El zinc es un elemento químico ; tiene símbolo Zn y número atómico 30. El zinc es un metal ligeramente quebradizo a temperatura ambiente y tiene un aspecto grisáceo brillante cuando se elimina la oxidación. Es el primer elemento del grupo 12 (IIB) de la tabla periódica . En algunos aspectos, el zinc es químicamente similar al magnesio : ambos elementos exhiben sólo un estado de oxidación normal (+2), y los iones Zn 2+ y Mg 2+ son de tamaño similar. [nota 1] El zinc es el elemento número 24 más abundante en la corteza terrestre y tiene cinco isótopos estables . El mineral de zinc más común es la esfalerita (blenda de zinc), un mineral de sulfuro de zinc . Las vetas viables más grandes se encuentran en Australia, Asia y Estados Unidos. El zinc se refina mediante flotación con espuma del mineral, tostación y extracción final mediante electricidad ( electroobtención ).
El zinc es un oligoelemento esencial para los seres humanos, [5] [6] [7] animales, [8] plantas [9] y para los microorganismos [10] y es necesario para el desarrollo prenatal y posnatal. [11] Es el segundo metal traza más abundante en los seres humanos después del hierro y es el único metal que aparece en todas las clases de enzimas . [9] [7] El zinc también es un elemento nutritivo esencial para el crecimiento de los corales, ya que es un cofactor importante para muchas enzimas. [12]
La deficiencia de zinc afecta a unos dos mil millones de personas en el mundo en desarrollo y está asociada con muchas enfermedades. [13] En los niños, la deficiencia causa retraso en el crecimiento, retraso en la maduración sexual, susceptibilidad a infecciones y diarrea . [11] Las enzimas con un átomo de zinc en el centro reactivo están muy extendidas en la bioquímica, como la alcohol deshidrogenasa en humanos. [14] El consumo de exceso de zinc puede causar ataxia , letargo y deficiencia de cobre . En los biomas marinos, especialmente en las regiones polares, un déficit de zinc puede comprometer la vitalidad de las comunidades de algas primarias, desestabilizando potencialmente las intrincadas estructuras tróficas marinas y, en consecuencia, impactando la biodiversidad. [15]
El latón , una aleación de cobre y zinc en diversas proporciones, se utilizaba ya en el tercer milenio antes de Cristo en la zona del Egeo y en la región que actualmente incluye Irak , los Emiratos Árabes Unidos , Kalmukia , Turkmenistán y Georgia . En el segundo milenio a. C. se utilizó en las regiones que actualmente incluyen la India Occidental , Uzbekistán , Irán , Siria , Irak e Israel . [16] [17] [18] El zinc metálico no se produjo a gran escala hasta el siglo XII en la India, aunque ya era conocido por los antiguos romanos y griegos. [19] Las minas de Rajasthan han dado evidencia definitiva de la producción de zinc que se remonta al siglo VI a.C. [20] Hasta la fecha, la evidencia más antigua de zinc puro proviene de Zawar, en Rajasthan, ya en el siglo IX d.C., cuando se empleaba un proceso de destilación para producir zinc puro. [21] Los alquimistas quemaron zinc en el aire para formar lo que llamaron " lana de filósofo " o "nieve blanca".
El elemento probablemente recibió el nombre del alquimista Paracelso en honor a la palabra alemana Zinke (púa, diente). Al químico alemán Andreas Sigismund Marggraf se le atribuye el descubrimiento del zinc metálico puro en 1746. El trabajo de Luigi Galvani y Alessandro Volta descubrió las propiedades electroquímicas del zinc en 1800. El revestimiento de zinc resistente a la corrosión del hierro ( galvanizado en caliente ) es la principal aplicación del zinc. . Otras aplicaciones son en baterías eléctricas , pequeñas piezas fundidas no estructurales y aleaciones como el latón. Se utilizan comúnmente una variedad de compuestos de zinc, como carbonato de zinc y gluconato de zinc (como suplementos dietéticos), cloruro de zinc (en desodorantes), piritiona de zinc (champús anticaspa ) , sulfuro de zinc (en pinturas luminiscentes) y dimetilzinc o dietilzinc. en el laboratorio orgánico.
El zinc es un metal diamagnético , brillante y de color blanco azulado , [22] aunque los grados comerciales más comunes del metal tienen un acabado opaco. [23] Es algo menos denso que el hierro y tiene una estructura cristalina hexagonal , con una forma distorsionada de empaquetamiento cerrado hexagonal , en el que cada átomo tiene seis vecinos más cercanos (a 265,9 pm) en su propio plano y otros seis a mayor distancia. de 290,6 hs. [24] El metal es duro y quebradizo en la mayoría de las temperaturas, pero se vuelve maleable entre 100 y 150 °C. [22] [23] Por encima de 210 °C, el metal vuelve a volverse quebradizo y puede pulverizarse al golpearlo. [25] El zinc es un buen conductor de la electricidad . [22] Para un metal, el zinc tiene un punto de fusión (419,5 °C) y de ebullición relativamente bajos (907 °C). [26] El punto de fusión es el más bajo de todos los metales del bloque D , aparte del mercurio y el cadmio ; Por esta razón, entre otras, el zinc, el cadmio y el mercurio a menudo no se consideran metales de transición como el resto de los metales del bloque D. [26]
Muchas aleaciones contienen zinc, incluido el latón. Otros metales que se sabe desde hace mucho tiempo que forman aleaciones binarias con zinc son el aluminio , el antimonio , el bismuto , el oro , el hierro, el plomo , el mercurio , la plata , el estaño , el magnesio , el cobalto , el níquel , el telurio y el sodio . [27] Aunque ni el zinc ni el circonio son ferromagnéticos , su aleación, ZrZn
2, exhibe ferromagnetismo por debajo de 35 K . [22]
El zinc constituye aproximadamente 75 ppm (0,0075%) de la corteza terrestre , lo que lo convierte en el 24º elemento más abundante. Las concentraciones de fondo típicas de zinc no superan 1 μg/m 3 en la atmósfera; 300 mg/kg en suelo; 100 mg/kg en vegetación; 20 μg/L en agua dulce y 5 μg/L en agua de mar. [28] El elemento normalmente se encuentra asociado con otros metales básicos como el cobre y el plomo en minerales . [29] El zinc es un calcófilo , lo que significa que es más probable que el elemento se encuentre en minerales junto con azufre y otros calcógenos pesados , en lugar de con el oxígeno calcógeno ligero o con elementos electronegativos no calcógenos como los halógenos . Los sulfuros se formaron cuando la corteza se solidificó bajo las condiciones reductoras de la atmósfera de la Tierra primitiva. [30] La esfalerita , que es una forma de sulfuro de zinc, es el mineral que contiene zinc más extraído porque su concentrado contiene entre 60 y 62 % de zinc. [29]
Otros minerales fuente de zinc incluyen smithsonita ( carbonato de zinc ), hemimorfita ( silicato de zinc ), wurtzita (otro sulfuro de zinc) y, a veces, hidrozincita ( carbonato de zinc básico ). [31] Con la excepción de la wurtzita, todos estos otros minerales se formaron por erosión de los sulfuros de zinc primordiales. [30]
Los recursos mundiales de zinc identificados suman entre 1.900 y 2.800 millones de toneladas . [32] [33] Los grandes depósitos se encuentran en Australia, Canadá y Estados Unidos, con las mayores reservas en Irán . [30] [34] [35] La estimación más reciente de la base de reservas de zinc (cumple con los criterios físicos mínimos especificados relacionados con las prácticas mineras y de producción actuales) se realizó en 2009 y se calculó en aproximadamente 480 Mt. [36] Reservas de zinc, por otro lado, son cuerpos minerales geológicamente identificados cuya idoneidad para la recuperación está basada económicamente (ubicación, ley, calidad y cantidad) al momento de su determinación. Dado que la exploración y el desarrollo minero son un proceso continuo, la cantidad de reservas de zinc no es un número fijo y la sostenibilidad de los suministros de mineral de zinc no puede juzgarse simplemente extrapolando la vida útil combinada de las minas de zinc actuales. Este concepto está bien respaldado por datos del Servicio Geológico de Estados Unidos (USGS), que ilustran que aunque la producción de zinc refinado aumentó un 80% entre 1990 y 2010, la vida útil de las reservas de zinc se ha mantenido sin cambios. A lo largo de la historia hasta 2002 se han extraído alrededor de 346 millones de toneladas, y los estudiosos han estimado que se utilizan entre 109 y 305 millones de toneladas. [37] [38] [39]
En la naturaleza se encuentran cinco isótopos estables de zinc, siendo el 64 Zn el isótopo más abundante (49,17% de abundancia natural ). [40] [41] Los otros isótopos que se encuentran en la naturaleza son66
Zn (27,73%),67
Zn (4,04%),68
Zn (18,45%), y70
Zn (0,61%). [41]
Se han caracterizado varias docenas de radioisótopos .sesenta y cinco
El Zn , que tiene una vida media de 243,66 días, es el radioisótopo menos activo, seguido del72
Zn con una vida media de 46,5 horas. [40] El zinc tiene 10 isómeros nucleares , de los cuales 69m el Zn tiene la vida media más larga, 13,76 h. [40] El superíndice m indica un isótopo metaestable . El núcleo de un isótopo metaestable se encuentra en estado excitado y volverá al estado fundamental emitiendo un fotón en forma de rayo gamma .61
Zn tiene tres estados metaestables excitados y73
Zn tiene dos. [42] Los isótopossesenta y cinco
zinc ,71
zinc ,77
Zn y78
Cada uno de los Zn tiene solo un estado metaestable excitado. [40]
El modo de desintegración más común de un radioisótopo de zinc con un número másico inferior a 66 es la captura de electrones . El producto de desintegración resultante de la captura de electrones es un isótopo de cobre. [40]
El modo de desintegración más común de un radioisótopo de zinc con un número de masa superior a 66 es la desintegración beta (β − ), que produce un isótopo de galio . [40]
El zinc tiene una configuración electrónica de [Ar]3d 10 4s 2 y es miembro del grupo 12 de la tabla periódica . Es un metal moderadamente reactivo y un fuerte agente reductor . [43] La superficie del metal puro se empaña rápidamente, formando finalmente una capa protectora pasivante del carbonato básico de zinc , Zn.
