Zinc

El zinc o cinc es un elemento químico con el símbolo Zn y el número atómico 30. El zinc es un metal ligeramente quebradizo a temperatura ambiente y tiene un aspecto gris plateado 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 solo un estado de oxidación normal (+2), y los iones Zn y Mg son de tamaño similar. El zinc es el vigésimo cuarto elemento 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 los Estados Unidos. El zinc se refina mediante la flotación por espuma del mineral, el tostado y la extracción final con electricidad (electroobtención).

El zinc es un oligoelemento esencial para los seres humanos y otros animales, para las plantas y los microorganismos, y es necesario para el desarrollo prenatal y posnatal. Es el segundo metal traza más abundante en humanos después del hierro y es el único metal que aparece en todas las clases de enzimas. La deficiencia de zinc afecta a cerca de dos mil millones de personas en el mundo en desarrollo y está asociada con muchas enfermedades. En los niños, la deficiencia provoca retraso en el crecimiento, retraso en la maduración sexual, susceptibilidad a infecciones y diarrea. Las enzimas con un átomo de zinc en el centro reactivo están muy extendidas en bioquímica, como la alcohol deshidrogenasa en humanos. El consumo de zinc en exceso puede causar ataxia, letargo y deficiencia de cobre.

El latón, una aleación de cobre y zinc en diversas proporciones, se utilizó ya en el tercer milenio antes de Cristo en el área del Egeo y la región que actualmente incluye Irak, los Emiratos Árabes Unidos, Kalmykia, Turkmenistán y Georgia. En el segundo milenio antes de Cristo se utilizó en las regiones que actualmente incluyen las Indias Occidentales, Uzbekistán, Irán, Siria, Irak e Israel. El zinc metálico no se produjo a gran escala hasta el siglo XII en la India, aunque los antiguos romanos y griegos lo conocían. Las minas de Rajasthan han dado evidencia definitiva de la producción de zinc que se remonta al siglo VI a. Hasta la fecha, la evidencia más antigua de zinc puro proviene de Zawar, en Rajasthan, ya en el siglo IX dC, cuando se empleó un proceso de destilación para hacer zinc puro.Los alquimistas quemaron zinc en el aire para formar lo que llamaron "lana de filósofo" o "nieve blanca".

El elemento probablemente fue nombrado por el alquimista Paracelso después de la palabra alemana Zinke (punta, 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 zincado de hierro resistente a la corrosión (galvanización en caliente) es la principal aplicación del zinc. Otras aplicaciones se encuentran en baterías eléctricas, pequeñas piezas fundidas no estructurales y aleaciones como el latón. Comúnmente se usa 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.

Características

Propiedades físicas

El zinc es un metal diamagnético de color blanco azulado, lustroso, aunque los grados comerciales más comunes del metal tienen un acabado opaco. 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 una distancia mayor de 290,6 pm. El metal es duro y quebradizo a la mayoría de las temperaturas, pero se vuelve maleable entre 100 y 150 °C. Por encima de 210 °C, el metal vuelve a ser quebradizo y puede pulverizarse al golpearlo. El zinc es un buen conductor de electricidad. Para un metal, el zinc tiene puntos de fusión (419,5 °C) y de ebullición (907 °C) relativamente bajos.El punto de fusión es el más bajo de todos los metales del bloque d además del mercurio y el cadmio; por esta razón, entre otros, el zinc, el cadmio y el mercurio a menudo no se consideran metales de transición como el resto de los metales del bloque d.

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. Aunque ni el zinc ni el zirconio son ferromagnéticos, su aleación ZrZn₂exhibe ferromagnetismo por debajo de 35 K.

Ocurrencia

El zinc constituye alrededor de 75 ppm (0,0075 %) de la corteza terrestre, lo que lo convierte en el vigésimo cuarto elemento más abundante. Las concentraciones de fondo típicas de zinc no superan 1 μg/m3 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. El elemento se encuentra normalmente en asociación con otros metales básicos como el cobre y el plomo en los minerales. 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.La esfalerita, que es una forma de sulfuro de zinc, es el mineral que contiene zinc más extraído debido a que su concentrado contiene 60-62% de zinc.

Otros minerales de origen para el zinc incluyen smithsonita (carbonato de zinc), hemimorfita (silicato de zinc), wurtzita (otro sulfuro de zinc) y, a veces, hidrozincita (carbonato de zinc básico). Con la excepción de la wurtzita, todos estos otros minerales se formaron por meteorización de los sulfuros de zinc primordiales.

