أكسيد الزنك (ZnO) هو مسحوق أبيض يستخدم في تطبيقات مختلفة، مثل واقيات الشمس والسيراميك وتصنيع المطاط، وذلك بسبب خصائصه المضادة للأشعة فوق البنفسجية والمضادة للميكروبات.
| اسم الأيوباك | أكسيد الزنك |
| الصيغة الجزيئية | أكسيد الزنك |
| CAS رقم | 1314-13-2 |
| المرادفات | الزنك الأبيض، الأبيض الصيني، صوف الفيلسوف، أوكسوزينك |
| إنتشي | InChI=1S/O.Zn |
خصائص أكسيد الزنك
صيغة أكسيد الزنك
صيغة أكسيد الزنك هي ZnO. وتتكون من ذرة الزنك (Zn) وذرة الأكسجين (O) المرتبطة كيميائيا مع بعضها البعض. تمثل هذه الصيغة البسيطة تكوين ZnO في أنقى صوره.
الكتلة المولية لأكسيد الزنك
يمكن حساب الكتلة المولية لـ ZnO عن طريق إضافة الكتل الذرية للزنك والأكسجين. تبلغ الكتلة الذرية للزنك حوالي 65.38 جم / مول، بينما تبلغ الكتلة الذرية للأكسجين حوالي 16.00 جم / مول. وبإضافة هذه القيم نحصل على كتلة مولية تبلغ حوالي 81.38 جم/مول لـ ZnO.
نقطة غليان أكسيد الزنك
لا يحتوي أكسيد الزنك على نقطة غليان محددة جيدًا لأنه يخضع للتسامي عند درجات حرارة عالية. التسامي هو العملية التي يتم من خلالها تحويل المادة الصلبة مباشرة إلى غاز دون المرور عبر الطور السائل. بالنسبة لأكسيد الزنك، يحدث هذا عند درجات حرارة أعلى من 1800 درجة مئوية (3272 درجة فهرنهايت).
نقطة انصهار أكسيد الزنك
درجة انصهار ZnO عالية نسبيًا مقارنة بالعديد من المركبات الأخرى. يذوب حوالي 1975 درجة مئوية (3587 درجة فهرنهايت). عند درجة الحرارة هذه، يتحول أكسيد الزنك الصلب إلى حالة سائلة، مما يتيح العديد من التطبيقات التي تتضمن شكله المنصهر.
كثافة أكسيد الزنك جم/مل
تبلغ كثافة ZnO حوالي 5.61 جم / مل. تشير هذه القيمة إلى كتلة ZnO الموجودة في حجم معين. تُعزى الكثافة العالية لأكسيد الزنك إلى بنيته المدمجة للغاية، مما يساهم في خصائص الحالة الصلبة.
الوزن الجزيئي لأكسيد الزنك
يتم حساب الوزن الجزيئي لأكسيد الزنك عن طريق إضافة الأوزان الذرية للعناصر المكونة له، الزنك والأكسجين. كما ذكرنا سابقًا، يبلغ الوزن الذري للزنك حوالي 65.38 جم/مول، بينما يبلغ الوزن الذري للأكسجين حوالي 16.00 جم/مول. وبالتالي فإن الوزن الجزيئي لأكسيد الزنك يبلغ حوالي 81.38 جم/مول.
هيكل أكسيد الزنك
يمتلك أكسيد الزنك بنية بلورية سداسية، مكونة طبقات مرصوصة بإحكام من ذرات الزنك والأكسجين. هذا الترتيب يؤدي إلى خصائصه المميزة. تساهم الشبكة البلورية لأكسيد الزنك في استقرارها وتطبيقاتها المختلفة في مجالات مثل الإلكترونيات والسيراميك والطلاءات.
ذوبان أكسيد الزنك
أكسيد الزنك ذو قابلية منخفضة للذوبان في الماء. ويعتبر غير قابل للذوبان، مع قابلية ذوبان أقل من 0.01 جم / 100 مل من الماء. تساهم هذه القابلية المحدودة للذوبان في استقرار وطول عمر ZnO في العديد من التطبيقات، مثل واقيات الشمس، حيث توفر حماية طويلة الأمد ضد الأشعة فوق البنفسجية الضارة.
