El zinc (Zn) es un metal situado en el grupo 12 del bloque d de la tabla periódica. El número atómico del zinc es 30, lo que significa que su núcleo contiene 30 protones. El zinc suele formar cationes de carga positiva con una carga de +2.
El zinc raramente formará iones con una carga de +1 pero nunca formará iones con una carga negativa. Como el zinc es un metal, generalmente forma compuestos metálicos con otros metales. Como tiene una carga iónica de +2, los iones de zinc son fuertes agentes reductores y forman fácilmente enlaces iónicos.
Los iones de zinc forman una serie de compuestos que tienen aplicaciones prácticas. El óxido de zinc (ZnO), por ejemplo, se produce en masa como semiconductor para su uso en electrónica, mientras que el sulfuro de zinc (ZnS) se utiliza como material óptico en dispositivos infrarrojos. El zinc es también un oligoelemento esencial necesario para la transducción de señales y la transcripción en las células eucariotas. Los compuestos formados por iones de zinc tienden a adoptar una estructura cristalina simétrica y tienen un brillo incoloro como el del hierro.
¿Qué es un ion?
Demos un paso atrás con respecto al zinc y repasemos primero qué es exactamente un ion. Normalmente, los átomos contienen un número igual de protones y electrones. Dado que los protones y los electrones tienen cargas iguales y opuestas (+1 y -1 respectivamente), los átomos con igual número de protones y electrones serán eléctricamente neutros, ya que cada carga positiva se anula con su correspondiente carga negativa y viceversa.
Los átomos pueden ganar o perder electrones. Cuando esto sucede, el átomo ya no tiene cantidades iguales de cargas eléctricas opuestas, por lo que el átomo tomará una carga global y se convertirá en un ion Si el átomo gana electrones, tendrá una abundancia de cargas negativas, y tomará una carga global negativa. Si el átomo pierde electrones, tendrá abundantes cargas positivas y adquirirá una carga global positiva. Los iones con carga negativa se llaman aniones y los iones con carga positiva se llaman cationes.
«La vida no se encuentra en los átomos ni en las moléculas ni en los genes como tales, sino en la organización; no en la simbiosis sino en la síntesis.» – Edwin Grant Conklin
ADVERTISEMENTEl que un átomo forme o no un anión depende de su electronegatividad. La electronegatividad es una medida de cuánto tira un átomo de los electrones. Los elementos más electronegativos, como el oxígeno o el flúor, tiran mucho de los electrones, por lo que es más probable que formen aniones al robar electrones de otros átomos.
Si un átomo formará un catión depende de la energía de ionización del átomo. La energía de ionización es una medida de la cantidad de energía que se necesita para eliminar un electrón del átomo. En general, los átomos que tienen energías de ionización bajas tienden a formar cationes. A los átomos con energías de ionización bajas se les pueden quitar los electrones más fácilmente, por lo que pueden formar cationes con mayor facilidad. Como regla general, los elementos de la derecha de la tabla periódica tienden a formar cationes, y los elementos de la izquierda de la tabla periódica tienden a formar aniones. Esta tendencia a lo largo de la tabla periódica refleja las tendencias en las electronegatividades y energías de ionización de los elementos que se incorporan a la organización de la tabla periódica.
Los iones formados por un solo átomo se denominan iones monatómicos. Las moléculas que tienen carácter iónico se denominan iones poliatómicos. Los iones poliatómicos no deben confundirse con las moléculas polares. Los iones poliatómicos tienen cargas enteras mientras que las moléculas polares tienen cargas eléctricas parciales.
Los iones participan en una forma única de enlace llamada enlace iónico. Durante el enlace iónico, los cationes cargados positivamente atraen a los aniones cercanos y se organizan en una estructura de red cristalina fuertemente empaquetada. Por ello, los compuestos iónicos tienden a ser frágiles y a tener altos puntos de fusión.
Los iones hechos de metales y semimetales sufren un tipo especial de enlace iónico llamado enlace metálico. Los enlaces metálicos consisten en un entramado de cationes metálicos cargados positivamente y rodeados por un «mar» de electrones deslocalizados. En los enlaces metálicos, los electrones de valencia se desprenden de sus orbitales y se comparten libremente en la estructura molecular. La deslocalización de los electrones en los enlaces metálicos explica muchas de las propiedades únicas de los metales, como su ductilidad, propiedades conductoras, brillo y maleabilidad.
ADVERTISEMENTEl zinc como ion
El zinc es un elemento del bloque d de los elementos. Tiene una configuración electrónica de 3d104s2. El zinc generalmente no se considera un metal de transición ya que tiene una cáscara d completa, aunque se considera un metal de transición en algunos textos.
La química del zinc se rige casi por completo por su carga iónica de +2. Un catión Zn2+ se ha desprendido de los dos electrones de su subesfera 4s, dejando sólo la subesfera 3d llena. Los cationes Zn2+ se disuelven en agua para formar complejos octaédricos de la forma 2+. En muy raras ocasiones, dos iones Zn1+ se unen para formar un ion diatómico de zinc Zn22+, similar al ion diatómico de mercurio Hg22+. Este es el único caso conocido de un compuesto formado con iones Zn+1. Todos los demás compuestos de zinc se forman con iones Zn2+.
