Kẽm

Kẽm là nguyên tố kim loại chuyển tiếp có ký hiệu là Zn và số nguyên tử là 30. Kẽm là nguyên tố đầu tiên trong nhóm 12 của bảng tuần hoàn. Kẽm là nguyên tố phổ biến thứ 24 trong lớp vỏ Trái Đất và có 5 đồng vị bền. 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 đó quặng bị tuyển nổi, thiêu kết, và điện phân để ra sản phẩm tinh khiết. Một mặt nào đó, kẽm có tính chất hóa học giống như là magnesi, vì ion của chúng có bán kính và số oxy hóa ở điều kiện thường (+2) như nhau.

Đồng thau (hợp kim của đồng và kẽm) đã được dùng ở Judea từ trước thế kỷ X TCN Các mỏ kẽm tại Rajasthan đã được khai thác bởi con người từ thế kỷ VI TCN. Tuy nhiên, bằng chứng sớm nhất của con người tạo ra kẽm tinh khiết được tìm thấy ở Zawar, Rajasthan vào thế kỷ IX bằng cách chưng cất quặng kẽm. Mãi cho đến thế kỷ XII thì kẽm nguyên chất mới được sản xuất tại quy mô lớn ở Ấn Độ. Vào thời Trung cổ, trong giả kim thuật kẽm oxide được gọi là "len của nhà triết học" hoặc "tuyết trắng".

Năm 1746, nhà hóa học người Đức Andreas Sigismund Marggraf được công nhận là tách được kẽm kim loại tinh khiết. Năm 1800, Luigi Galvani và Alessandro Volta đã phát hiện ra các đặc tính điện hóa học của kẽm. Từ các tính chất của kẽm con người đã dùng nguyên tố đó để làm lớp phủ chống ăn mòn trên thép, pin kẽm, và các hợp kim. Nhiều hợp chất kẽm được sử dụng phổ biến như kẽm cacbonat, kẽm gluconat (bổ sung dinh dưỡng), kẽm chloride (chất khử mùi), kẽm pyrithion (dầu gội đầu trị gàu), kẽm sulfide (sơn huỳnh quang), và kẽm methyl hay kẽm diethyl sử dụng trong hóa hữu cơ ở phòng thí nghiệm.

Kẽm là một chất khoáng vi lượng thiết yếu cho sinh vật và sức khỏe con người, đặc biệt trong quá trình phát triển của thai nhi và trẻ sơ sinh. Khoảng 2 tỷ người ở các nước đang phát triển bị thiếu kẽm. Tiêu thụ quá nhiều kẽm ở người có thể gây hôn mê, mệt mỏi và bị các triệu chứng của việc thiếu đồng.

Tính chất
Vật lý
Kẽm có màu trắng xanh, óng ánh và nghịch từ, Phân bố tinh thể của kẽm loãng hơn sắt và có cấu trúc tinh thể sáu phương với một kết cấu lục giác không đều, trong đó mỗi nguyên tử có sáu nguyên tử gần nhất (cách 265,9 pm) trong mặt phẳng riêng của chúng và sáu nguyên tử khác tại khoảng cách lớn hơn 290,6 pm.

Kẽm kim loại cứng và giòn ở hầu hết cấp nhiệt độ nhưng trở nên dễ uốn từ 100 đến 150 °C. Kẽm dẫn điện khá. Điểm sôi của nó là một trong số những điểm sôi thấp nhất của các kim loại chuyển tiếp, chỉ cao hơn thủy ngân và cadmi. Tuy cả kẽm và zirconi không có tính sắt từ, nhưng hợp kim của chúng lại thể hiện tính chất sắt từ dưới 35 K.

(ZnS), một loại quặng kẽm phổ biến.]]
Nguyên tố này thường đi cùng với các nguyên tố kim loại thông thường khác như đồng và chì ở dạng quặng. Sphalerit là một dạng kẽm sulfide, và là loại quặng chứa nhiều kẽm nhất với hàm lượng kẽm lên đến 60-62%. Các mỏ kẽm lớn phân bố ở Úc và Mỹ, và trữ lượng kẽm lớn nhất ở Iran, trong đó Iran có trữ lượng lớn nhất. Với tốc độ tiêu thụ như hiện nay thì nguồn tài nguyên này ước tính sẽ cạn kiệt vào khoảng năm từ 2027 đến 2055. Khoảng 346 triệu tấn kẽm đã được sản xuất trong suốt chiều dài lịch sử cho đến năm 2002, và theo một ước lượng cho thấy khoảng 109 triệu tấn tồn tại ở các dạng đang sử dụng.

Đồng vị

Kẽm trong tự nhiên là hỗn hợp của 5 đồng vị ổn định 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn và 70Zn, trong đó đồng vị 64 là phổ biến nhất (48,6% trong tự nhiên) với chu kỳ bán rã , do đó tính phóng xạ của nó có thể bỏ qua. Tương tự, (0,6%), có chu kỳ bán rã thường không được xem là có tính phóng xạ. Các đồng vị khác là (28%), (4%) và (19%).

Một số đồng vị phóng xạ đã được nhận dạng. có chu kỳ bán rã 243,66 ngày, là đồng vị tồn tại lâu nhất, theo sau là có chu kỳ bán rã 46,5 giờ. Mỗi đồng vị , , và chỉ có một trạng thái kích thích. Bề mặt của kim loại kẽm tinh khiết xỉn nhanh, thậm chí hình thành một lớp thụ động bảo vệ là Hydrozincit, , khi phản ứng với cacbon dioxide trong khí quyển. Lớp này giúp chống lại quá trình phản ứng tiếp theo với nước và hydro.