Los recursos mundiales de zinc identificados suman alrededor de 1.900 a 2.800 millones de toneladas. Los grandes depósitos se encuentran en Australia, Canadá y los Estados Unidos, con las mayores reservas en Irán. La estimación más reciente de la base de reserva de zinc (cumple con los criterios físicos mínimos especificados relacionados con las prácticas actuales de minería y producción) se realizó en 2009 y se calculó en aproximadamente 480 Mt.Las reservas de zinc, por otro lado, son cuerpos minerales geológicamente identificados cuya idoneidad para la recuperación se basa económicamente (ubicación, ley, calidad y cantidad) al momento de la determinación. Dado que la exploración y el desarrollo de la mina es 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 se puede juzgar simplemente extrapolando la vida útil combinada de las minas de zinc actuales. Este concepto está bien respaldado por datos del Servicio Geológico de los 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 no ha cambiado. Se han extraído alrededor de 346 millones de toneladas a lo largo de la historia hasta 2002, y los académicos han estimado que se están utilizando entre 109 y 305 millones de toneladas.

Isótopos

En la naturaleza se encuentran cinco isótopos estables de zinc, siendo el Zn el isótopo más abundante (49,17 % de abundancia natural). Los otros isótopos que se encuentran en la naturaleza sonzinc (27,73%),zinc (4,04%),Zn (18,45 %), yZn (0,61%).

Se han caracterizado varias docenas de radioisótopos.Zn, que tiene una vida media de 243,66 días, es el radioisótopo menos activo, seguido porZn con una vida media de 46,5 horas. El zinc tiene 10 isómeros nucleares. Zn tiene la vida media más larga, 13,76 h. 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.Zn tiene tres estados metaestables excitados yZn tiene dos. los isótoposZn,Zn,Zn yCada Zn tiene solo un estado metaestable excitado.

El modo de decaimiento más común de un radioisótopo de zinc con un número de masa inferior a 66 es la captura de electrones. El producto de desintegración resultante de la captura de electrones es un isótopo de cobre.₃₀zinc+mi→₂₉cobre

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.₃₀zinc→₃₁Georgia+mi+v_mi

Compuestos y quimica

Reactividad

El zinc tiene una configuración electrónica de [Ar]3d 4s y es miembro del grupo 12 de la tabla periódica. Es un metal moderadamente reactivo y un fuerte agente reductor. La superficie del metal puro se empaña rápidamente, formando eventualmente una capa pasivante protectora del carbonato de zinc básico, Zn₅(OH)₆(_CO3)₂, por reacción con el dióxido de carbono atmosférico.

El zinc arde en el aire con una llama brillante de color verde azulado y emite vapores de óxido de zinc. El zinc reacciona fácilmente con ácidos, álcalis y otros no metales. El zinc extremadamente puro reacciona lentamente a temperatura ambiente con los ácidos. Los ácidos fuertes, como el ácido clorhídrico o sulfúrico, pueden eliminar la capa de pasivación y la reacción posterior con el ácido libera gas hidrógeno.

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 externa se pierden, produciendo un ion de zinc desnudo con la configuración electrónica [Ar]3d. En solución acuosa un complejo octaédrico, [Zn(H₂O) ₆ ]es la especie predominante. La volatilización del zinc en combinación con cloruro de zinc a temperaturas superiores a 285 °C indica la formación de Zn₂cl₂, un compuesto de zinc con un estado de oxidación +1. No se conocen compuestos de zinc en estados de oxidación positivos distintos de +1 o +2. Los cálculos indican que es poco probable que exista un compuesto de zinc con el estado de oxidación de +4. Se predice que existe Zn (III) en presencia de trianiones fuertemente electronegativos; sin embargo, existe cierta duda en torno a esta posibilidad. Pero en 2021 se reportó otro compuesto con mayor evidencia que tenía el estado de oxidación +3 con la fórmula ZnBeB ₁₁ (CN) ₁₂.

La química del zinc es similar a la química de los últimos metales de transición 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. 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, y en otras circunstancias donde el radio iónico es un factor determinante, la química del zinc tiene mucho en común con la del magnesio. 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 donantes de N y S. Los complejos de zinc son en su mayoría de 4 o 6 coordenadas, aunque se conocen complejos de 5 coordenadas.

Compuestos de zinc (I)

Los compuestos de zinc (I) son muy raros. El ion [Zn ₂ ] está implicado en la formación de un vidrio diamagnético amarillo al disolver zinc metálico en ZnCl ₂ fundido. El núcleo [Zn ₂ ] sería análogo al catión [Hg 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-C ₅ Me ₅) ₂ Zn ₂.

Compuestos de zinc (II)

Se conocen compuestos binarios de zinc 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 básicas fuertes como ácidas. Los otros calcogenuros (ZnS, ZnSe y ZnTe) tienen diversas aplicaciones en electrónica y óptica. Pnictogenidas (Zn₃norte₂, zinc₃PAGS₂, zinc₃Como₂y zinc₃Sb₂), el peróxido (ZnO₂), el hidruro (ZnH₂), y el carburo (ZnC₂) también son conocidos. De los cuatro haluros, ZnF₂tiene el carácter más iónico, mientras que los otros (ZnCl₂, ZnBr₂y ZnI₂) tienen puntos de fusión relativamente bajos y se considera que tienen un carácter más covalente.