5(OH)
6( CO3 )
2, por reacción con el dióxido de carbono atmosférico . [44]
El zinc arde en el aire con una llama brillante de color verde azulado, emitiendo vapores de óxido de zinc . [45] El zinc reacciona fácilmente con ácidos , álcalis y otros no metales. [46] El zinc extremadamente puro reacciona lentamente a temperatura ambiente con los ácidos. [45] Los ácidos fuertes, como el ácido clorhídrico o sulfúrico , pueden eliminar la capa pasivante y la reacción posterior con el ácido libera gas hidrógeno. [45]
La química del zinc está dominada por el estado de oxidación +2. Cuando se forman compuestos en este estado de oxidación, los electrones de la capa exterior se pierden, produciendo un ion de zinc desnudo con la configuración electrónica [Ar]3d 10 . [47] En solución acuosa se forma un complejo octaédrico, [Zn(H
2O) 6 ]2+
es la especie predominante. [48] La volatilización del zinc en combinación con cloruro de zinc a temperaturas superiores a 285 °C indica la formación de Zn.
2CL
2, un compuesto de zinc con un estado de oxidación +1. [45] No se conocen compuestos de zinc en estados de oxidación positivos distintos de +1 o +2. [49] Los cálculos indican que es poco probable que exista un compuesto de zinc con un estado de oxidación de +4. [50] Se predice que el Zn(III) existirá en presencia de trianiones fuertemente electronegativos; [51] sin embargo, existen algunas dudas sobre esta posibilidad. [52] Pero en 2021 se informó con más evidencia de otro compuesto que tenía el estado de oxidación de +3 con la fórmula ZnBeB 11 (CN) 12 . [53]
La química del zinc es similar a la química de los metales de transición tardíos de la primera fila, el níquel y el cobre, aunque tiene una capa D llena y los compuestos son diamagnéticos y en su mayoría incoloros. [54] Los radios iónicos del zinc y el magnesio resultan ser casi idénticos. Debido a esto, algunas de las sales equivalentes tienen la misma estructura cristalina , [55] y en otras circunstancias donde el radio iónico es un factor determinante, la química del zinc tiene mucho en común con la del magnesio. [45] En otros aspectos, hay poca similitud con los últimos metales de transición de la primera fila. El zinc tiende a formar enlaces con un mayor grado de covalencia y complejos mucho más estables con los donantes de N y S. [54] Los complejos de zinc son en su mayoría de 4 o 6 coordenadas , aunque se conocen complejos de 5 coordenadas. [45]
Los compuestos de zinc (I) son muy raros. El ion [Zn 2 ] 2+ está implicado en la formación de un vidrio diamagnético amarillo al disolver zinc metálico en ZnCl 2 fundido . [56] El núcleo [Zn 2 ] 2+ sería análogo al catión [Hg 2 ] 2+ presente en los compuestos de mercurio (I). La naturaleza diamagnética del ion confirma su estructura dimérica. El primer compuesto de zinc(I) que contiene el enlace Zn-Zn, (η 5 -C 5 Me 5 ) 2 Zn 2 .
Los compuestos binarios de zinc son conocidos para la mayoría de los metaloides y todos los no metales excepto los gases nobles . El óxido ZnO es un polvo blanco que es casi insoluble en soluciones acuosas neutras, pero es anfótero y se disuelve tanto en soluciones ácidas como básicas fuertes. [45] Los otros calcogenuros ( ZnS , ZnSe y ZnTe ) tienen diversas aplicaciones en electrónica y óptica. [57] Pnictogenuros ( Zn
3norte
2, zinc
3PAG
2, zinc
3Como
2y zinc
3sb
2), [58] [59] el peróxido ( ZnO2), el hidruro ( ZnH2), y el carburo ( ZnC
2) también son conocidos. [60] De los cuatro haluros , ZnF2tiene el carácter más iónico, mientras que los demás ( ZnCl
2, ZnBr
2y ZnI2) tienen puntos de fusión relativamente bajos y se considera que tienen un carácter más covalente. [61]
En soluciones básicas débiles que contienen Zn.2+
iones, el hidróxido Zn(OH)
2se forma como un precipitado blanco . En soluciones alcalinas más fuertes, este hidróxido se disuelve para formar zincatos ( [Zn(OH) 4 ]2-
). [45] El nitrato Zn(NO 3 )
2, clorato de Zn(ClO 3 )
2, sulfato ZnSO
4, fosfato de zinc
3( PO4 )
2, molibdato ZnMoO
4, cianuro Zn(CN)
2, arsenito Zn(AsO 2 )
2, arseniato de Zn(AsO 4 )
2·8H
2O y el cromato ZnCrO
4(uno de los pocos compuestos de zinc coloreados) son algunos ejemplos de otros compuestos inorgánicos comunes de zinc. [62] [63]
Los compuestos organozinc son aquellos que contienen enlaces covalentes zinc- carbono . Dietilzinc ( (C
2H 5 )
2Zn ) es un reactivo en química sintética. Se informó por primera vez en 1848 a partir de la reacción de zinc y yoduro de etilo , y fue el primer compuesto conocido que contenía un enlace sigma metal-carbono . [64]
El papel de cobalticianuro (prueba de Rinnmann para Zn) se puede utilizar como indicador químico de zinc. Se disuelven 4 g de K 3 Co(CN) 6 y 1 g de KClO 3 en 100 ml de agua. El papel se sumerge en la solución y se seca a 100 °C. Se deja caer una gota de la muestra sobre el papel seco y se calienta. Un disco verde indica la presencia de zinc. [sesenta y cinco]
Se han descubierto varios ejemplos aislados del uso de zinc impuro en la antigüedad. Los minerales de zinc se utilizaron para fabricar latón, una aleación de zinc y cobre, miles de años antes del descubrimiento del zinc como elemento separado. El latón de Judea de los siglos XIV al X a.C. contiene un 23% de zinc. [17]
El conocimiento sobre cómo producir latón se extendió a la antigua Grecia en el siglo VII a. C., pero se fabricaron pocas variedades. [18] Se han encontrado adornos hechos de aleaciones que contienen entre 80 y 90 % de zinc, y el resto con plomo, hierro, antimonio y otros metales, que tienen 2.500 años de antigüedad. [29] En un sitio arqueológico de Dacia se encontró una estatuilla posiblemente prehistórica que contenía un 87,5% de zinc . [66]
Los escritos de Estrabón en el siglo I a. C. (pero citando una obra ahora perdida del historiador Teopompo del siglo IV a. C. ) menciona "gotas de plata falsa" que, mezcladas con cobre, producen latón. Esto puede referirse a pequeñas cantidades de zinc que es un subproducto de la fundición de minerales de sulfuro . [67] El zinc que se encontraba en dichos restos en los hornos de fundición generalmente se descartaba porque se pensaba que no tenía valor. [68]
Los romanos conocían la fabricación de latón alrededor del año 30 a.C. [69] Hicieron latón calentando calamina en polvo ( silicato o carbonato de zinc), carbón vegetal y cobre juntos en un crisol. [69] El latón de calamina resultante luego se fundió o martilló para darle forma para su uso en armamento. [70] Algunas monedas acuñadas por los romanos en la era cristiana están hechas de lo que probablemente sea latón calamina. [71]