Kẽm cháy trong không khí cho ngọn lửa màu xanh lục tạo ra khói kẽm oxide. Kẽm cực kỳ tinh khiết chỉ phản ứng một cách chậm chạp với các acid ở nhiệt độ phòng. Quá trình này cho phép tạo 4 liên kết bằng cách tiếp nhận thêm 4 cặp electron theo quy tắc bộ tám. Dạng cấu tạo hóa học lập thể là tứ diện và các liên kết có thể được miêu tả như sự tạo thành của các orbitan lai ghép sp3 của ion kẽm. Trong dung dịch, nó tạo phức phổ biến dạng bát diện là . Sự bay hơi của kẽm khi kết hợp với kẽm chloride ở nhiệt độ trên 285&nbsp;°C chỉ ra sự hình thành , một hợp chất kẽm có trạng thái oxy hóa +1. Các tính toán chỉ ra rằng hợp chất kẽm có trạng thái oxy hóa +4 không thể tồn tại.

Tính chất hóa học của kẽm tương tự tính chất của các kim loại chuyển tiếp nằm ở vị trí cuối cùng của hàng đầu tiên như nickel và đồng, mặc dù nó có lớp d được lấp đầy electron, do đó các hợp chất của nó là nghịch từ và hầu như không màu. và trong một số trường hợp khi bán kính ion là yếu tố quyết định thì tính chất hóa học của kẽm và magnesi là rất giống nhau. còn nếu không thì chúng có rất ít nét tương đồng. Kẽm có khuynh hướng tạo thành các liên kết cộng hóa trị với cấp độ cao hơn và nó tạo thành các phức bền hơn với các chất cho N- và S. Các phức của kẽm hầu hết là có phối vị 4 hoặc 6, tuy nhiên phức phối vị 5 cũng có. Pnictogenua (kẽm nitride|, kẽm photphua|, kẽm asenua| và kẽm antimonua|), peroxide (kẽm peroxide|), hydride (kẽm hydride|), và carbide () cũng tồn tại. Trong số 4 halide, kẽm florua| có đặc trưng ion nhiều nhất, trong khi các hợp chất halide khác (kẽm chloride|, kẽm bromide|, và kẽm iodide|) có điểm nóng chảy tương đối thấp và được xem là có nhiều đặc trưng cộng hóa trị hơn.

Trong các dung dịch base yếu chứa các ion , hydroxide kẽm hydroxide| tạo thành ở dạng kết tủa màu trắng. Trong các dung dịch kiềm mạnh hơn, hydroxide này bị hòa tan và tạo zincat (zincat|). Một trong những ví dụ đơn giản nhất về hợp chất hữu cơ của kẽm là acetat (kẽm acetat|).

Các hợp chất hữu cơ của kẽm là dạng hợp chất mà trong đó có các liên kết cộng hóa trị kẽm-cacbon. Diethyl kẽm (Diethyl kẽm|) là một thuốc thử trong hóa tổng hợp. Nó được công bố đầu tiên năm 1848 từ phản ứng của kẽm và ethyl iodide, và là hợp chất đầu tiên chứa liên kết sigma kim loại-cacbon. Decamethyldizincocen chứa một liên kết mạnh kẽm-kẽm ở nhiệt độ phòng.

Lịch sử
Thời kỳ cổ đại
Các mẫu vật riêng biệt sử dụng kẽm không nguyên chất trong thời kỳ cổ đại đã được phát hiện. Các loại quặng kẽm đã được sử dụng để làm hợp kim đồng-kẽm là đồng thau vài thế kỷ trước khi phát hiện ra kẽm ở dạng nguyên tố riêng biệt. Đồng thau Palestin có từ thế kỷ XIV TCN đến thế kỷ X TCN chứa 23% kẽm.

Hiểu biết về cách sản xuất đồng thau phổ biến ở Hy Lạp cổ đại từ thế kỷ VII TCN, nhưng chỉ có vài mẫu được thực hiện. Một bức tượng nhỏ có thể từ thời tiền sử chứa 87,5% kẽm được tìm thấy ở di chỉ khảo cổ Dacia ở Transilvania (Romania ngày nay).

Các viên thuốc cổ nhất được làm từ kẽm cacbonat hydrozincit và smithsonit. Các viên thuốc này được dùng để chữa đau mắt và được tìm thấy trên tàu La Mã Relitto del Pozzino bị đắm năm 140 TCN.

Việc sản xuất đồ đồng thau đã được người La Mã biết đến vào khoảng năm 30 TCN, Lượng oxide kẽm giảm xuống và kẽm tự do bị đồng giữ lại, tạo ra hợp kim là đồng thau. Đồng thau sau đó được đúc hay rèn thành các chủng loại đồ vật và vũ khí. Một số tiền xu từ người La Mã trong thời đại Công giáo được làm từ loại vật liệu có thể là đồng thau calamin. Ở phương Tây, kẽm lẫn tạp chất từ thời cổ đại tồn tại ở dạng tàn dư trong lò nung chảy, nhưng nó thường bị bỏ đi vì người ta nghĩ nó không có giá trị.

Bảng kẽm Bern là một tấm thẻ tạ ơn có niên đại tới thời kỳ Gaul La Mã được làm bằng hợp kim bao gồm phần lớn là kẽm. Một số văn bản cổ đại dường như cũng đề cập đến kẽm. Sử gia Hy Lạp Strabo, trong một đoạn văn lấy từ nhà văn trước đó trong thế kỷ IV TCN, đề cập tới "những giọt bạc giả", được trộn lẫn với đồng để làm đồng thau. Điều này có thể đề cập đến một lượng nhỏ kẽm là phụ phẩm của quá trình nung chảy quặng sulfide. Charaka Samhita, cho là đã được viết vào 500 TCN hay trước đó nữa, đề cập đến một kim loại mà khi bị oxy hóa, tạo ra pushpanjan, sản phẩm được cho là kẽm oxide.