En soluciones básicas débiles que contienen Zniones, 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 ]). El nitrato Zn(NO ₃)₂, clorato Zn(ClO ₃)₂, sulfato ZnSO₄, fosfato Zn₃(PO ₄)₂, molibdato ZnMoO₄, cianuro Zn(CN)₂, arsenito Zn(AsO ₂)₂, arseniato Zn(AsO ₄)₂·8H₂O y el cromato ZnCrO₄(uno de los pocos compuestos de zinc coloreados) son algunos ejemplos de otros compuestos inorgánicos comunes de zinc.

Los compuestos organozinc son aquellos que contienen enlaces covalentes zinc-carbono. Dietilzinc ((C₂5) _{_2}Zn) 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.

Prueba de zinc

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.

Historia

Uso antiguo

El Charaka Samhita, que se cree que fue escrito entre el 300 y el 500 d. C., menciona un metal que, cuando se oxida, produce pushpanjan, que se cree que es óxido de zinc. Las minas de zinc en Zawar, cerca de Udaipur en India, han estado activas desde el período Maurya (c.   322 y 187 a. C.). La fundición de zinc metálico aquí, sin embargo, parece haber comenzado alrededor del siglo XII d.C. Una estimación es que esta ubicación produjo un millón de toneladas de zinc metálico y óxido de zinc entre los siglos XII y XVI. Otra estimación da una producción total de 60.000 toneladas de zinc metálico durante este período.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 con fines medicinales.

Se han descubierto varios ejemplos aislados del uso de zinc impuro en la antigüedad. Los minerales de zinc se utilizaron para fabricar latón de 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.

El conocimiento de cómo producir latón se extendió a la antigua Grecia en el siglo VII a. C., pero se fabricaron pocas variedades. Se han encontrado adornos hechos de aleaciones que contienen 80-90% de zinc, con plomo, hierro, antimonio y otros metales que componen el resto, que tienen 2500 años. En un sitio arqueológico de Dacia se encontró una estatuilla posiblemente prehistórica que contenía un 87,5% de zinc.

Las píldoras más antiguas conocidas estaban hechas de carbonatos de zinc, hidrozincita y smithsonita. Las píldoras se usaban para el dolor de ojos y se encontraron a bordo del barco romano Relitto del Pozzino, naufragado en el 140 a.

Los romanos conocían la fabricación del latón alrededor del año 30 a. Hicieron latón calentando calamina en polvo (silicato o carbonato de zinc), carbón y cobre juntos en un crisol. El latón de calamina resultante se moldeaba o martillaba para darle forma para su uso en armamento. Algunas monedas acuñadas por los romanos en la era cristiana están hechas de lo que probablemente sea latón de calamina.

La escritura 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, cuando se mezclan con cobre, forman latón. Esto puede referirse a pequeñas cantidades de zinc que es un subproducto de la fundición de minerales de sulfuro. El zinc en dichos remanentes en los hornos de fundición generalmente se descartaba porque se pensaba que no tenía valor.

La tableta de zinc de Berna es una placa votiva que data de la Galia romana hecha de una aleación que es principalmente zinc.

Primeros estudios y denominación

El zinc fue claramente reconocido como 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. Fundición y extracción de zinc impuro mediante la reducción de calamina con lana y otros sustancias se logró en el siglo XIII en la India. Los chinos no aprendieron la técnica hasta el siglo XVII.

Los alquimistas quemaron zinc metálico en el aire y recolectaron el óxido de zinc resultante en un condensador. Algunos alquimistas llamaron a este óxido de zinc lana philosophica, en latín "lana de filósofo", porque se acumulaba en mechones de lana, mientras que otros pensaron que parecía nieve blanca y lo llamaron nix album.

El nombre del metal probablemente fue documentado por primera vez por Paracelsus, un alquimista alemán nacido en Suiza, quien se refirió al metal como "zincum" o "zinken" en su libro Liber Mineralium II, en el siglo XVI. La palabra probablemente se deriva del alemán zinke, y supuestamente significa "como un diente, puntiagudo o dentado" (los cristales metálicos de zinc tienen una apariencia de aguja). Zink también podría implicar "similar al estaño" debido a su relación con el alemán zinn que significa estaño. Otra posibilidad más es que la palabra se derive de la palabra persa سنگ seng que significa piedra. Al metal también se le llamó estaño indio, tutanego, calamina y spinter.