Las píldoras más antiguas conocidas estaban hechas de carbonatos de zinc, hidrozincita y smithsonita. Las pastillas se utilizaban para el dolor de ojos y se encontraron a bordo del barco romano Relitto del Pozzino, naufragado en el año 140 a.C. [72] [73]
La tablilla de zinc de Berna es una placa votiva que data de la Galia romana y está hecha de una aleación compuesta principalmente de zinc. [74]
El Charaka Samhita , que se cree que fue escrito entre el 300 y el 500 d. C., [75] menciona un metal que, cuando se oxida, produce pushpanjan , que se cree que es óxido de zinc. [76] Las minas de zinc en Zawar, cerca de Udaipur en India, han estado activas desde el período Maurya ( c. 322 y 187 a. C.). Sin embargo, la fundición de zinc metálico aquí parece haber comenzado alrededor del siglo XII d.C. [77] [78] Una estimación es que este lugar produjo aproximadamente millones de toneladas de zinc metálico y óxido de zinc entre los siglos XII y XVI. [31] Otra estimación cifra una producción total de 60.000 toneladas de zinc metálico durante este período. [77] El Rasaratna Samuccaya , escrito aproximadamente en el siglo XIII d.C., menciona dos tipos de minerales que contienen zinc: uno utilizado para la extracción de metales y otro utilizado con fines medicinales. [78]
El zinc fue claramente reconocido como un metal bajo la designación de Yasada o Jasada en el Léxico médico atribuido al rey hindú Madanapala (de la dinastía Taka) y escrito alrededor del año 1374. [79] Fundición y extracción de zinc impuro mediante la reducción de calamina con lana y otras sustancias orgánicas se logró en el siglo XIII en la India. [22] [80] Los chinos no aprendieron la técnica hasta el siglo XVII. [80]
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Los alquimistas quemaron zinc metálico en el aire y recogieron el óxido de zinc resultante en un condensador . Algunos alquimistas llamaron a este óxido de zinc lana philosophica , que en latín significa "lana del filósofo", porque se acumulaba en mechones lanudos, mientras que otros pensaron que parecía nieve blanca y lo llamaron nix album . [81]
El nombre del metal probablemente fue documentado por primera vez por Paracelso , un alquimista alemán nacido en Suiza, que se refirió al metal como "zincum" o "zinken" en su libro Liber Mineralium II , en el siglo XVI. [80] [82] La palabra probablemente se deriva del alemán zinke y supuestamente significa "con forma de diente, puntiagudo o dentado" (los cristales metálicos de zinc tienen una apariencia de aguja). [83] Zink también podría implicar "parecido al estaño" debido a su relación con el alemán zinn que significa estaño. [84] Otra posibilidad más es que la palabra se derive de la palabra persa سنگ seng que significa piedra. [85] El metal también se llamaba estaño indio , tutanego , calamina y spinter . [29]
El metalúrgico alemán Andreas Libavius recibió una cantidad de lo que llamó "calay" (de la palabra malaya o hindi para estaño) procedente de Malabar de un carguero capturado a los portugueses en el año 1596. [86] Libavius describió las propiedades de la muestra. , que pudo haber sido zinc. El zinc se importaba regularmente a Europa desde Oriente en el siglo XVII y principios del XVIII, [80] pero en ocasiones era muy caro. [nota 2]
El zinc metálico fue aislado en la India hacia el año 1300 d.C. [87] [88] [89] Antes de ser aislado en Europa, fue importado de la India alrededor del año 1600 d.C. [90] El Diccionario Universal de Postlewayt , una fuente contemporánea que brinda información tecnológica en Europa, no mencionó el zinc antes de 1751, pero el elemento se estudió antes. [78] [91]
El metalúrgico y alquimista flamenco P. M. de Respour informó que había extraído zinc metálico a partir de óxido de zinc en 1668. [31] A principios del siglo XVIII, Étienne François Geoffroy describió cómo el óxido de zinc se condensa en forma de cristales amarillos en barras de hierro colocadas sobre el mineral de zinc. que se está fundiendo. [31] En Gran Bretaña, se dice que John Lane llevó a cabo experimentos para fundir zinc, probablemente en Landore , antes de su quiebra en 1726. [92]
En 1738, en Gran Bretaña, William Champion patentó un proceso para extraer zinc de la calamina en una fundición estilo retorta vertical . [93] Su técnica se parecía a la utilizada en las minas de zinc de Zawar en Rajasthan , pero ninguna evidencia sugiere que visitara Oriente. [90] El proceso de Champion se utilizó hasta 1851. [80]
Al químico alemán Andreas Marggraf normalmente se le atribuye el mérito de haber aislado zinc metálico puro en Occidente, a pesar de que el químico sueco Anton von Swab había destilado zinc a partir de calamina cuatro años antes. [80] En su experimento de 1746, Marggraf calentó una mezcla de calamina y carbón vegetal en un recipiente cerrado sin cobre para obtener un metal. [94] [68] Este procedimiento se volvió comercialmente práctico en 1752. [95]
El hermano de William Champion, John, patentó un proceso en 1758 para calcinar sulfuro de zinc en un óxido utilizable en el proceso de retorta. [29] Antes de esto, sólo la calamina podía usarse para producir zinc. En 1798, Johann Christian Ruberg mejoró el proceso de fundición construyendo la primera fundición de retorta horizontal. [96] Jean-Jacques Daniel Dony construyó un tipo diferente de fundición de zinc horizontal en Bélgica que procesaba aún más zinc. [80] El médico italiano Luigi Galvani descubrió en 1780 que conectar la médula espinal de una rana recién disecada a un riel de hierro sujeto por un gancho de latón provocaba que la pata de la rana se contrajera. [97] Pensó incorrectamente que había descubierto la capacidad de los nervios y músculos para crear electricidad y llamó al efecto " electricidad animal ". [98] La celda galvánica y el proceso de galvanización recibieron el nombre de Luigi Galvani, y sus descubrimientos allanaron el camino para las baterías eléctricas , la galvanización y la protección catódica . [98]
El amigo de Galvani, Alessandro Volta , continuó investigando el efecto e inventó la pila voltaica en 1800. [97] La pila de Volta consistía en una pila de celdas galvánicas simplificadas , cada una de las cuales era una placa de cobre y una de zinc conectadas por un electrolito . Al apilar estas unidades en serie, la pila voltaica (o "batería") en su conjunto tenía un voltaje más alto, que podía usarse más fácilmente que las celdas individuales. La electricidad se produce porque el potencial Volta entre las dos placas de metal hace que los electrones fluyan del zinc al cobre y corroan el zinc. [97]