Các mỏ kẽm ở Zawar, gần Udaipur, Ấn Độ đã từng hoạt động từ thời đại Maurya vào cuối thiên niên kỷ 1 TCN. Việc nấu chảy và phân lập kẽm nguyên chất đã được những người Ấn Độ thực hiện sớm nhất vào thế kỷ XII. Một ước tính cho thấy rằng khu vực này đã sản xuất ra khoảng vài triệu tấn kẽm kim loại và kẽm oxide từ thế kỷ XII đến thế kỷ XVI. Một ước tính khác đưa ra con số sản lượng là 60.000 tấn kẽm kim loại trong giai đoạn này. Nung chảy và tách kẽm nguyên chất bằng cách khử calamin với len và các chất hữu cơ khác đã được tiến hành vào thế kỷ XIII ở Ấn Độ. Người Trung Quốc cho tới thế kỷ XVII vẫn chưa học được kỹ thuật này.

Tên gọi của kẽm ở phương Tây có thể được ghi nhận đầu tiên bởi nhà giả kim Đức gốc Thụy Sĩ Paracelsus, ông đã gọi tên kim loại này là "zincum" hay "zinken" trong quyển sách của mình là Liber Mineralium II được viết vào thế kỷ XVI. Từ này có thể bắt nguồn từ tiếng Đức , và có thể có nghĩa là "giống như răng, nhọn hoặc lởm chởm" (các tinh thể kẽm kim loại có hình dạng giống như những chiếc kim). Zink cũng có thể ám chỉ "giống như tin (thiếc)" do mối quan hệ của nó (trong tiếng Đức zinn nghĩa là thiếc). Một khả năng khác có thể là từ đó xuất phát từ tiếng Ba Tư seng nghĩa là đá. Kim loại cũng có thể gọi là thiếc Ấn Độ, tutanego, calamin, và spinter. Libavius đã miêu tả các thuộc tính của mẫu vật có thể là kẽm này. Kẽm thường được nhập khẩu đến châu Âu từ các nước phương Đông trong thế kỷ XVII và đầu thế kỷ XVIII,

Tách kẽm
được xem là người đầu tiên cô lập được kim loại kẽm nguyên chất|alt=Picture of an old man head (profile). The mand has long face, short hair and tall forehead.]]

Việc tách kẽm kim loại đã được thực hiện ở Ấn Độ vào năm 1300, sớm hơn nhiều so với phương Tây. Trước khi nó được thực hiện ở châu Âu, nó đã được nhập khẩu vào Ấn Độ khoảng năm 1600.

Nhà luyện kim người Flanders là P.M. de Respour đã công bố rằng ông đã tách được kẽm kim loại từ kẽm oxide năm 1668.

Năm 1738, William Champion được cấp bằng sáng chế ở Đại Anh cho quá trình tách kẽm từ calamin trong một lò luyện theo kiểu bình cổ cong thẳng đứng. Công nghệ của ông một phần nào đó giống với cách được sử dụng trong các mỏ kẽm ở Zawar thuộc Rajasthan nhưng không có bằng chứng nào cho thấy ông đã đến vùng phương đông. Phương pháp của Champion được sử dụng suốt năm 1851.

Các công trình sau này
được đặt theo tên Luigi Galvani.|alt=Painting of a middle-aged man sitting by the table, wearing a wig, black jacket, white shirt and white scarf.]]
Một người anh em của William Champion là John đã nhận được bằng sáng chế năm 1758 về việc nung kẽm sulfide thành một oxide có thể sử dụng trong quy trình chưng cất bằng lò cổ cong. Jean-Jacques Daniel Dony đã xây dựng một lò nung chảy nằm ngang theo một kiểu khác ở Bỉ, lò nung này có thể xử lý nhiều kẽm hơn. Ông ta đã nghĩ không chính xác rằng ông đã phát hiện một khả năng của nơ ron và cơ để tạo ra điện và gọi đó là hiệu ứng "điện động vật". Tế bào mạ và quá trình mạ đều được đặt tên theo Luigi Galvani và những phát hiện này đã mở đường cho pin điện, mạ điện và chống ăn mòn điện.

Sản xuất
Khai thác mỏ và xử lý
{| class="wikitable" style="float:right;"
|+ Các quốc gia sản xuất kẽm hàng đầu năm 2014 Khoảng 70% lượng kẽm trên thế giới có nguồn gốc từ khai thác mỏ, lượng còn lại từ hoạt động tái sử dụng. Kẽm tinh khiết cấp thương mại có tên gọi trong giao dịch tiếng Anh là Special High Grade (SHG) có độ tinh khiết 99,995%.

Trên toàn cầu, 95% kẽm được khai thác từ các mỏ quặng sulfide, trong đó ZnS luôn lẫn với đồng, chì và sắt sulfide. Sau khi nghiền quặng, phương pháp tuyển nổi bọt được sử dụng để tách các khoáng dựa vào tính dính ướt khác nhau của chúng.
:2 ZnS + 3 → 2 ZnO + 2

Lưu huỳnh dioxide sinh ra sẽ được thu hồi để sản xuất acid sulfuric. Nếu các mỏ có loại khoáng sản khác là kẽm cacbonat, kẽm silicat hoặc kẽm spinel như ở mỏ Skorpion, Namibia thì không sử dụng công đoạn thiêu kết này.

Sau đó, người ta có thể dùng 2 phương pháp cơ bản trong luyện kim là nhiệt luyện (pyrometallurgy) hoặc điện chiết (electrowinning). Quá trình nhiệt luyện khử kẽm oxide với cacbon hoặc cacbon mônoxide ở thành kim loại kẽm ở dạng hơi. Hơi kẽm được thu hồi trong bình ngưng.