| مظهر | بودرة بيضاء |
| جاذبية معينة | 5.61 جم/مل |
| لون | أبيض |
| يشم | عديم الرائحة |
| الكتلة المولية | 81.38 جرام/مول |
| كثافة | 5.61 جم/سم3 |
| نقطة الانصهار | 1975 درجة مئوية (3587 درجة فهرنهايت) |
| نقطة الغليان | سامية في درجة حرارة عالية |
| نقطة فلاش | غير قابل للتطبيق |
| الذوبان في الماء | لا يتحلل في الماء |
| الذوبان | غير قابلة للذوبان في الماء ولكنها قابلة للذوبان في الأحماض والقواعد المخففة |
| ضغط البخار | ضئيلة |
| كثافة بخار | غير متاح |
| pKa | غير قابل للتطبيق |
| الرقم الهيدروجيني | ~7 |
السلامة ومخاطر أكسيد الزنك
يعتبر أكسيد الزنك بشكل عام آمنًا لمختلف التطبيقات، ولكن من المهم أن تكون على دراية بالمخاطر المحتملة. في شكله الصلب، ZnO ليس سامًا جدًا ويشكل مخاطر قليلة. ومع ذلك، ينبغي تجنب استنشاق جزيئات أكسيد الزنك الدقيقة لأن ذلك قد يسبب تهيج الجهاز التنفسي. يمكن أن يؤدي التعرض المطول أو المتكرر لغبار ZnO إلى حالة تعرف باسم حمى الدخان المعدني. يوصى بالتعامل مع أكسيد الزنك بتهوية كافية وتجنب ملامسته المباشرة للعينين والجلد. بالإضافة إلى ذلك، ينبغي استخدام تدابير وقائية مثل القفازات والنظارات الواقية عند العمل مع محاليل أكسيد الزنك المركزة.
| رموز الخطر | لا أحد |
| وصف الأمان | – تجنب استنشاق الجزيئات.\n- التعامل مع التهوية الجيدة.\n- استخدام وسائل الحماية (القفازات والنظارات).\n- تجنب الاتصال المباشر بالعينين والجلد. |
| أرقام تعريف الأمم المتحدة | غير قابل للتطبيق |
| رمز النظام المنسق | 2817.00.00 |
| فئة الخطر | غير مصنف |
| مجموعة التعبئة | غير قابل للتطبيق |
| تسمم | ضعيف |
طرق تصنيع أكسيد الزنك
هناك عدة طرق لتجميع ZnO. وفي الطريقة المباشرة، يتم تسخين معدن الزنك في وجود الأكسجين. يتأكسد معدن الزنك ليشكل ZnO، والذي يمكن جمعه على شكل مسحوق.
وفي الطريقة غير المباشرة، تستخدم أملاح الزنك مثل نترات الزنك أو كبريتات الزنك كمواد خام ثم تقوم بتكسيرها أو تفاعلها مع مركبات أخرى لإنتاج أكسيد الزنك.
بالإضافة إلى ذلك، تتضمن طريقة الترسيب خلط أملاح الزنك مع عامل مرسب، مثل هيدروكسيد الصوديوم أو كربونات الأمونيوم ، مما يؤدي إلى تكوين راسب أكسيد الزنك. تستخدم الطريقة الحرارية المائية ظروف الضغط العالي ودرجات الحرارة المرتفعة لتعزيز التفاعل بين أملاح الزنك ومصدر الهيدروكسيد، مما يؤدي إلى تكوين بلورات أكسيد الزنك.
يتضمن تخليق Sol-gel التحلل المائي لسلائف الزنك، مثل خلات الزنك، يليه تفاعل تكثيف لتشكيل مادة هلامية. للحصول على أكسيد الزنك، قم بتسخين الجل.
يستخدم الباحثون تقنيات إضافية، بما في ذلك الانحلال الحراري بالرش، وترسيب البخار، والترسيب الكهربي، لإنشاء أكسيد الزنك بخصائص مخصصة. توفر كل طريقة مزايا من حيث التحكم في حجم الجسيمات وشكلها ونقاوتها، مما يتيح تصنيع أكسيد الزنك خصيصًا لمختلف التطبيقات.
استخدامات أكسيد الزنك
يجد أكسيد الزنك تطبيقات واسعة في مختلف الصناعات بسبب خصائصه المتنوعة. فيما يلي بعض الاستخدامات الرئيسية لـ ZnO:
- واقيات الشمس: يعد أكسيد الزنك مكونًا شائعًا في واقيات الشمس لأنه يوفر حماية فعالة ضد الأشعة فوق البنفسجية الضارة عن طريق عكسها وتوزيعها بعيدًا عن الجلد.
- مستحضرات التجميل: يستخدم مصنعو مستحضرات التجميل أكسيد الزنك في كريمات الأساس والمساحيق والكريمات لامتصاص الزيوت الزائدة وإضفاء لمسة نهائية غير لامعة والعمل كعامل صباغ وصبغ.