El carácter no magnético del zinc y su falta de color en solución retrasaron el descubrimiento de su importancia para la bioquímica y la nutrición. [99] Esto cambió en 1940 cuando se demostró que la anhidrasa carbónica , una enzima que elimina el dióxido de carbono de la sangre, tenía zinc en su sitio activo . [99] La enzima digestiva carboxipeptidasa se convirtió en la segunda enzima conocida que contiene zinc en 1955. [99]
El zinc es el cuarto metal más común en uso, sólo por detrás del hierro , el aluminio y el cobre , con una producción anual de alrededor de 13 millones de toneladas. [32] El mayor productor de zinc del mundo es Nyrstar , una fusión de la australiana OZ Minerals y la belga Umicore . [101] Alrededor del 70% del zinc del mundo proviene de la minería, mientras que el 30% restante proviene del reciclaje de zinc secundario. [102]
El zinc comercialmente puro se conoce como grado especial alto, a menudo abreviado SHG , y tiene una pureza del 99,995 %. [103]
En todo el mundo, el 95% del nuevo zinc se extrae de depósitos de minerales sulfurados , en los que la esfalerita (ZnS) casi siempre se mezcla con sulfuros de cobre, plomo y hierro. [104] : 6 Las minas de zinc se encuentran dispersas por todo el mundo, siendo las principales zonas China, Australia y Perú. China produjo el 38% de la producción mundial de zinc en 2014. [32]
El zinc metálico se produce mediante metalurgia extractiva . [105] : 7 El mineral se muele finamente, luego se somete a flotación con espuma para separar los minerales de la ganga (por la propiedad de hidrofobicidad ), para obtener un concentrado de mineral de sulfuro de zinc [105] : 16 que consiste en aproximadamente 50% de zinc, 32% azufre, 13% hierro y 5% SiO
2. [105] : 16
La tostación convierte el concentrado de sulfuro de zinc en óxido de zinc: [104]
El dióxido de azufre se utiliza para la producción de ácido sulfúrico, necesario para el proceso de lixiviación. Si para la producción de zinc se utilizan depósitos de carbonato de zinc , silicato de zinc o espinela de zinc (como el depósito Skorpion en Namibia ), se puede omitir la tostación. [106]
Para su posterior procesamiento se utilizan dos métodos básicos: pirometalurgia o electroobtención . La pirometalurgia reduce el óxido de zinc con carbono o monóxido de carbono a 950 °C (1740 °F) en el metal, que se destila como vapor de zinc para separarlo de otros metales, que no son volátiles a esas temperaturas. [107] El vapor de zinc se recoge en un condensador. [104] Las ecuaciones siguientes describen este proceso: [104]
En la electroobtención , el zinc se lixivia del concentrado de mineral mediante ácido sulfúrico y las impurezas se precipitan: [108]
Finalmente, el zinc se reduce mediante electrólisis . [104]
El ácido sulfúrico se regenera y se recicla al paso de lixiviación.
Cuando se alimenta materia prima galvanizada a un horno de arco eléctrico , el zinc se recupera del polvo mediante varios procesos, predominantemente el proceso Waelz (90% en 2014). [109]
El refinamiento de minerales de zinc sulfurados produce grandes volúmenes de dióxido de azufre y vapor de cadmio . Las escorias de fundición y otros residuos contienen cantidades importantes de metales. Entre 1806 y 1882 se extrajeron y fundieron alrededor de 1,1 millones de toneladas de zinc metálico y 130.000 toneladas de plomo en las ciudades belgas de La Calamine y Plombières . [110] Los vertederos de las antiguas explotaciones mineras lixivian zinc y cadmio, y los sedimentos de El río Geul contiene cantidades no triviales de metales. [110] Hace unos dos mil años, las emisiones de zinc procedentes de la minería y la fundición ascendían a 10.000 toneladas al año. Después de multiplicarse por diez desde 1850, las emisiones de zinc alcanzaron un máximo de 3,4 millones de toneladas por año en la década de 1980 y disminuyeron a 2,7 millones de toneladas en la década de 1990, aunque un estudio de 2005 de la troposfera ártica encontró que las concentraciones allí no reflejaban la disminución. Las emisiones naturales y provocadas por el hombre se producen en una proporción de 20 a 1. [9]
El zinc en los ríos que fluyen a través de zonas industriales y mineras puede alcanzar hasta 20 ppm. [111] El tratamiento eficaz de las aguas residuales reduce en gran medida esto; El tratamiento a lo largo del Rin , por ejemplo, ha reducido los niveles de zinc a 50 ppb. [111] Concentraciones de zinc tan bajas como 2 ppm afectan negativamente la cantidad de oxígeno que los peces pueden transportar en la sangre. [112]
Los suelos contaminados con zinc procedente de la minería, la refinación o la fertilización con lodos que contienen zinc pueden contener varios gramos de zinc por kilogramo de suelo seco. Los niveles de zinc superiores a 500 ppm en el suelo interfieren con la capacidad de las plantas para absorber otros metales esenciales , como el hierro y el manganeso . En algunas muestras de suelo se han registrado niveles de zinc de 2000 ppm a 180 000 ppm (18%). [111]
Las principales aplicaciones del zinc incluyen, con porcentajes dados para los EE.UU. [115]
El zinc se utiliza más comúnmente como agente anticorrosión [116] y la galvanización (recubrimiento de hierro o acero ) es la forma más familiar. En 2009, en Estados Unidos se utilizó para galvanización el 55% o 893.000 toneladas del metal zinc. [115]
El zinc es más reactivo que el hierro o el acero y, por lo tanto, atraerá casi toda la oxidación local hasta que se corroa por completo. [117] Una capa superficial protectora de óxido y carbonato ( Zn
5(OH)
6(CO
3)
2) se forma a medida que el zinc se corroe. [118] Esta protección dura incluso después de rayar la capa de zinc, pero se degrada con el tiempo a medida que el zinc se corroe. [118] El zinc se aplica electroquímicamente o como zinc fundido mediante galvanización en caliente o pulverización. La galvanización se utiliza en cercas de tela metálica, barandillas, puentes colgantes, postes de luz, techos metálicos, intercambiadores de calor y carrocerías de automóviles. [119]
La relativa reactividad del zinc y su capacidad para atraer la oxidación hacia sí mismo lo convierte en un ánodo de sacrificio eficiente en la protección catódica (CP). Por ejemplo, la protección catódica de una tubería enterrada se puede lograr conectando ánodos hechos de zinc a la tubería. [118] El zinc actúa como ánodo (terminal negativo) al corroerse lentamente a medida que pasa corriente eléctrica a la tubería de acero. [118] [nota 3] El zinc también se utiliza para proteger catódicamente metales que están expuestos al agua de mar. [120] Un disco de zinc unido al timón de hierro de un barco se corroerá lentamente mientras el timón permanezca intacto. [117] De manera similar, un tapón de zinc unido a una hélice o la protección protectora metálica de la quilla del barco proporciona protección temporal.