:ZnO + → +

Sau đó, người ta dùng phương pháp điện phân để sản xuất kẽm kim loại.

Tác động môi trường
Quá trình sản xuất từ quặng kẽm sulfide thải ra một lượng lớn lưu huỳnh dioxide và hơi cadmi. Xỉ nóng chảy và các chất cặn khác trong quá trình sản xuất cũng chứa một lượng kim loại nặng đáng kể. Có khoảng 1,1 triệu tấn kẽm kim loại và 130 ngàn tấn chì đã được khai thác và nung chảy ở các thị trấn La Calamine và Plombières của Bỉ trong khoảng thời gian từ năm 1806 tới năm 1882. Bãi thải của mỏ trước đây rò rỉ kẽm và cadmi, và các trầm tích trong sông Geul chứa một lượng kim loại nặng đáng kể. Công tác xử lý nước thải hiệu quả đã làm giảm đáng kể hàm lượng này; ví dụ như công tác xử lý nước thải dọc theo sông Rhine đã làm giảm lượng kẽm xuống còn 50 ppb.

các công trình liên quan đến kẽm ở Lutana là nơi xuất khẩu kẽm lớn nhất ở Tasmania, mang lại 2,5% GDP của bang này, với sản lượng hơn 250 ngàn tấn kẽm mỗi năm.|alt=A panorama featuring a large industrial plant on a sea side, in front of mountains.}}

Đất ô nhiễm kẽm từ hoạt động khai thác quặng chứa kẽm, tuyển, hoặc nơi sử dụng bùn chứa kẽm để làm phân, có thể chứa hàm lượng kẽm ở mức vài gam kẽm/kg đất khô. Hàm lượng kẽm trong đất cao hơn 500 ppm ảnh hưởng tới khả năng hấp thu các kim loại cần thiết khác của thực vật, như sắt và mangan. Kẽm ở mức 2.000 ppm đến 180.000 ppm (18%) đã được ghi nhận trong một số mẫu đất. ở dạng mạ. Năm 2009 ở Hoa Kỳ, 55% tương đương 893 nghìn tấn kẽm kim loại được dùng để mạ.

Kẽm phản ứng mạnh hơn sắt hoặc thép và do đó nó sẽ dễ bị oxy hóa cho đến khi nó bị ăn mòn hoàn toàn. Một lớp tráng bề mặt ở dạng bằng oxide và cacbonat ( là một chất ăn mòn từ kẽm. Lớp bảo vệ này tồn tại kéo dài ngay cả sau khi lớp kẽm bị trầy xước, nhưng nó sẽ giảm theo thời gian khi lớp ăn mòn kẽm bị tróc đi. Kẽm cũng được sử dụng trong việc bảo vệ các kim loại được dùng làm catot khi chúng bị ăn mòn khi tiếp xúc với nước biển. Một đĩa kẽm được gắn với một bánh lái bằng sắt của tàu sẽ làm chậm tốc độ ăn mòn so với không gắn tấm kẽm này. Kẽm được sử dụng làm anot hoặc nhiên liệu cho tế bào nhiêu liệu kẽm/pin kẽm-không khí. Pin dòng oxy hóa khử kẽm-xêri cũng dựa trên một nửa tế bào âm kẽm.

Hợp kim
Hợp kim của kẽm được sử dụng rộng rãi nhất là đồng thau, bao gồm đồng và khoảng từ 3% đến 45% kẽm tùy theo loại đồng thau. Các hợp kim chiếm 85-88% kẽm, 4-10% đồng, và 2-8% nhôm được sử dụng hạn chế trong một số trường hợp của các bệ nâng đỡ máy. Kẽm là một kim loại ban đầu được sử dụng trong việc sản xuất các đồng tiền 1 cent của Hoa Kỳ từ năm 1982. Lõi kẽm được áo một lớp đồng mỏng để tạo độ bắt mắt của đồng tiền bằng đồng. Năm 1994, kẽm được sử dụng để sản xuất 13,6 triệu đồng xu ở Hoa Kỳ.

Các hợp kim chủ yếu là kẽm với một lượng nhỏ đồng, nhôm, và magnesi có ích trong việc đúc áp lực cũng như đúc quay, đặc biệt trong các ngành công nghiệp tự động, điện tử, và phần cứng. Ví dụ về hợp kim kẽm nhôm, nó có điểm nóng chảy thấp và độ nhớt thấp nên có thể chế tạo ra những vật có hình dạng nhỏ và phức tạp. Nhiệt độ gia công thấp làm cho các sản phẩm đúc nguội nhanh và do đó có thế lắp ráp chúng một cách nhanh chóng. Một hợp kim khác được chào bán trên thị trường với tên gọi là Prestal chứa 78% kẽm và 22% nhôm và được cho là có độ cứng gần bằng thép nhưng lại dẻo như nhựa. Tính chất siêu nhựa này của hợp kim cho phép đúc chúng dễ dàng trong các khuôn bằng sứ và xi măng. Trong việc xây các bề mặt ngoài, mái nhà hoặc các ứng dụng khác, kẽm được sử dụng ở dạng tấm kim loại và có thể dùng để cán, cuộn hoặc uốn người ta sử dụng các hợp kim của kẽm với titan và đồng.

Là một vật liệu dễ gia công, không đắt mà nặng, kẽm được sử dụng để thay thế cho chì. Do ngộ độc chì ngày càng nhiều nên kẽm được dùng làm vật nặng trong nhiều ứng dụng khác nhau như câu cá đến cân bằng lốp và bánh đà (bánh trớn).

