos filtros solares, pois junto com as nanopartículas de dióxido de titânio, o TiO₂, ajuda a bloquear a radiação ultravioleta do Sol. Da mesma forma, atua como um agente espessante, por isso é encontrado em certas maquiagens leves, loções, esmaltes, talcos e sabonetes.

Por outro lado, o ZnO é uma fonte de zinco utilizada em suplementos alimentares e produtos vitamínicos, bem como em cereais.

Antibacteriano

De acordo com a morfologia de suas nanopartículas, o ZnO pode ser ativado sob radiação ultravioleta para gerar peróxidos de hidrogênio ou espécies reativas que enfraquecem as membranas celulares dos microrganismos.

Quando isso acontece, as nanopartículas de ZnO restantes sulcam o citoplasma e passam a interagir com o compêndio de biomoléculas que compõem a célula, resultando em sua apoptose.

É por isso que nem todas as nanopartículas podem ser usadas em composições de filtro solar, mas apenas aquelas que não possuem atividade antibacteriana.

Os produtos com este tipo de ZnO são projetados, revestidos com materiais poliméricos solúveis, para tratar infecções, feridas, úlceras, bactérias e até diabetes.

Pigmentos e revestimentos

O pigmento conhecido como zinco branco é o ZnO, que é adicionado a várias tintas e revestimentos para proteger as superfícies metálicas onde são aplicadas da corrosão. Por exemplo, revestimentos com ZnO adicionado são usados para proteger o ferro galvanizado.

Por outro lado, esses revestimentos também têm sido usados em vidros de janela para evitar que o calor penetre (se estiver fora) ou entre (se estiver dentro). Da mesma forma, protege alguns materiais poliméricos e têxteis da deterioração devido à ação da radiação solar e do calor.

Bioimages

A luminescência das nanopartículas de ZnO tem sido estudada para ser usada em bioimagem, estudando assim as estruturas internas das células através das luzes azuis, verdes ou laranja que irradiam.

Aditivo

O ZnO também encontra uso como aditivo em borrachas, cimentos, materiais dentífricos, vidros e cerâmicas, devido ao seu menor ponto de fusão e, portanto, comportando-se como fundente.

Removedor de sulfeto de hidrogênio

ZnO remove gases H desagradáveis₂Sim, ajudando a dessulfurar alguns vapores:

ZnO + H₂S → ZnS + H₂OU

Riscos

O óxido de zinco como tal é um composto atóxico e inofensivo, portanto, o manuseio prudente de seu sólido não representa nenhum risco.

O problema, porém, está em sua fumaça, pois embora em altas temperaturas se decomponha, os vapores de zinco acabam contaminando os pulmões e causando uma espécie de “febre do metal”. Esta doença é caracterizada por sintomas de tosse, febre, sensação de aperto no peito e um gosto metálico constante na boca.

Também não é cancerígeno e os cremes que o contêm não demonstraram aumentar a absorção de zinco pela pele, portanto, os filtros solares à base de ZnO são considerados seguros; a menos que haja reações alérgicas, caso em que seu uso deve ser interrompido.

No que diz respeito a certas nanopartículas destinadas a combater bactérias, estas podem ter efeitos negativos se não forem transportadas corretamente para o seu local de ação.

Referências

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