Con un potencial de electrodo estándar (SEP) de −0,76 voltios , el zinc se utiliza como material anódico para baterías. (Se utiliza más litio reactivo (SEP −3,04 V) para los ánodos de las baterías de litio ). El zinc en polvo se utiliza de esta manera en pilas alcalinas y la carcasa (que también sirve como ánodo) de las pilas de zinc-carbono se forma a partir de láminas de zinc. [121] [122] El zinc se utiliza como ánodo o combustible de la batería/celda de combustible de zinc-aire . [123] [124] [125] La batería de flujo redox de zinc-cerio también se basa en una media celda negativa a base de zinc. [126]
Una aleación de zinc ampliamente utilizada es el latón, en el que el cobre se alea con entre un 3% y un 45% de zinc, según el tipo de latón. [118] El latón es generalmente más dúctil y más fuerte que el cobre, y tiene una resistencia a la corrosión superior . [118] Estas propiedades lo hacen útil en equipos de comunicación, hardware, instrumentos musicales y válvulas de agua. [118]
Otras aleaciones de zinc ampliamente utilizadas incluyen alpaca , metal para máquinas de escribir, soldadura blanda y de aluminio y bronce comercial . [22] El zinc también se utiliza en los órganos de tubos contemporáneos como sustituto de la tradicional aleación de plomo y estaño en los tubos. [127] Las aleaciones de 85 a 88 % de zinc, 4 a 10 % de cobre y 2 a 8 % de aluminio encuentran un uso limitado en ciertos tipos de rodamientos de máquinas. El zinc ha sido el metal principal en las monedas de un centavo estadounidenses (pennies) desde 1982. [128] El núcleo de zinc está recubierto con una fina capa de cobre para darle la apariencia de una moneda de cobre. En 1994, se utilizaron 33.200 toneladas (36.600 toneladas cortas) de zinc para producir 13.600 millones de centavos en Estados Unidos. [129]
Las aleaciones de zinc con pequeñas cantidades de cobre, aluminio y magnesio son útiles en la fundición a presión y en la fundición por rotación , especialmente en las industrias automotriz, eléctrica y de ferretería. [22] Estas aleaciones se comercializan con el nombre de Zamak . [130] Un ejemplo de esto es el zinc aluminio . El bajo punto de fusión junto con la baja viscosidad de la aleación hacen posible la producción de formas pequeñas e intrincadas. La baja temperatura de trabajo conduce a un rápido enfriamiento de los productos fundidos y una rápida producción para el montaje. [22] [131] Otra aleación, comercializada bajo la marca Prestal, contiene 78% de zinc y 22% de aluminio, y se dice que es casi tan fuerte como el acero pero tan maleable como el plástico. [22] [132] Esta superplasticidad de la aleación permite que se moldee utilizando piezas fundidas hechas de cerámica y cemento. [22]
Aleaciones similares con la adición de una pequeña cantidad de plomo se pueden laminar en frío para formar láminas. Se utiliza una aleación de 96% de zinc y 4% de aluminio para fabricar matrices de estampado para aplicaciones de baja producción para las cuales las matrices de metales ferrosos serían demasiado caras. [133] Para fachadas de edificios, techos y otras aplicaciones de láminas de metal formadas por embutición profunda , perfilado o doblado , se utilizan aleaciones de zinc con titanio y cobre. [134] El zinc no aleado es demasiado frágil para estos procesos de fabricación. [134]
Al ser un material denso, económico y fácil de trabajar, el zinc se utiliza como sustituto del plomo . A raíz de las preocupaciones sobre el plomo , el zinc aparece en pesas para diversas aplicaciones que van desde la pesca [135] hasta balanzas de neumáticos y volantes. [136]
El telururo de cadmio y zinc (CZT) es una aleación semiconductora que se puede dividir en una serie de pequeños dispositivos sensores. [137] Estos dispositivos son similares a un circuito integrado y pueden detectar la energía de los fotones de rayos gamma entrantes . [137] Cuando está detrás de una máscara absorbente, el conjunto de sensores CZT puede determinar la dirección de los rayos. [137]
Aproximadamente una cuarta parte de toda la producción de zinc en los Estados Unidos en 2009 se consumió en compuestos de zinc; [115] una variedad de los cuales se utilizan industrialmente. El óxido de zinc se utiliza ampliamente como pigmento blanco en pinturas y como catalizador en la fabricación de caucho para dispersar el calor. El óxido de zinc se utiliza para proteger los polímeros de caucho y los plásticos de la radiación ultravioleta (UV). [119] Las propiedades semiconductoras del óxido de zinc lo hacen útil en varistores y productos de fotocopia. [138] El ciclo del óxido de zinc es un proceso termoquímico de dos pasos basado en zinc y óxido de zinc para la producción de hidrógeno . [139]
El cloruro de zinc a menudo se agrega a la madera como retardante del fuego [140] y, a veces, como conservante de la madera . [141] Se utiliza en la fabricación de otros productos químicos. [140] Zinc metílico ( Zn(CH 3 )
2) se utiliza en varias síntesis orgánicas . [142] El sulfuro de zinc (ZnS) se utiliza en pigmentos luminiscentes , como en las manecillas de los relojes, en las pantallas de rayos X y de televisión, y en pinturas luminosas . [143] Los cristales de ZnS se utilizan en láseres que funcionan en la parte del espectro del infrarrojo medio. [144] El sulfato de zinc es una sustancia química presente en tintes y pigmentos. [140] El piritionato de zinc se utiliza en pinturas antiincrustantes . [145]
El polvo de zinc se utiliza a veces como propulsor en cohetes modelo . [146] Cuando se enciende una mezcla comprimida de 70% de zinc y 30% de polvo de azufre , se produce una reacción química violenta. [146] Esto produce sulfuro de zinc, junto con grandes cantidades de gas caliente, calor y luz. [146]
La chapa de zinc se utiliza como cubierta duradera para techos, paredes y encimeras, lo último que se ve a menudo en bistrós y bares de ostras , y es conocida por el aspecto rústico que le confiere la oxidación de su superficie con el uso a una pátina gris azulada y su susceptibilidad a rascarse. [147] [148] [149] [150]
64
El Zn , el isótopo más abundante del zinc, es muy susceptible a la activación neutrónica , transmutándose en el altamente radiactivosesenta y cinco
Zn , que tiene una vida media de 244 días y produce una intensa radiación gamma . Debido a esto, el óxido de zinc utilizado en los reactores nucleares como agente anticorrosión se agota.64
Zn antes de su uso, esto se llama óxido de zinc empobrecido . Por la misma razón, se ha propuesto el zinc como material salado para armas nucleares ( el cobalto es otro material salado más conocido). [151] Una chaqueta de enriquecido isotópicamente 64
El Zn sería irradiado por el intenso flujo de neutrones de alta energía de la explosión de un arma termonuclear, formando una gran cantidad desesenta y cinco
Zn aumenta significativamente la radiactividad de la lluvia radiactiva del arma . [151] No se sabe que un arma de este tipo haya sido construida, probada o utilizada alguna vez. [151]
sesenta y cinco
El Zn se utiliza como trazador para estudiar cómo se desgastan las aleaciones que contienen zinc, o la trayectoria y el papel del zinc en los organismos. [152]
Los complejos de ditiocarbamato de zinc se utilizan como fungicidas agrícolas ; estos incluyen Zineb , Metiram, Propineb y Ziram. [153] El naftenato de zinc se utiliza como conservante de la madera. [154] El zinc en forma de ZDDP se utiliza como aditivo antidesgaste para piezas metálicas en el aceite de motor. [155]
La química del organozinc es la ciencia de los compuestos que contienen enlaces carbono-zinc, que describe las propiedades físicas, la síntesis y las reacciones químicas. Muchos compuestos organozinc son comercialmente importantes. [157] [158] [159] [160] Entre las aplicaciones importantes se encuentran:
El zinc ha encontrado muchos usos en la catálisis en la síntesis orgánica, incluida la síntesis enantioselectiva , siendo una alternativa barata y fácilmente disponible a los complejos de metales preciosos. Los resultados cuantitativos (rendimiento y exceso enantiomérico ) obtenidos con catalizadores quirales de zinc pueden ser comparables a los logrados con paladio, rutenio, iridio y otros. [163]
En la mayoría de los suplementos vitamínicos y minerales diarios de venta libre y de una sola tableta , el zinc se incluye en formas tales como óxido de zinc , acetato de zinc , gluconato de zinc o quelato de aminoácidos de zinc. [164] [165]