Kẽm cadmi tellurua (CZT) là một hợp kim bán dẫn có thể được chia thành một chuỗi các thiết bị cảm ứng nhỏ.

Các ứng dụng công nghiệp khác
.|alt=White powder on a glass plate]]
Gần 1/4 tổng sản lượng kẽm của Hoa Kỳ (2009) được dùng ở dạng hợp chất kẽm; Vòng tuần hoàn kẽm-kẽm oxide là một quy trình gồm 3 bước hóa nhiệt trong đó dùng kẽm và kẽm oxide để sản xuất hydro.

Kẽm cloura thường được cho vào gỗ để làm chất bắt cháy và có thể được sử dụng để bảo quản gỗ. Nó cũng được dùng để tạo các hóa chất khác. Kẽm sulfide (ZnS) được dùng làm chất tạo màu phát quang như trên các đồng hồ đeo tay, màn hình ti vi và tia X, và sơn phát quang. Các tinh thể kẽm được dùng trong các tia laser hoạt động trong dãi quang phổ hồng ngoại giữa. Kẽm sulfat là một chất hóa học trong nhuộm và tạo màu.

Bột kẽm đôi khi được dùng làm chất tạo lực đẩy trong các mô hình tên lửa. Kim loại kẽm dạng tấm được dùng để chế ra các thanh kẽm.

, là đồng vị phổ biến nhất của kẽm, rất dễ bị kích hoạt neutron, được chuyển hóa thành phóng xạ rất cao, hạt nhân mới này có chu kỳ bán rã 244 ngày và sinh ra các tia phóng xạ gamma cường độ cao. Do vậy, kẽm oxide được dùng trong các lò phản ứng hạt nhân để làm chất chống ăn mòn cạn kiệt của trước khi sử dụng. Vì lý do tương tự, kẽm đã được đề xuất ở dạng vật liệu muối dùng trong các vũ khí hạt nhân (coban là một ví dụ khác, là một loại vật liệu muối phổ biến hơn). cũng được dùng làm đồng vị vết trong nghiên cứu làm thế nào mà các hợp kim chứa kẽm ăn mòn, hoặc con đường và vai trò của kẽm trong sinh vật.

Các phức kẽm dithiocarbamat được dùng làm thuốc diệt nấm trong nông nghiệp; chúng gồm Zineb, Metiram, Propineb và Ziram. Kẽm naphthenat được dùng là chất bảo quản gỗ. Kẽm ở dạng ZDDP cũng được dùng làm chất phụ gia chống ăn mòn trong các bộ phận kim loại của các động cơ chạy dầu.

Bổ sung trong khẩu phần ăn
)]]

Kẽm có trong hầu hết các khẩu phần ăn cung cấp dưỡng chất và vitamin hàng ngày. Các sản phẩm chế biến gồm kẽm oxide, kẽm acetat, và kẽm gluconat. Kẽm cũng giúp làm tăng tốc sự hồi phục vết thương.
Hiệu quả của các hợp chất kẽm khi sử dụng để làm giảm thời gian hoặc mức độ nghiên trọng của triệu chứng cảm vẫn còn là vấn đề gây tranh cãi. Một cuộc đánh giá một cách có hệ thống năm 2011 kết luận rằng việc bổ sung kẽm sẽ làm giảm nhẹ thời gian và độ nghiêm trọng của bệnh cảm.

Kẽm đóng vai trò là một công cụ đơn giản, rẻ tiền và quan trọng trong điều trị các cơn tiêu chảy ở trẻ em ở những nước đang phát triển. Khi tiêu chảy kẽm trong cơ thể giảm, nhưng các nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng kẽm bổ sung trong vòng 10 đến 14 điều trị có thể giảm thời gian và độ nghiêm trọng của những côn tiêu chảy và cũng có thể chống lại các cơn tiêu chảy trong vòng 3 tháng sau đó.

là một hợp chất được sử dụng để cung cấp kẽm trong các bữa ăn.|alt=Skeletal chemical formula of a planar compound featuring a Zn atom in the center, symmetrically bonded to four oxygens. Those oxygens are further connected to linear COH chains.]]

Nghiên cứu bệnh về mắt liên quan đến tuổi tác xác định rằng kẽm góp một phần trong việc điều trị hiệu quả bệnh thoái hóa điểm vàng liên quan đến tuổi. Bổ sung kẽm là một cách điều trị hiệu quả bệnh rối loại di truyền liên quan đến hấp thu kẽm mà trước đây gây tử vong ở những trẻ mới mắc bệnh này bẩm sinh.
Năm 2011, các nghiên cứu viên ở trường cao đẳng tư pháp hình sự John Jay thông báo rằng việc cung cấp kẽm trong khẩu phần ăn có thể làm ẩn đi sự hiện diện của ma túy trong nước tiểu. Các tuyên bố tương tự cũng được đăng trên các diễn đàn về chủ đề đó.

Mặc dù chưa thử nghiệm trong điều trị ở người, dấu hiệu của một cơ thể đang phát triển ám chỉ rằng kẽm có thể ưu tiên tiêu diệt tế bào ung thư tuyến tiền liệt. Do kẽm có mặt tự nhiên trong tuyến tiền liệt và vì tuyến này dễ xâm nhập với các phương thức không xâm lấn một cách tương đối, tiềm năng của nó như là một tác nhân hóa trị loại bệnh ung thư này thể hiện nhiều hứa hẹn. Tuy nhiên, các nghiên cứu khác đã minh họa rằng sử dụng kẽm bổ sung lâu dài với liều lượng vượt mức cho phép có thể thực tế làm gia tăng cơ hội phát triển ung thư tuyến tiền liệt, cũng có thể là do sự tích tụ tự nhiên của kim loại nặng này trong tuyến tiền liệt.