El metalúrgico alemán Andreas Libavius ​​recibió una cantidad de lo que llamó "calay" de Malabar de un carguero capturado a los portugueses en el año 1596. 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, pero a veces era muy caro.

Aislamiento

El zinc metálico se aisló en la India en el año 1300 dC, mucho antes que en Occidente. Antes de que se aislara en Europa, se importó de la India alrededor del año 1600 EC. 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 de esa fecha.

El metalúrgico y alquimista flamenco PM de Respour informó que había extraído zinc metálico del óxido de zinc en 1668. A principios del siglo XVIII, Étienne François Geoffroy describió cómo el óxido de zinc se condensa como cristales amarillos en barras de hierro colocadas sobre el mineral de zinc que se está procesando. fundido En Gran Bretaña, se dice que John Lane llevó a cabo experimentos para fundir zinc, probablemente en Landore, antes de su bancarrota en 1726.

En 1738 en Gran Bretaña, William Champion patentó un proceso para extraer zinc de la calamina en una fundición de tipo retorta vertical. Su técnica se parecía a la utilizada en las minas de zinc de Zawar en Rajasthan, pero ninguna evidencia sugiere que visitó Oriente. El proceso de Champion se utilizó hasta 1851.

El químico alemán Andreas Marggraf normalmente recibe crédito por descubrir zinc metálico puro, aunque el químico sueco Anton von Swab había destilado zinc de la calamina cuatro años antes. En su experimento de 1746, Marggraf calentó una mezcla de calamina y carbón en un recipiente cerrado sin cobre para obtener un metal. Este procedimiento se hizo comercialmente práctico en 1752.

Trabajo posterior

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. Antes de esto, solo se podía usar calamina para producir zinc. En 1798, Johann Christian Ruberg mejoró el proceso de fundición al construir la primera fundición de retorta horizontal. Jean-Jacques Daniel Dony construyó un tipo diferente de fundición de zinc horizontal en Bélgica que procesaba aún más zinc. El médico italiano Luigi Galvani descubrió en 1780 que la conexión de la médula espinal de una rana recién diseccionada a un riel de hierro sujeto por un gancho de latón hacía que la pata de la rana se contrajera. Pensó incorrectamente que había descubierto la capacidad de los nervios y los músculos para crear electricidad y llamó al efecto "electricidad animal".Tanto la celda galvánica como el proceso de galvanización recibieron su nombre de Luigi Galvani, y sus descubrimientos allanaron el camino para las baterías eléctricas, la galvanización y la protección catódica.

El amigo de Galvani, Alessandro Volta, continuó investigando el efecto e inventó la pila voltaica en 1800. La pila de Volta consistía en una pila de celdas galvánicas simplificadas, cada una con una placa de cobre y otra 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 de Volta entre las dos placas de metal hace que los electrones fluyan del zinc al cobre y corroan el zinc.

El carácter no magnético del zinc y su falta de color en solución retrasó el descubrimiento de su importancia para la bioquímica y la nutrición. 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. La enzima digestiva carboxipeptidasa se convirtió en la segunda enzima conocida que contiene zinc en 1955.

Producción

Minería y procesamiento

Rango	País	Toneladas
1	China	4,210,000
2	Perú	1,400,000
3	Australia	1,330,000
5	Estados Unidos	753,000
4	India	720.000
6	México	677,000

El zinc es el cuarto metal más común en uso, después del hierro, el aluminio y el cobre, con una producción anual de alrededor de 13 millones de toneladas. El mayor productor de zinc del mundo es Nyrstar, una fusión de la australiana OZ Minerals y la belga Umicore. Alrededor del 70% del zinc del mundo proviene de la minería, mientras que el 30% restante proviene del reciclaje de zinc secundario. El zinc comercialmente puro se conoce como Special High Grade, a menudo abreviado SHG, y tiene una pureza del 99,995 %.

En todo el mundo, el 95 % del zinc nuevo se extrae de depósitos de minerales sulfurosos, en los que la esfalerita (ZnS) casi siempre se mezcla con los sulfuros de cobre, plomo y hierro. Las minas de zinc están dispersas por todo el mundo, siendo las principales áreas China, Australia y Perú. China produjo el 38% de la producción mundial de zinc en 2014.

El zinc metálico se produce mediante metalurgia extractiva. El mineral se muele finamente, luego se somete a flotación de espuma para separar los minerales de la ganga (en la propiedad de hidrofobicidad), para obtener un concentrado de mineral de sulfuro de zinc que consta de aproximadamente 50 % de zinc, 32 % de azufre, 13 % de hierro y 5 % de SiO.₂.