Generalmente, se recomienda el suplemento de zinc donde existe un alto riesgo de deficiencia de zinc (como en los países de ingresos bajos y medios) como medida preventiva. [166] Aunque el sulfato de zinc es una forma de zinc comúnmente utilizada, el citrato, gluconato y picolinato de zinc también pueden ser opciones válidas. Estas formas se absorben mejor que el óxido de zinc. [167]
El zinc es una parte económica y eficaz del tratamiento de la diarrea entre los niños del mundo en desarrollo. El zinc se agota en el cuerpo durante la diarrea y reponerlo con un tratamiento de 10 a 14 días puede reducir la duración y la gravedad de los episodios de diarrea y también puede prevenir episodios futuros hasta por tres meses. [168] La gastroenteritis se atenúa fuertemente con la ingestión de zinc, posiblemente por la acción antimicrobiana directa de los iones en el tracto gastrointestinal , o por la absorción del zinc y su reliberación de las células inmunes (todos los granulocitos secretan zinc), o ambos. [169] [170]
Los suplementos de zinc (frecuentemente pastillas de acetato de zinc o gluconato de zinc ) son un grupo de suplementos dietéticos que se utilizan habitualmente para el tratamiento del resfriado común . [171] Se ha demostrado que el uso de suplementos de zinc en dosis superiores a 75 mg/día dentro de las 24 horas posteriores al inicio de los síntomas reduce la duración de los síntomas del resfriado en aproximadamente 1 día en adultos. [171] [172] Los efectos adversos de los suplementos de zinc por vía oral incluyen mal sabor y náuseas . [171] [172] El uso intranasal de aerosoles nasales que contienen zinc se ha asociado con la pérdida del sentido del olfato ; [171] en consecuencia, en junio de 2009, la Administración de Medicamentos y Alimentos de los Estados Unidos (USFDA) advirtió a los consumidores que dejaran de usar zinc intranasal. [171]
El rinovirus humano , el patógeno viral más común en los seres humanos, es la causa predominante del resfriado común. [173] El mecanismo de acción hipotético por el cual el zinc reduce la gravedad y/o la duración de los síntomas del resfriado es la supresión de la inflamación nasal y la inhibición directa de la unión del receptor rinoviral y la replicación rinoviral en la mucosa nasal . [171]La deficiencia de zinc puede provocar pérdida de apetito. [174] El uso de zinc en el tratamiento de la anorexia se ha defendido desde 1979. Al menos 15 ensayos clínicos han demostrado que el zinc mejoró el aumento de peso en la anorexia. Un ensayo de 1994 demostró que el zinc duplicaba la tasa de aumento de masa corporal en el tratamiento de la anorexia nerviosa. La deficiencia de otros nutrientes como tirosina, triptófano y tiamina podría contribuir a este fenómeno de "desnutrición inducida por la desnutrición". [175] Un metanálisis de 33 ensayos de intervención prospectivos sobre la suplementación con zinc y sus efectos sobre el crecimiento de los niños en muchos países mostró que la suplementación con zinc por sí sola tuvo un efecto estadísticamente significativo sobre el crecimiento lineal y el aumento de peso corporal, lo que indica que otras deficiencias que pueden han estado presentes no fueron responsables del retraso del crecimiento. [176]
Una revisión Cochrane de 2023 indicó que las personas que toman suplementos de zinc pueden tener menos probabilidades de desarrollar degeneración macular relacionada con la edad . [177] El suplemento de zinc es un tratamiento eficaz para la acrodermatitis enteropática , un trastorno genético que afecta la absorción de zinc y que anteriormente era fatal para los bebés afectados. [69] La deficiencia de zinc se ha asociado con el trastorno depresivo mayor (TDM), y los suplementos de zinc pueden ser un tratamiento eficaz. [178] El zinc puede ayudar a las personas a dormir más. [7]
Las preparaciones tópicas de zinc incluyen las que se usan en la piel, a menudo en forma de óxido de zinc . La FDA generalmente reconoce que el óxido de zinc es seguro y eficaz [179] y se considera muy fotoestable. [180] El óxido de zinc es uno de los ingredientes activos más comunes formulados en un protector solar para mitigar las quemaduras solares . [69] Aplicado en una capa fina en el área del pañal ( perineo ) del bebé con cada cambio de pañal, puede proteger contra la dermatitis del pañal . [69]
El zinc quelado se utiliza en pastas dentales y enjuagues bucales para prevenir el mal aliento ; El citrato de zinc ayuda a reducir la acumulación de cálculos (sarro). [181] [182]
El piritionato de zinc se incluye ampliamente en los champús para prevenir la caspa. [183]
También se ha demostrado que el zinc tópico trata eficazmente y prolonga la remisión del herpes genital . [184]
El zinc es un oligoelemento esencial para los seres humanos [185] [5] [6] [7] y otros animales, [8] para las plantas [9] y para los microorganismos . [10] El zinc es necesario para la función de más de 300 enzimas y 1000 factores de transcripción , [7] y se almacena y transfiere en metalotioneínas . [186] [187] Es el segundo metal traza más abundante en los seres humanos después del hierro y es el único metal que aparece en todas las clases de enzimas . [9] [7]
En las proteínas, los iones de zinc suelen estar coordinados con las cadenas laterales de aminoácidos del ácido aspártico , ácido glutámico , cisteína e histidina . La descripción teórica y computacional de esta unión del zinc en proteínas (así como la de otros metales de transición) es difícil. [188]
Aproximadamente entre 2 y 4 gramos de zinc [189] se distribuyen por todo el cuerpo humano. La mayor parte del zinc se encuentra en el cerebro, los músculos, los huesos, los riñones y el hígado, con las concentraciones más altas en la próstata y partes del ojo. [190] El semen es particularmente rico en zinc, un factor clave en la función de la glándula prostática y el crecimiento de los órganos reproductivos . [191]
La homeostasis del zinc en el cuerpo está controlada principalmente por el intestino. En este caso, ZIP4 y especialmente TRPM7 se vincularon con la absorción intestinal de zinc, esencial para la supervivencia posnatal. [192] [193]
En los seres humanos, las funciones biológicas del zinc son omnipresentes. [11] [6] Interactúa con "una amplia gama de ligandos orgánicos ", [11] y desempeña funciones en el metabolismo del ARN y el ADN, la transducción de señales y la expresión genética . También regula la apoptosis . Una revisión de 2015 indicó que alrededor del 10 % de las proteínas humanas (~3000) se unen al zinc, [194] además de cientos más que transportan y trafican zinc; Un estudio similar in silico en la planta Arabidopsis thaliana encontró 2367 proteínas relacionadas con el zinc. [9]
En el cerebro , el zinc se almacena en vesículas sinápticas específicas mediante neuronas glutamatérgicas y puede modular la excitabilidad neuronal. [6] [7] [195] Desempeña un papel clave en la plasticidad sináptica y, por tanto, en el aprendizaje. [6] [196] La homeostasis del zinc también desempeña un papel fundamental en la regulación funcional del sistema nervioso central . [6] [195] [7] Se cree que la desregulación de la homeostasis del zinc en el sistema nervioso central que resulta en concentraciones excesivas de zinc sináptico induce neurotoxicidad a través del estrés oxidativo mitocondrial (p. ej., al alterar ciertas enzimas involucradas en la cadena de transporte de electrones , incluidas las complejas) . I , complejo III y α-cetoglutarato deshidrogenasa ), la desregulación de la homeostasis del calcio, la excitotoxicidad neuronal glutamatérgica y la interferencia con la transducción de señales intraneuronales . [6] [197] La L- y D-histidina facilitan la absorción de zinc en el cerebro. [198] SLC30A3 es el principal transportador de zinc implicado en la homeostasis cerebral del zinc. [6]
El zinc es un ácido de Lewis eficaz , lo que lo convierte en un agente catalítico útil en la hidroxilación y otras reacciones enzimáticas. [199] El metal también tiene una geometría de coordinación flexible , que permite que las proteínas que lo utilizan cambien rápidamente sus conformaciones para realizar reacciones biológicas. [200] Dos ejemplos de enzimas que contienen zinc son la anhidrasa carbónica y la carboxipeptidasa , que son vitales para los procesos de dióxido de carbono ( CO
2) regulación y digestión de proteínas, respectivamente. [201]
En la sangre de los vertebrados, la anhidrasa carbónica convierte el CO
2en bicarbonato y la misma enzima transforma el bicarbonato nuevamente en CO