Viên ngậm kẽm và trị cảm thông thường

Những kết quả tích cực nhất trong việc sử dụng viên ngậm kẽm được phát hiện trong nghiên cứu trên kẽm acetat, thể hiện qua việc acetat không liên kết với các ion kẽm. Các nghiên cứu cho đến nay cũng chưa đưa ra kết luận nhưng đã chỉ ra rằng các viên kẽm làm giảm các triệu chứng kẽm trong khi có thể gây ra tác dụng phụ như buồn nôn. Những lợi ích của kẽm dùng trong điều trị cảm đã được mô tả là "rất ít".

Cơ chế sinh học của tác dụng này chưa rõ, nhưng lợi ích của các loại kẽm thoi có vẻ bị gây nên bởi các hiệu ứng tại chỗ trong vùng hầu họng, vì điều trị kẽm qua đường mũi cũng rút ngắn thời gian cảm.

Dùng làm thuốc ngoài da

Kẽm dùng trong điều trị ngoài da thường được làm từ kẽm oxide. Các hợp chất này có thể chống cháy nắng trong mùa hè và khô vì lạnh trong mùa đông. Kẽm pyrithion được sử dụng rộng rãi trong dầu gội đầu do nó có chức năng chống gàu.
Các ion kẽm là chất chống vi sinh rất hiệu quả thậm chí ở nồng độ thấp.

Hóa hữu cơ

Có nhiều hợp chất kẽm hữu cơ quan trọng. Hóa học kẽm hữu cơ là một khoa học nghiên cứu về các hợp chất vô cơ của kẽm miêu tả đặc điểm vật lý, sự tổng hợp và các phản ứng của chúng.
Trong số các ứng dụng quan trọng phải kế đến là phản ứng Frankland-Duppa theo đó một oxalat ester(ROCOCOOR) phản ứng với alkyl halide R'X, kẽm và acid clohydrit để tạo ra ester α-hydroxycarboxylic RR'COHCOOR, phản ứng Reformatskii biến đổi α-halo-ester và aldehyde thành β-hydroxy-ester, phản ứng Simmons-Smith theo đó kẽm carbenoid (iodomethyl) iodide phản ứng với alken (hoặc alkin) và biến đổi chúng thành cyclopropan, phản ứng thêm vào của các hợp chất kẽm hữu cơ tạo thành các hợp chất carbonyl. Phản ứng Barbier (1899) là sự cân bằng kẽm của phản ứng Grignard magnesi và tốt hơn là cả hai phản ứng. Sự có mặt của một lượng nước bất kỳ trong sự thành tạo magnesi hữu cơ halide sẽ không thành công, ngược lại phản ứng Barbier có thể thậm chí diễn ra trong môi trường nước. Mặt khác các kẽm hữu cơ ít ái nhân hơn Grignards, rất đắt và khó vận chuyển. Các hợp chất kẽm có hai gốc hữu cơ có trên thị trường là kẽm dimetyl, kẽm dietyl và kẽm diphenyl. Trong một nghiên cứu hợp chất kẽm hữu cơ hoạt động được xem là rẽ hơn nhiều so với tiền chất brom hữu cơ:

Phản ứng song hợp Negishi cũng là một phản ứng quan trọng để tạo thành các liên kết carbon-carbon mới giữa các nguyên tử carbon không no trong alken, aren và alkyn. Các chất xúc tác là nickel và palladi. Một bước quan trọng trong chu vòng tuần hoàn xúc tác đó là kẽm halide trao đổi bằng cách thay thế gốc hữu cơ của nó với một halogen khác bằng kim loại palladi (nickel). Phản ứng song hợp Fukuyama là một kiểu phản ứng khác như phản ứng này có 3 gốc ester tham gia phản ứng để tạo thành một xeton.

Kẽm có nhiều ứng dụng làm chất xúc tác trong tổng hợp hữu cơ như tổng hợp bất đối xứng, là một phương pháp rẻ và dễ thực hiện thay cho các chất phức kim loại quý. Các kết quả thu được bằng cách sử dụng chất điện phân kẽm chiral có thể so sánh với phương pháp thu được palladi, rutheni, iridi và các kim loại khác và do đó kẽm trở thành kim loại được lựa chọn ngày càng nhiều cho mục đích này.

Vai trò sinh học
Kẽm là nguyên tố cần thiết để duy trì sự sống của con người cũng như các động vật khác, thực vật, và vi sinh vật. Kẽm được tìm thấy trong gần 100 loại enzym đặc biệt (các nguồn khác cho rằng tới 300), có vai trò là các ion cấu trúc trong yếu tố phiên mã và được lưu trữ và vận chuyển ở dạng thionein kim loại. Nó là "kim loại chuyển tiếp phổ biến thứ 2 trong sinh vật" sau sắt và nó là kim loại duy nhất có mặt trong tất cả các lớp enzym. Việc miêu tả lý thuyết và tính toán của các liên kết kẽm trong các protein này cũng như đối với các kim loại chuyển tiếp khác còn khó khăn. phân bố trong khắp cơ thể con người. Hầu hết kẽm nằm trong não, cơ, xương, thận và gan, tuy nhiên nồng độ kẽm cao nhất tập trung trong tuyến tiền liệt và các bộ phận của mắt. Tinh dịch đặc biệt rất giàu kẽm, vì đây là yếu tố quan trọng trong chức năng của tuyến tiền liệt và giúp phát triển cơ quan sinh dục.

Kẽm đóng vai trò sinh học quan trọng đối với con người. và có thể "điều chỉnh khả năng kích thích não". Tuy nhiên, nó được gọi là "ngựa đen của não" ("the brain's dark horse") Hai ví dụ về các enzym chứa kẽm là carbonic anhydrase và carboxypeptidase, đây là các enzym cần thiết trong các quá trình của chuyển hóa cacbon dioxide () và tiêu hóa protein theo thứ tự.