- المستحضرات الصيدلانية: تستخدم الكريمات والمراهم الطبية أكسيد الزنك لعلاج الأمراض الجلدية المختلفة مثل الطفح الجلدي والحروق والتهيجات بسبب خصائصه المهدئة والمضادة للميكروبات.
- صناعة المطاط: تستخدم صناعة المطاط أكسيد الزنك كمنشط في عملية الفلكنة، وبالتالي تحسين قوة ومتانة المطاط.
- السيراميك: يقوم المصنعون بدمج أكسيد الزنك كعامل تدفق في إنتاج السيراميك، وبالتالي تقليل درجة الانصهار وتحسين الخصائص العامة للمادة.
- الإلكترونيات: تستخدم الأجهزة الإلكترونية، مثل المكثفات وأجهزة الاستشعار والترانزستورات، أكسيد الزنك كمادة شبه موصلة.
- الدهانات والطلاءات: تحتوي الدهانات والطلاءات على أكسيد الزنك كصبغة وممتص للأشعة فوق البنفسجية، مما يضمن ثبات اللون والحماية من التدهور الناتج عن أشعة الشمس.
- المنسوجات: تدمج المعززات أكسيد الزنك في الأقمشة والألياف، مما يمنحها خصائص مضادة للميكروبات ويقلل الروائح، مما يجعلها مناسبة للملابس الرياضية والجوارب والملابس الداخلية.
- المواد اللاصقة: تتضمن التركيبات اللاصقة أكسيد الزنك لقوة الرابطة وخصائص مقاومة الحرارة.
- أعلاف الحيوانات: يحتوي علف الحيوانات على أكسيد الزنك كمكمل لمعالجة نقص الزنك في الماشية، وبالتالي تعزيز النمو وتحسين الصحة العامة.
تسلط هذه التطبيقات المتنوعة الضوء على الفوائد العديدة لأكسيد الزنك في مختلف الصناعات، مما يجعله مركبًا قيمًا ومتعدد الاستخدامات.
أسئلة:
س: كيف يتم إنتاج كبريتات الزنك؟
ج: يتم إنتاج كبريتات الزنك من تفاعل أكسيد الزنك مع حمض الكبريتيك.
س: ما هو أكسيد الزنك المستخدم؟
ج: يستخدم ZnO في تطبيقات مختلفة مثل واقي الشمس ومستحضرات التجميل والأدوية وتصنيع المطاط والسيراميك والإلكترونيات.
س: ما هي نسبة أكسيد الزنك التي يجب أن يحتويها واقي الشمس؟
ج: تتراوح النسبة الموصى بها من أكسيد الزنك في واقي الشمس بشكل عام بين 10% و20%.
س: كيف يتم ربط الركبة بشريط أكسيد الزنك؟
ج: لربط الركبة بشريط ZnO، ابدأ بوضع شريط تثبيت أسفل الركبة، ثم لف الشريط قطريًا فوق الركبة وانتهي بشريط تثبيت فوق الركبة.
س: كيفية استخدام شريط أكسيد الزنك لالتواء الرباط الجانبي؟
ج: لاستخدام شريط ZnO لعلاج التواء الرباط الجانبي، ضع الشريط على شكل ثمانية حول المنطقة المصابة لتوفير الدعم والثبات.
س: هل أكسيد الزنك آمن؟
ج: يعتبر أكسيد الزنك بشكل عام آمنًا للاستخدام في العديد من التطبيقات، ولكن يجب اتخاذ الاحتياطات اللازمة لتجنب استنشاق الجزيئات الدقيقة.
س: ما هو أكسيد الزنك؟
ج: هو مركب مسحوق أبيض اللون مكون من ذرات الزنك والأكسجين، صيغته الكيميائية ZnO.
س: ما هو أكسيد الزنك المستخدم؟
ج: يستخدم أكسيد الزنك في صناعة مستحضرات الوقاية من الشمس ومستحضرات التجميل والسيراميك والإلكترونيات والأدوية والمطاط بسبب خصائصه المضادة للأشعة فوق البنفسجية والمضادة للميكروبات وغيرها من الخصائص المفيدة.
س: كيف يحمي أكسيد الزنك وثاني أكسيد التيتانيوم بشرتك؟
ج: يحمي أكسيد الزنك وثاني أكسيد التيتانيوم البشرة من خلال عكس الأشعة فوق البنفسجية ونشرها، ويعملان كحواجز مادية لمنع حروق الشمس والأضرار الناجمة عن التعرض لأشعة الشمس.