2para exhalar a través de los pulmones. [202] Sin esta enzima, esta conversión se produciría aproximadamente un millón de veces más lenta [203] con un pH sanguíneo normal de 7 o requeriría un pH de 10 o más. [204] La β-anhidrasa carbónica no relacionada es necesaria en las plantas para la formación de hojas, la síntesis de ácido indolacético (auxina) y la fermentación alcohólica . [205]
La carboxipeptidasa escinde enlaces peptídicos durante la digestión de proteínas. Se forma un enlace covalente coordinado entre el péptido terminal y un grupo C=O unido al zinc, lo que le da al carbono una carga positiva. Esto ayuda a crear una bolsa hidrofóbica en la enzima cerca del zinc, que atrae la parte no polar de la proteína que se está digiriendo. [201]
El zinc ha sido reconocido como un mensajero capaz de activar vías de señalización. Muchas de estas vías proporcionan la fuerza impulsora del crecimiento aberrante del cáncer. Se pueden apuntar a través de transportadores ZIP . [206]
El zinc desempeña un papel puramente estructural en dedos , torceduras y racimos de zinc. [207] Los dedos de zinc forman parte de algunos factores de transcripción , que son proteínas que reconocen secuencias de bases de ADN durante la replicación y transcripción del ADN . Cada uno de los nueve o diez Zn2+
Los iones en un dedo de zinc ayudan a mantener la estructura del dedo al unirse de manera coordinada a cuatro aminoácidos en el factor de transcripción. [203]
En el plasma sanguíneo , el zinc se une y es transportado por la albúmina (60%, baja afinidad) y la transferrina (10%). [189] Debido a que la transferrina también transporta hierro, el exceso de hierro reduce la absorción de zinc y viceversa. Existe un antagonismo similar con el cobre. [208] La concentración de zinc en el plasma sanguíneo se mantiene relativamente constante independientemente de la ingesta de zinc. [199] Las células de la glándula salival, la próstata, el sistema inmunológico y el intestino utilizan señales de zinc para comunicarse con otras células. [209]
El zinc puede mantenerse en reservas de metalotioneína dentro de microorganismos o en los intestinos o el hígado de los animales. [210] La metalotioneína en las células intestinales es capaz de ajustar la absorción de zinc entre un 15% y un 40%. [211] Sin embargo, la ingesta inadecuada o excesiva de zinc puede ser perjudicial; el exceso de zinc perjudica particularmente la absorción de cobre porque la metalotioneína absorbe ambos metales. [212]
El transportador de dopamina humana contiene un sitio de unión de zinc extracelular de alta afinidad que, al unirse al zinc, inhibe la recaptación de dopamina y amplifica el flujo de salida de dopamina inducido por anfetamina in vitro . [213] [214] [215] El transportador de serotonina humano y el transportador de norepinefrina no contienen sitios de unión a zinc. [215] Algunas proteínas de unión a calcio de la mano EF, como S100 o NCS-1 , también pueden unirse a iones de zinc. [216]
El Instituto de Medicina de EE. UU. (IOM) actualizó los requerimientos promedio estimados (EAR) y las cantidades dietéticas recomendadas (RDA) de zinc en 2001. Los EAR actuales de zinc para mujeres y hombres de 14 años en adelante son 6,8 y 9,4 mg/día, respectivamente. Las dosis diarias recomendadas son 8 y 11 mg/día. Las RDA son más altas que las EAR para identificar cantidades que cubrirán a las personas con necesidades superiores al promedio. La dosis diaria recomendada para el embarazo es de 11 mg/día. La dosis diaria recomendada para la lactancia es de 12 mg/día. Para bebés de hasta 12 meses la dosis diaria recomendada es de 3 mg/día. Para niños de 1 a 13 años, la dosis diaria recomendada aumenta con la edad de 3 a 8 mg/día. En cuanto a la seguridad, el IOM establece niveles máximos de ingesta tolerables (UL) de vitaminas y minerales cuando la evidencia es suficiente. En el caso del zinc, el UL para adultos es de 40 mg/día, incluidos los alimentos y los suplementos combinados (menor para los niños). En conjunto, las EAR, RDA, AI y UL se denominan ingestas dietéticas de referencia (DRI). [199]
La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) se refiere al conjunto colectivo de información como Valores Dietéticos de Referencia, con Ingesta de Referencia Poblacional (PRI) en lugar de RDA, y Requerimiento Promedio en lugar de EAR. AI y UL se definen igual que en Estados Unidos. Para las personas mayores de 18 años, los cálculos del PRI son complejos, ya que la EFSA ha establecido valores cada vez más altos a medida que aumenta el contenido de fitato en la dieta. Para las mujeres, los PRI aumentan de 7,5 a 12,7 mg/día a medida que la ingesta de fitato aumenta de 300 a 1200 mg/día; para los hombres el rango es de 9,4 a 16,3 mg/día. Estos PRI son más altos que las RDA de Estados Unidos. [217] La EFSA revisó la misma pregunta de seguridad y fijó su UL en 25 mg/día, que es mucho más bajo que el valor estadounidense. [218]
Para fines de etiquetado de alimentos y suplementos dietéticos en EE. UU., la cantidad en una porción se expresa como porcentaje del valor diario (%DV). Para fines de etiquetado de zinc, el 100% del valor diario era 15 mg, pero el 27 de mayo de 2016 se revisó a 11 mg. [219] [220] Se proporciona una tabla de los valores diarios antiguos y nuevos para adultos en Ingesta diaria de referencia .
Los productos animales como la carne, el pescado, los mariscos, las aves, los huevos y los lácteos contienen zinc. La concentración de zinc en las plantas varía según el nivel del suelo. Con una cantidad adecuada de zinc en el suelo, las plantas alimenticias que contienen más zinc son el trigo (germen y salvado) y varias semillas, incluidas el sésamo , la amapola , la alfalfa , el apio y la mostaza . [221] El zinc también se encuentra en los frijoles , las nueces , las almendras , los cereales integrales , las semillas de calabaza , las semillas de girasol y la grosella negra . [222]
Otras fuentes incluyen alimentos enriquecidos y suplementos dietéticos en diversas formas. Una revisión de 1998 concluyó que el óxido de zinc, uno de los suplementos más comunes en los Estados Unidos, y el carbonato de zinc son casi insolubles y se absorben mal en el cuerpo. [223] Esta revisión citó estudios que encontraron concentraciones plasmáticas de zinc más bajas en los sujetos que consumieron óxido de zinc y carbonato de zinc que en aquellos que tomaron acetato de zinc y sales de sulfato. [223] Sin embargo, para la fortificación, una revisión de 2003 recomendó los cereales (que contienen óxido de zinc) como una fuente barata y estable que se absorbe tan fácilmente como las formas más caras. [224] Un estudio de 2005 encontró que varios compuestos de zinc, incluidos el óxido y el sulfato, no mostraron diferencias estadísticamente significativas en la absorción cuando se agregaron como fortificantes a las tortillas de maíz. [225]
Casi dos mil millones de personas en el mundo en desarrollo tienen deficiencia de zinc. Los grupos en riesgo incluyen niños de países en desarrollo y ancianos con enfermedades crónicas. [13] En los niños, provoca un aumento de las infecciones y la diarrea y contribuye a la muerte de unos 800.000 niños al año en todo el mundo. [11] La Organización Mundial de la Salud recomienda la suplementación con zinc para la desnutrición grave y la diarrea. [226] Los suplementos de zinc ayudan a prevenir enfermedades y reducir la mortalidad, especialmente entre niños con bajo peso al nacer o retraso en el crecimiento. [226] Sin embargo, los suplementos de zinc no deben administrarse solos, porque muchas personas en el mundo en desarrollo tienen varias deficiencias y el zinc interactúa con otros micronutrientes. [227] Si bien la deficiencia de zinc generalmente se debe a una ingesta dietética insuficiente, puede estar asociada con malabsorción , acrodermatitis enteropática , enfermedad hepática crónica, enfermedad renal crónica, anemia de células falciformes , diabetes , tumores malignos y otras enfermedades crónicas. [13]
En Estados Unidos, una encuesta federal sobre consumo de alimentos determinó que para mujeres y hombres mayores de 19 años, el consumo promedio fue de 9,7 y 14,2 mg/día, respectivamente. Para las mujeres, el 17% consumía menos que la EAR, para los hombres el 11%. Los porcentajes por debajo de la EAR aumentaron con la edad. [228] La actualización publicada más reciente de la encuesta (NHANES 2013-2014) informó promedios más bajos (9,3 y 13,2 mg/día) nuevamente y la ingesta disminuyó con la edad. [229]