Trong máu của động vật có xương sống, carbonic anhydrase chuyển hóa thành bicacbonat và cùng enzym đó chuyển bicacbonat trở lại thành khi thở qua phổi. Nếu không có enzym này, sự biến đổi này có thể diễn ra chậm hơn khoảng 1 triệu lần đối với máu bình thường có pH là 7 hoặc không thì pH phải 10 hoặc lớn hơn. Anhydrase không liên quan β-carbonic là cần thiết cho sự hình thành lá ở thực vật, sự tổng hợp indole acid acetic (auxin) và hô hấp kị khí (lên men rượu).

Carboxypeptidase tách các liên kết peptit trong quá trình tiêu hóa protein. Liên kết cộng hóa trị phối hợp được tạo ra giữa các peptit đầu cuối và nhóm C=O gắn với kẽm, làm cho cacbon tích điện dương. Yếu tố này giúp tạo ra một hốc kị nước trên enzym gần kẽm, làm hút phần không phân cực của protein bị tiêu hóa. Các kẽm finger tạo thành các bộ phận của một số yếu tố phiên mã (transcription factor), chúng là các protein nhận dạng trình tự DNA trong quá trình phiên mã và sao chép DNA. Mỗi ion thứ 9 hoặc 10 trong ngón tay kẽm giúp duy trình cấu trúc của các ngón tay bằng cách tạo liên kết với 4 amino acid trong nhân tố phiên mã. Hàm lượng kẽm trong huyết tương ở mức tương đối ổn định bất kể lượng kẽm tiêu thụ vào là bao nhiêu. Các tế bào trong tuyến nước bọt, tuyến tiền liệt, hệ miễn dịch và ruột sử dụng tín hiệu kẽm như là cách để liên lạc với các tế bào khác.

Kẽm có thể được giữ trong thionein kim loại trong vi sinh vật hoặc trong ruột hoặc gan động vật. Thionein kim loại trong các tế bào ruột có thể điều chỉnh sự hấp thụ kẽm khoảng 15-40%. Tuy nhiên thiếu hoặc thừa kẽm có thể gây hại; đặc biệt thừa kẽm làm giảm hấp thụ đồng do thionein kim loại hấp thụ cả hai kim loại như đã phân tích ở trên. Chế độ ăn trung bình ở Mỹ năm 2000 là 9&nbsp;mg/ngày đối với nữ giới và 14&nbsp;mg/ngày đối với nam giới. và các loại thịt đỏ, đặc biệt là thịt bò, thịt cừu và gan bò là các thực phẩm có hàm lượng kẽm cao. Các nguồn thức ăn tự nhiên giàu kẽm khác bao gồm: các loại quả có nhân, ngũ cốc nguyên vẹn, hạt bí hay hạt hướng dương.

Các nguồn khác trong thực phẩm tăng cường và chế độ ăn uống bổ sung cũng có nhiều dạng. Một báo cáo năm 1998 kết luận rằng kẽm oxide, là một trong những chất bổ sung phổ biến nhất ở Mỹ, và kẽm cacbonat là loại gần như không hòa tan và kém được hấp thu trong cơ thể. Tuy nhiên, bổ sung kẽm vượt mức gây hại là một vấn đề trong số những người tương đối giàu, và có thể không nên vượt quá 20&nbsp;mg/ngày ở người khỏe mạnh, mặc dù Hội đồng Nghiên cứu quốc gia Hoa Kỳ đưa ra mức trần là 40&nbsp;mg/ngày.

Tuy nhiên, trong việc tăng cường kẽm, một đánh giá năm 2003 cho rằng kẽm oxide trong ngũ cốc rẽ, ổn định và dễ hấp thu hơn các loại đắt tiền hơn. Một nghiên cứu năm 2005 phát hiện rằng nhiều hợp chất kẽm bao gồm cả dạng oxide và sulfat, không cho thấy sự khác biệt đáng kể về thống kê trong việc hấp thụ khi thêm vào bánh ngô. Một nghiên cứu năm 1987 cho thấy rằng kẽm picolinat được hấp thụ tốt hơn so với kẽm gluconat hay kẽm citrat. Tuy nhiên, một nghiên cứu công bố năm 2008 khẳng định rằng kẽm glycinat được hấp thụ tốt nhất trong bốn loại bổ sung kẽm trên thị trường.

Thiếu kẽm
Thiếu kẽm thường là do dinh dưỡng thiếu kẽm, nhưng cũng có thể liên quan đến sự hấp thu kẽm kém, acrodermatitis enteropathica, bệnh gan mãn tính, bệnh thận mãn tính, bệnh hồng cầu hình liềm, tiểu đường, bệnh ác tính và các bệnh mãn tính khác. Biểu hiện lâm sàng bao gồm chậm tăng trưởng, tiêu chảy, bất lực và chậm phát dục, rụng tóc, tổn thương da và mắt, giảm cảm giác ngon miệng, thay đổi nhận thức, làm suy giảm khả năng bảo vệ của cơ thể, khiếm khuyết trong việc sử dụng carbohydrat, và sinh quái thai. mặc dù dư thừa kẽm cũng giảm miễn dịch. nhưng những người ăn chay phương Tây không được phát hiện là thiếu hụt kẽm nhiều so với những người ăn thịt. Các nguồn thực vật cung cấp kẽm như đậu khô, rau biển, ngũ cốc tăng cường, thực phẩm từ đậu nành, đậu phụng, các loại hạt, đậu Hà Lan, mầm hạt. Chẩn đoán thiếu kẽm là một thách thức lâu dài. Ở trẻ em, thiếu kẽm làm gia tăng nhiễm trùng và tiêu chảy làm khoảng 800.000 trẻm em thiệt mạng mỗi năm trên toàn cầu. Bổ sung kẽm giúp ngăn ngừa bệnh tật và giảm tử vong, đặc biệt là trẻ em sinh thiếu cân hoặc chậm phát triển.