El tostado convierte el concentrado de sulfuro de zinc en óxido de zinc:

El dióxido de azufre se utiliza para la producción de ácido sulfúrico, que es necesario para el proceso de lixiviación. Si se utilizan depósitos de carbonato de zinc, silicato de zinc o espinela de zinc (como el depósito de Skorpion en Namibia) para la producción de zinc, se puede omitir el tostado.

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. El vapor de zinc se recoge en un condensador. Las siguientes ecuaciones describen este proceso:

En la electroobtención, el zinc se lixivia del concentrado de mineral con ácido sulfúrico y las impurezas se precipitan:

Finalmente, el zinc se reduce por electrólisis.

El ácido sulfúrico se regenera y se recicla a la etapa de lixiviación.

Cuando la materia prima galvanizada se alimenta a un horno de arco eléctrico, el zinc se recupera del polvo mediante una serie de procesos, predominantemente el proceso Waelz (90 % a partir de 2014).

Impacto medioambiental

El refinamiento de minerales sulfurosos de zinc produce grandes volúmenes de dióxido de azufre y vapor de cadmio. La escoria de fundición y otros residuos contienen cantidades significativas de metales. Aproximadamente 1,1 millones de toneladas de zinc metálico y 130 000 toneladas de plomo fueron extraídas y fundidas en las ciudades belgas de La Calamine y Plombières entre 1806 y 1882. Los vertederos de las operaciones mineras pasadas filtran zinc y cadmio, y los sedimentos del río Geul contienen cantidades no triviales de metales.Hace unos dos mil años, las emisiones de zinc por minería y fundición sumaban 10 mil toneladas al año. Después de multiplicarse por 10 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 descubrió que las concentraciones allí no reflejaban la disminución. Las emisiones naturales y artificiales ocurren en una proporción de 20 a 1.

El zinc en los ríos que fluyen a través de áreas industriales y mineras puede llegar a 20 ppm. El tratamiento efectivo de 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. Las concentraciones de zinc tan bajas como 2 ppm afectan negativamente la cantidad de oxígeno que los peces pueden transportar en la sangre.

Históricamente responsable de los altos niveles de metales en el río Derwent, la planta de zinc de Lutana es el mayor exportador de Tasmania, genera el 2,5 % del PIB del estado y produce más de 250 000 toneladas de zinc al año.

Los suelos contaminados con zinc 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. Se han registrado niveles de zinc de 2000 ppm a 180 000 ppm (18 %) en algunas muestras de suelo.

Aplicaciones

Las principales aplicaciones de zinc incluyen (los números se dan para los EE. UU.)

1. Galvanizado (55%)
2. Latón y bronce (16%)
3. Otras aleaciones (21%)
4. Varios (8%)

Anticorrosión y baterías

El zinc se usa más comúnmente como agente anticorrosivo, y la galvanización (revestimiento de hierro o acero) es la forma más familiar. En 2009 en los Estados Unidos, el 55% o 893.000 toneladas del zinc metálico se utilizaron para galvanización.

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. Una capa superficial protectora de óxido y carbonato (Zn₅(OH)₆(CO₃)₂) se forma a medida que el zinc se corroe. Esta protección dura incluso después de rayar la capa de zinc, pero se degrada con el tiempo a medida que el zinc se corroe. El zinc se aplica electroquímicamente o como zinc fundido mediante galvanizado en caliente o pulverización. La galvanización se utiliza en cercas de eslabones de cadena, barandas, puentes colgantes, postes de luz, techos de metal, intercambiadores de calor y carrocerías de automóviles.

La reactividad relativa del zinc y su capacidad para atraer la oxidación 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. El zinc actúa como ánodo (terminal negativo) al corroerse lentamente a medida que pasa la corriente eléctrica a la tubería de acero. El zinc también se usa para proteger catódicamente los metales que están expuestos al agua de mar. Un disco de zinc unido al timón de hierro de un barco se corroerá lentamente mientras el timón permanezca intacto. De manera similar, un tapón de zinc unido a una hélice o la protección de metal para la quilla del barco proporciona protección temporal.

Con un potencial de electrodo estándar (SEP) de -0,76 voltios, el zinc se utiliza como material de ánodo para baterías. (Se utiliza más litio reactivo (SEP −3,04 V) para los ánodos en las baterías de litio). El zinc en polvo se utiliza de esta manera en las pilas alcalinas y la carcasa (que también sirve como ánodo) de las pilas de zinc-carbono se forma a partir de láminas de zinc. El zinc se utiliza como ánodo o combustible de la batería/pila de combustible de zinc-aire. La batería de flujo redox de zinc-cerio también se basa en una media celda negativa basada en zinc.

Aleaciones

Una aleación de zinc ampliamente utilizada es el latón, en el que el cobre está aleado con entre un 3 % y un 45 % de zinc, según el tipo de latón. El latón es generalmente más dúctil y resistente que el cobre y tiene una resistencia a la corrosión superior. Estas propiedades lo hacen útil en equipos de comunicación, hardware, instrumentos musicales y válvulas de agua.