Los síntomas de una deficiencia leve de zinc son diversos. [199] Los resultados clínicos incluyen depresión del crecimiento, diarrea, impotencia y retraso en la maduración sexual, alopecia , lesiones oculares y cutáneas, alteración del apetito, alteración cognitiva, deterioro de las funciones inmunitarias, defectos en el uso de carbohidratos y teratogénesis reproductiva . [199] La deficiencia de zinc deprime la inmunidad, [230] pero el exceso de zinc también lo hace. [189]
A pesar de algunas preocupaciones, [231] los vegetarianos y veganos occidentales no sufren más de deficiencia manifiesta de zinc que los carnívoros. [232] Las principales fuentes vegetales de zinc incluyen frijoles secos cocidos, algas, cereales fortificados, alimentos de soya, nueces, guisantes y semillas. [231] Sin embargo, los fitatos en muchos cereales integrales y fibras pueden interferir con la absorción de zinc y la ingesta marginal de zinc tiene efectos poco conocidos. El fitato , quelante de zinc , que se encuentra en las semillas y el salvado de cereales , puede contribuir a la malabsorción de zinc. [13] Alguna evidencia sugiere que se puede necesitar más que la dosis diaria recomendada de EE. UU. (8 mg/día para mujeres adultas; 11 mg/día para hombres adultos) en aquellos cuya dieta es rica en fitatos, como algunos vegetarianos. [231] Las directrices de la Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) intentan compensar esto recomendando una mayor ingesta de zinc cuando la ingesta dietética de fitato es mayor. [217] Estas consideraciones deben sopesarse con la escasez de biomarcadores de zinc adecuados , y el indicador más utilizado, el zinc plasmático, tiene poca sensibilidad y especificidad . [233]
Las especies de Calluna , Erica y Vaccinium pueden crecer en suelos metalíferos con zinc, porque la translocación de iones tóxicos se previene mediante la acción de los hongos micorrízicos ericoides . [234]
La deficiencia de zinc parece ser la deficiencia de micronutrientes más común en las plantas de cultivo; es particularmente común en suelos con pH alto. [235] Los suelos deficientes en zinc se cultivan en las tierras de cultivo de aproximadamente la mitad de Turquía y la India, un tercio de China y la mayor parte de Australia Occidental. En estas áreas se han informado respuestas sustanciales a la fertilización con zinc. [9] Las plantas que crecen en suelos con deficiencia de zinc son más susceptibles a las enfermedades. El zinc se agrega al suelo principalmente a través de la erosión de las rocas, pero los humanos han agregado zinc a través de la quema de combustibles fósiles, desechos de minas, fertilizantes fosfatados, pesticidas ( fosfuro de zinc ), piedra caliza, estiércol, lodos de depuradora y partículas de superficies galvanizadas. El exceso de zinc es tóxico para las plantas, aunque la toxicidad del zinc está mucho menos extendida. [9]
Aunque el zinc es un requisito esencial para una buena salud, el exceso de zinc puede resultar perjudicial. La absorción excesiva de zinc suprime la absorción de cobre y hierro. [212] El ion zinc libre en solución es altamente tóxico para las plantas, los invertebrados e incluso los peces vertebrados. [236] El modelo de actividad de iones libres está bien establecido en la literatura y muestra que solo cantidades micromolares de iones libres matan a algunos organismos. Un ejemplo reciente mostró que 6 micromolar matan el 93% de todas las Daphnia en el agua. [237]
El ion zinc libre es un potente ácido de Lewis hasta el punto de resultar corrosivo . El ácido del estómago contiene ácido clorhídrico , en el que el zinc metálico se disuelve fácilmente para dar cloruro de zinc corrosivo. Tragar una moneda de un centavo estadounidense posterior a 1982 (97,5% zinc) puede dañar el revestimiento del estómago debido a la alta solubilidad del ion zinc en el estómago ácido. [238]
La evidencia muestra que las personas que toman entre 100 y 300 mg de zinc al día pueden sufrir una deficiencia de cobre inducida . Un ensayo de 2007 observó que los hombres de edad avanzada que tomaban 80 mg al día eran hospitalizados por complicaciones urinarias con mayor frecuencia que los que tomaban un placebo. [239] Los niveles de 100 a 300 mg pueden interferir con el uso de cobre y hierro o afectar negativamente al colesterol. [212] El zinc en exceso de 500 ppm en el suelo interfiere con la absorción de las plantas de otros metales esenciales, como el hierro y el manganeso. [111] Una condición llamada batidos de zinc o "escalofríos de zinc" puede ser inducida por la inhalación de vapores de zinc mientras se sueldan materiales galvanizados. [143] El zinc es un ingrediente común de la crema para dentaduras postizas que puede contener entre 17 y 38 mg de zinc por gramo. Se han reclamado discapacidades e incluso muertes por el uso excesivo de estos productos. [240]
La Administración de Medicamentos y Alimentos de EE. UU. (FDA) afirma que el zinc daña los receptores nerviosos de la nariz y provoca anosmia . También se observaron informes de anosmia en la década de 1930, cuando se utilizaron preparaciones de zinc en un intento fallido de prevenir las infecciones por polio . [241] El 16 de junio de 2009, la FDA ordenó la eliminación de los productos para el resfriado intranasal a base de zinc de los estantes de las tiendas. La FDA dijo que la pérdida del olfato puede poner en peligro la vida porque las personas con problemas de olfato no pueden detectar fugas de gas o humo, y no pueden saber si los alimentos se han echado a perder antes de comerlos. [242]
Investigaciones recientes sugieren que el antimicrobiano tópico piritiona de zinc es un potente inductor de la respuesta al choque térmico que puede afectar la integridad genómica con la inducción de una crisis energética dependiente de PARP en queratinocitos y melanocitos humanos cultivados . [243]
En 1982, la Casa de la Moneda de Estados Unidos comenzó a acuñar monedas de un centavo recubiertas de cobre pero que contenían principalmente zinc. Los centavos de zinc suponen un riesgo de toxicosis por zinc, que puede ser mortal. Un caso informado de ingestión crónica de 425 centavos (más de 1 kg de zinc) resultó en la muerte debido a sepsis bacteriana y fúngica gastrointestinal . Otro paciente que ingirió 12 gramos de zinc sólo mostró letargo y ataxia (falta grave de coordinación de los movimientos musculares). [244] Se han informado varios otros casos de humanos que sufrieron intoxicación por zinc por la ingestión de monedas de zinc. [245] [246]
Los perros a veces ingieren centavos y otras monedas pequeñas, lo que requiere la extracción veterinaria de los objetos extraños. El contenido de zinc de algunas monedas puede causar toxicidad por zinc, comúnmente fatal en perros debido a anemia hemolítica severa y daño hepático o renal; Los vómitos y la diarrea son posibles síntomas. [247] El zinc es altamente tóxico en los loros y el envenenamiento a menudo puede ser fatal. [248] El consumo de jugos de frutas almacenados en latas galvanizadas ha resultado en envenenamientos masivos de loros con zinc. [69]
El zinc es el segundo metal traza más abundante en el cuerpo humano y es esencial para muchos procesos biológicos.
... El oligoelemento zinc es un cofactor esencial para más de 300 enzimas y 1000 factores de transcripción [16].
... En el sistema nervioso central, el zinc es el segundo metal traza más abundante y participa en muchos procesos.
Además de su papel en la actividad enzimática, también desempeña un papel importante en la señalización celular y la modulación de la actividad neuronal.
El Zn está presente en hasta el 10% de las proteínas del proteoma humano y el análisis computacional predijo que ~30% de estas ~3000 proteínas que contienen Zn son enzimas celulares cruciales, como hidrolasas, ligasas, transferasas, oxidorreductasas e isomerasas. (42,43).
El transportador de dopamina humana (hDAT) contiene un sitio de unión endógeno de Zn
2+
de alta afinidad con tres residuos de coordinación en su cara extracelular (His193, His375 y Glu396).
... Por lo tanto, cuando el Zn
2+
se libera conjuntamente con el glutamato, puede aumentar en gran medida la salida de dopamina.
![{\displaystyle {\ce {2ZnS + 3O2 ->[t^o] 2ZnO + 2SO2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/686cb2d7d73dea23bc0e3431bfab4016d5fd71ed)
![{\displaystyle {\ce {ZnO+C->[950^{\circ }C]Zn+CO}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/9fdfb17e432e4fdf9bc27745fc247e68d37bbf79)
![{\displaystyle {\ce {ZnO+CO->[950^{\circ }C]Zn+CO2}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/5fddd497b421990fd58dab27d03ffeef37b088b6)