Phục hồi đất

Ericoid Mycorrhizal Fungi Calluna, Erica và Vaccinium có thể phát triển trên đất giàu kẽm.

Nông nghiệp

Thiếu kẽm trong nông nghiệp là sự thiếu hụt vi chất dinh dưỡng phổ biến nhất những loài cây trồng; đặc biệt phổ biến trong đất có pH cao. Thiếu kẽm trong đất trồng chiếm nửa diện tích của Thổ Nhĩ Kỳ và Ấn Độ, 1/3 ở Trung Quốc, và hầu hết ở Tây Úc, và phản ứng chủ yếu đối với phân kẽm đã được báo cáo ở những khu vực này. Mô hình hoạt động của ion tự do đã được công bố trong một số ấn phẩm, cho thấy rằng chỉ một lượng mỏ mol ion kẽm tự do cũng giết đi một số sinh vật. Một thí nghiệm gần đây cho thấy 6 micromol giết 93% Daphnia trong nước.

Ion kẽm tự do là một acid Lewis mạnh đến mức có thể ăn mòn. Acid dịch vị chứa acid clohydric, mà hàm lượng kẽm kim loại trong đó dễ hòa tan trong đó gây ăn mòn kẽm chloride. Nuốt đồng xu 1 cent của Mỹ năm 1982 (97,5% kẽm) có thể làm hỏng niêm mạc dạ dày do khả năng hòa tan cao của các ion kẽm trong dịch vị.

Có bằng chứng về sự thiếu hụt đồng khi uống ở mức thấp một lượng kẽm 100–300&nbsp;mg/ngày; một thử nghiệm gần đây cho thấy số người nhập viện cao hơn liên quan đến các biến chứng tiết niệu so với "thuốc trấn an" trong số đàn ông lớn tuổi uống 80&nbsp;mg/day. USDA RDA khuyến khích uống 11 và 8&nbsp;mg Zn/ngày theo thứ tự đối với đàn ông và phụ nữ. Hàm lượng kẽm vượt quá 500 ppm trong đất gây rối cho khả năng hấp thụ các kim loại cần thiết khác của thực vật, như sắt và mangan.

Cơ quan quản lý thuốc và thực phẩm Hoa Kỳ (FDA) đã khuyến cáo rằng kẽm phá hủy các thụ thể thần kinh trong mũi gây ra chứng mất khứu giác. Các báo cáo về chứng mất khứu giác cũng được quan sát trong thập niên 1930 khi các công tác chuẩn bị kẽm để sử dụng trong một nỗ lực không thành công để ngăn chặn sự lây nhiễm bệnh bại liệt. Ngày 16 tháng 6 năm 2009, FDA thông báo rằng những người sử dụng kẽm nên dừng sử dụng các sản phẩm trị cúm có gốc kẽm và yêu cầu loại bỏ các sản phẩm đó trong các cửa hàng. FDA nói rằng việc không cảm nhận được mùi có thể đe dọa đời sống vì người dân không thể cảm nhận được sự rò rỉ của gas hoặc khói và không thể nhận biết rằng thực phẩm có bị hư trước khi họ ăn. Nghiên cứu gần đây cho rằng kẽm pyrithion kháng khuẩn có thể gây phản ứng sốc nhiệt tiềm ẩn cảm ứng hơn có thể làm giảm tích toàn vẹn bộ gen với sự cảm ứng của PARP.

Ngộ độc
Năm 1982, United States Mint bắt đầu đúc xu bằng đồng mạ kẽm nhưng chủ yếu là làm từ kẽm. Với các đồng kẽm mới, có khả năng gây ngộ độc kẽm, và có thể gây tử vong. Một trường hợp ăn liên tục trong thời gian dài 425 đồng xu kẽm (hơn 1&nbsp;kg kẽm) gây tử vong do nhiễm vi khuẩn đường ruột và nhiễm trùng máu, trong khi một bệnh nhân khác ăn 12 gram kẽm chỉ cho thấy hôn mê và bất động. Một số ca khác liên quan đến ngộ độc kẽm từ việc nuốt các đồng xu kẽm cũng được ghi nhận.

Các con chó đôi khi cũng nuốt các đồng xu và chỉ có cách dùng thuốc để loại chúng ra khỏi cơ thể. Hàm lượng kẽm trong một số đồng xu có thể gây ra ngộ độc kẽm, mà thường gây tử vong ở chó, vì nó gây ra các chứng thiếu máu (hemolytic anemia) nghiêm trọng, và cũng làm cho gan và thận bị tổn thương; các chứng nôn mửa và tiêu chảy. Kẽm có độc tính cao đối với vẹt và sự ngộ độc có thể làm chết chúng. Việc cho các con vẹt uống các loại nước ép trái cây trong các hộp mạ kẽm có thể làm cho chúng bị ngộ độc kẽm hàng loạt.

Ghi chú

Tham khảo

Tham chiếu

Periodic Table of Elements: Los Alamos National Laboratory - Zinc Bản lưu 16/4/2000

Liên kết ngoài


WebElements.com – Zinc (tiếng Anh)
General Information of Zinc (tiếng Anh)
EnvironmentalChemistry.com – Zinc (tiếng Anh)
Discovering the 8th metal (tiếng Anh) A History of Zinc. Fathi Habashi
Zinc - Element information, properties and uses | Periodic Table trên Merck Index