Otras aleaciones de zinc ampliamente utilizadas incluyen alpaca, metal para máquinas de escribir, soldadura blanda y de aluminio y bronce comercial. El zinc también se utiliza en los órganos de tubos contemporáneos como sustituto de la aleación tradicional de plomo y estaño en los tubos. Las aleaciones de 85 a 88 % de zinc, de 4 a 10 % de cobre y de 2 a 8 % de aluminio tienen un uso limitado en ciertos tipos de cojinetes de máquinas. El zinc ha sido el metal principal en las monedas estadounidenses de un centavo (pennies) desde 1982. El núcleo de zinc está recubierto con una capa delgada de cobre para dar 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 los Estados Unidos.

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 hardware. Estas aleaciones se comercializan con el nombre de Zamak. Un ejemplo de esto es el zinc aluminio. El bajo punto de fusión junto con la baja viscosidad de la aleación hace posible la producción de formas pequeñas e intrincadas. La baja temperatura de trabajo conduce a un enfriamiento rápido de los productos fundidos y una producción rápida para el ensamblaje. Otra aleación, comercializada bajo la marca Prestal, contiene 78% de zinc y 22% de aluminio, y se informa que es casi tan fuerte como el acero pero tan maleable como el plástico. Esta superplasticidad de la aleación permite moldearla mediante moldes a presión de cerámica y cemento.

Aleaciones similares con la adición de una pequeña cantidad de plomo se pueden laminar en frío en láminas. Se utiliza una aleación de 96 % de zinc y 4 % de aluminio para fabricar troqueles de estampado para aplicaciones de baja producción para las que los troqueles de metal ferroso serían demasiado caros. Para la construcción de fachadas, cubiertas y otras aplicaciones de láminas metálicas formadas por embutición profunda, perfilado o doblado, se utilizan aleaciones de zinc con titanio y cobre. El zinc sin alear es demasiado frágil para estos procesos de fabricación.

Como material denso, económico y fácil de trabajar, el zinc se utiliza como reemplazo del plomo. A raíz de las preocupaciones sobre el plomo, el zinc aparece en pesas para diversas aplicaciones que van desde la pesca hasta balanzas de neumáticos y volantes.

El telururo de cadmio y zinc (CZT) es una aleación semiconductora que se puede dividir en una serie de pequeños dispositivos de detección. Estos dispositivos son similares a un circuito integrado y pueden detectar la energía de los fotones de rayos gamma entrantes. Cuando está detrás de una máscara absorbente, la matriz de sensores CZT puede determinar la dirección de los rayos.

Otros usos industriales

Aproximadamente una cuarta parte de toda la producción de zinc en los Estados Unidos en 2009 se consumió en compuestos de zinc; una variedad de los cuales se utilizan industrialmente. El óxido de zinc se usa 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). Las propiedades semiconductoras del óxido de zinc lo hacen útil en varistores y productos de fotocopiado. El ciclo de zinc-óxido de zinc es un proceso termoquímico de dos pasos basado en zinc y óxido de zinc para la producción de hidrógeno.

El cloruro de zinc a menudo se agrega a la madera como retardador de fuego y, a veces, como conservante de la madera. Se utiliza en la fabricación de otros productos químicos. Metilo de zinc (Zn(CH ₃)₂) se utiliza en una serie de síntesis orgánicas. El sulfuro de zinc (ZnS) se usa en pigmentos luminiscentes, como en las manecillas de los relojes, las pantallas de rayos X y de televisión, y las pinturas luminosas. Los cristales de ZnS se utilizan en láseres que operan en la parte del infrarrojo medio del espectro. El sulfato de zinc es un químico en tintes y pigmentos. El piritionato de zinc se utiliza en pinturas antiincrustantes.

El polvo de zinc a veces se usa como propulsor en modelos de cohetes. Cuando se enciende una mezcla comprimida de 70% de zinc y 30% de polvo de azufre, se produce una reacción química violenta. Esto produce sulfuro de zinc, junto con grandes cantidades de gas caliente, calor y luz.

La chapa de zinc se utiliza para fabricar barras de zinc.

El Zn, el isótopo más abundante del zinc, es muy susceptible a la activación neutrónica, siendo transmutado en el altamente radiactivoZn, que tiene una vida media de 244 días y produce una intensa radiación gamma. Debido a esto, el óxido de zinc que se usa en los reactores nucleares como agente anticorrosivo no tieneZn antes de su uso, esto se llama óxido de zinc empobrecido. Por la misma razón, se ha propuesto el zinc como material de salazón para armas nucleares (el cobalto es otro material de salazón más conocido). Una chaqueta de enriquecimiento isotópicoEl Zn sería irradiado por el intenso flujo de neutrones de alta energía de un arma termonuclear en explosión, formando una gran cantidad deZn aumenta significativamente la radiactividad de la lluvia radiactiva del arma. No se sabe que tal arma haya sido construida, probada o utilizada.