«Las mismas pocas docenas de moléculas orgánicas se utilizan una y otra vez en la biología para la más amplia variedad de funciones.» – Carl Sagan
Los iones de zinc tienden a comportarse de forma similar a los iones de cobre (Cu) y níquel (Ni). El zinc se oxida rápidamente en presencia de oxígeno, formando óxido de zinc (ZnO). Si se trata el zinc puro con ácido, se formará Zn2+ y gas hidrógeno (H2). Los compuestos formados por iones Zn2+ tienden a organizarse en una estructura reticular tetraédrica o hexagonal.
Ejemplos de compuestos con iones de zinc
Oxido de zinc
El óxido de zinc (ZnO) es el compuesto de zinc más utilizado. El óxido de zinc es un polvo blanco inorgánico insoluble a temperatura ambiente. Aunque se trata de una sustancia natural, la mayor parte del óxido de zinc se produce sintéticamente. El óxido de zinc se presenta en dos estructuras principales, una red hexagonal y una red cúbica. El óxido de zinc hexagonal es la forma más estable de óxido de zinc, por lo que es la más común. La estructura hexagonal consiste en un complejo de subunidades tetraédricas, cada una de ellas formada por un ion de zinc central rodeado por 4 iones de oxígeno (O2-).
La estructura cristalina simétrica del óxido de zinc le permite deformarse sin romperse. Esta propiedad hace del óxido de zinc un material altamente piezoeléctrico. Los materiales piezoeléctricos son materiales cristalinos que pueden convertir una fuerza mecánica en una señal eléctrica. Cuando un material piezoeléctrico se deforma, la estructura iónica se desplaza de modo que las cargas eléctricas ya no se distribuyen uniformemente por el material. Como ahora hay una diferencia neta de carga eléctrica, se genera una corriente eléctrica a través del material. El óxido de zinc, en particular, tiene un tensor piezoeléctrico muy alto, por lo que convierte muy fácilmente la tensión mecánica en potencial eléctrico.
La estructura geométrica del óxido de zinc le confiere una alta capacidad térmica y una baja expansión térmica. Esto hace que el óxido de zinc sea útil para su aplicación en la cerámica para hacer esmaltes y vidriados. Los recubrimientos tratados con óxido de zinc son menos propensos a agrietarse bajo las altas temperaturas del proceso de cocción. Esta misma propiedad también hace que el óxido de zinc sea útil en la vulcanización del caucho y como revestimiento que absorbe la luz ultravioleta. También se utiliza como pigmento para pinturas blancas.
El óxido de zinc ha mostrado algunas aplicaciones higiénicas y medicinales. Históricamente, el óxido de zinc es un componente principal de la calamina, una loción utilizada para combatir el picor de la piel seca. Los productos modernos para la piel, como los polvos para bebés y los champús anticaspa, siguen utilizando las propiedades antipicores del óxido de zinc. En odontología, el óxido de zinc se mezcla con eugenol y se aplica a los dientes para que sirva de restaurador. Por último, el óxido de zinc es un ingrediente habitual en los productos de protección solar. Las nanopartículas de óxido de zinc en los protectores solares absorben la luz de forma eficaz y protegen la piel de la radiación UV.
El sulfuro de zinc es un compuesto inorgánico con una fórmula química (ZnS). El sulfuro de zinc es el principal tipo de zinc en la naturaleza, que se encuentra en forma del mineral esfalerita. El sulfuro de zinc presenta fosforescencia, por lo que se utiliza en productos como rayos catódicos, pantallas de rayos X y objetos que brillan en la oscuridad.
También se utiliza como material en dispositivos ópticos. Los sólidos compuestos por sulfuro de zinc pueden transmitir las longitudes de onda visibles a las infrarrojas, por lo que es un compuesto útil para los dispositivos que utilizan sensores infrarrojos. Las propiedades que le dan su carácter óptico también hacen del sulfuro de zinc un buen semiconductor.
«La biología molecular es esencialmente la práctica de la bioquímica sin la licencia». – Erwin Chargaff
Cloruro de zinc
El cloruro de zinc (ZnCl2) es una sal iónica formada por la unión de un catión Zn2+ y 2 aniones Cl-. Uno de los principales usos del cloruro de zinc es la soldadura de metales. El cloruro de zinc reacciona con varios óxidos metálicos, disolviéndolos y dejando al descubierto la superficie metálica transparente. La mayoría de las granadas de humo producen humo de cloruro de zinc mediante la reacción del óxido de zinc con el hexacloroetano. El cloruro de zinc también se ha utilizado históricamente como antiséptico, especialmente en enjuagues bucales.
Acetato de zinc
El acetato de zinc (Zn(CH3CO2)2) es una sal organometálica El acetato de zinc está formado por un ion Zn2+ que forma un enlace con 2 iones acetato que se derivan del ácido acético. Se utiliza comúnmente en pastillas para la garganta para los resfriados y como suplemento dietético básico.
Para resumir, el zinc es un elemento del bloque d con un número atómico de 30. El zinc forma más comúnmente iones con carga positiva con una carga de 2+. En muy raras ocasiones, el zinc forma iones con una carga de +1. Los iones de zinc son un componente de muchos compuestos de uso común. Los iones Zn2+ son un eficaz agente reductor y forman fácilmente enlaces iónicos. La mayoría de los compuestos inorgánicos de zinc son maleables, tienen una gran capacidad térmica y son piezoeléctricos. Los compuestos de zinc tienen una amplia gama de aplicaciones, como la cerámica, las tecnologías ópticas, las pinturas y la medicina.
0 comentarios