El Zn se utiliza como marcador para estudiar cómo se desgastan las aleaciones que contienen zinc, o el camino y el papel del zinc en los organismos.

Los complejos de ditiocarbamato de zinc se utilizan como fungicidas agrícolas; estos incluyen Zineb, Metiram, Propineb y Ziram. El naftenato de zinc se utiliza como conservante de la madera. El zinc en forma de ZDDP se utiliza como aditivo antidesgaste para piezas metálicas en el aceite de motor.

Química Orgánica

La química de organozinc es la ciencia de los compuestos que contienen enlaces carbono-zinc, y describe las propiedades físicas, la síntesis y las reacciones químicas. Muchos compuestos orgánicos de zinc son importantes. Entre las aplicaciones importantes se encuentran

• La reacción de Frankland-Duppa en la que un éster de oxalato (ROCOCOOR) reacciona con un haluro de alquilo R'X, zinc y ácido clorhídrico para formar los ésteres α-hidroxicarboxílicos RR'COHCOOR
• En el lado negativo, los organozincs son mucho menos nucleofílicos que los Grignards, y son caros y difíciles de manejar. Los compuestos de diorganozinc comercialmente disponibles son dimetilzinc, dietilzinc y difenilzinc. En un estudio, el compuesto orgánico de zinc activo se obtiene a partir de precursores de organobromo mucho más baratos.

El zinc ha encontrado muchos usos como catalizador en la síntesis orgánica, incluida la síntesis asimétrica, siendo una alternativa barata y fácilmente disponible a los complejos de metales preciosos. Los resultados (rendimiento y exceso enantiomérico) obtenidos con catalizadores quirales de zinc son comparables a los obtenidos con paladio, rutenio, iridio y otros, y el zinc se convierte en un catalizador metálico de elección.

Suplemento dietético

En la mayoría de los suplementos de vitaminas y minerales diarios de una sola tableta, de venta libre, el zinc se incluye en formas tales como óxido de zinc, acetato de zinc, gluconato de zinc o quelato de aminoácido de zinc.

En general, se recomienda el suplemento de zinc donde existe un alto riesgo de deficiencia de zinc (como los países de bajos y medianos ingresos) como medida preventiva. Aunque el sulfato de zinc es una forma de zinc comúnmente utilizada, el citrato de zinc, el gluconato y el picolinato también pueden ser opciones válidas. Estas formas se absorben mejor que el óxido de zinc.

Gastroenteritis

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 la reposición de zinc con un curso de tratamiento de 10 a 14 días puede reducir la duración y la gravedad de los episodios de diarrea y también puede prevenir futuros episodios hasta por tres meses. 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 liberación de las células inmunitarias (todos los granulocitos secretan zinc), o ambas.

Resfriado comun

Los suplementos de zinc (frecuentemente pastillas de acetato de zinc o gluconato de zinc) son un grupo de suplementos dietéticos que se usan comúnmente para el tratamiento del resfriado común. 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. Los efectos adversos de los suplementos de zinc por vía oral incluyen mal sabor y náuseas. El uso intranasal de aerosoles nasales que contienen zinc se ha asociado con la pérdida del sentido del olfato; en consecuencia, en junio de 2009, la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (USFDA) advirtió a los consumidores que dejaran de usar zinc intranasal.El rinovirus humano, el patógeno viral más común en humanos, es la causa predominante del resfriado común. 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.

Aumento de peso

La deficiencia de zinc puede conducir a la pérdida del apetito. El uso de zinc en el tratamiento de la anorexia se ha recomendado desde 1979. Al menos 15 ensayos clínicos han demostrado que el zinc mejora el aumento de peso en la anorexia. Un ensayo de 1994 mostró que el zinc duplicó la tasa de aumento de la masa corporal en el tratamiento de la anorexia nerviosa. La deficiencia de otros nutrientes como la tirosina, el triptófano y la tiamina podría contribuir a este fenómeno de "desnutrición inducida por la desnutrición". Un metanálisis de 33 ensayos prospectivos de intervención con respecto a 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 haber estado presentes no fueron responsables del retraso del crecimiento.

Otro

Una revisión de Cochrane indicó que las personas que toman suplementos de zinc pueden tener menos probabilidades de progresar a la degeneración macular relacionada con la edad. El suplemento de zinc es un tratamiento eficaz para la acrodermatitis enteropática, un trastorno genético que afecta la absorción de zinc y que antes era fatal para los bebés afectados. La deficiencia de zinc se ha asociado con el trastorno depresivo mayor (MDD), y los suplementos de zinc pueden ser un tratamiento eficaz.

Uso topico

Las preparaciones tópicas de zinc incluyen las que se usan en la piel, a menudo en forma de óxido de zinc. El óxido de zinc se puede formular en un protector solar para mitigar las quemaduras solares. Si se aplica una capa delgada en el área del pañal (perineo) del bebé con cada cambio de pañal, puede proteger contra la dermatitis del pañal.

El zinc quelado se usa en pastas dentales y enjuagues bucales para prevenir el mal aliento; El citrato de zinc ayuda a reducir la acumulación de cálculos (sarro).

La piritiona de zinc se incluye ampliamente en los champús para prevenir la caspa.

También se ha demostrado que el zinc tópico trata eficazmente y prolonga la remisión del herpes genital.

Rol biológico

El zinc es un oligoelemento esencial para los humanos y otros animales, para las plantas y para los microorganismos. El zinc es necesario para el funcionamiento de más de 300 enzimas y 1000 factores de transcripción, y se almacena y transfiere en las metalotioneínas. Es el segundo metal traza más abundante en humanos después del hierro y es el único metal que aparece en todas las clases de enzimas.

En las proteínas, los iones de zinc a menudo se coordinan con las cadenas laterales de aminoácidos del ácido aspártico, el ácido glutámico, la cisteína y la histidina. La descripción teórica y computacional de esta unión de zinc en proteínas (así como la de otros metales de transición) es difícil.

Aproximadamente de 2 a 4 gramos de zinc 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. El semen es particularmente rico en zinc, un factor clave en el funcionamiento de la glándula prostática y el crecimiento de los órganos reproductivos.

La homeostasis del zinc del cuerpo está controlada principalmente por el intestino. Aquí, ZIP4 y especialmente TRPM7 se relacionaron con la absorción intestinal de zinc esencial para la supervivencia posnatal.

En los seres humanos, las funciones biológicas del zinc son omnipresentes. Interactúa con "una amplia gama de ligandos orgánicos" y tiene funciones en el metabolismo del ARN y el ADN, la transducción de señales y la expresión génica. También regula la apoptosis. Una revisión de 2015 indicó que alrededor del 10 % de las proteínas humanas (~3000) se unen al zinc, además de cientos más que transportan y trafican zinc; un estudio in silico similar en la planta Arabidopsis thaliana encontró 2367 proteínas relacionadas con el zinc.

En el cerebro, el zinc se almacena en vesículas sinápticas específicas por medio de neuronas glutamatérgicas y puede modular la excitabilidad neuronal. Desempeña un papel clave en la plasticidad sináptica y, por tanto, en el aprendizaje. La homeostasis del zinc también juega un papel fundamental en la regulación funcional del sistema nervioso central. Se cree que la desregulación de la homeostasis del zinc en el sistema nervioso central que resulta en concentraciones sinápticas excesivas de zinc induce neurotoxicidad a través del estrés oxidativo mitocondrial (p. ej., al interrumpir ciertas enzimas involucradas en la cadena de transporte de electrones, incluido el complejo I, el complejo III y el α-cetoglutarato deshidrogenasa), la desregulación de la homeostasis del calcio, la excitotoxicidad neuronal glutamatérgica y la interferencia con la transducción de señales intraneuronales.L- y D-histidina facilitan la absorción de zinc en el cerebro. SLC30A3 es el principal transportador de zinc involucrado en la homeostasis cerebral de zinc.

Enzimas

El zinc es un ácido de Lewis eficiente, lo que lo convierte en un agente catalítico útil en la hidroxilación y otras reacciones enzimáticas. El metal también tiene una geometría de coordinación flexible, lo que permite que las proteínas lo utilicen para cambiar rápidamente las conformaciones para realizar reacciones biológicas. Dos ejemplos de enzimas que contienen zinc son la anhidrasa carbónica y la carboxipeptidasa, que son vitales para los procesos de dióxido de carbono (CO₂) regulación y digestión de proteínas, respectivamente.

En la sangre de los vertebrados, la anhidrasa carbónica convierte el CO₂en bicarbonato y la misma enzima transforma el bicarbonato de nuevo en CO₂para la exhalación a través de los pulmones. Sin esta enzima, esta conversión ocurriría alrededor de un millón de veces más lentamente con el pH sanguíneo normal de 7 o requeriría un pH de 10 o más. La anhidrasa β-carbónica no relacionada es necesaria en las plantas para la formación de hojas, la síntesis de ácido indolacético (auxina) y la fermentación alcohólica.

La carboxipeptidasa escinde los enlaces peptídicos durante la digestión de las 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 un bolsillo hidrofóbico en la enzima cerca del zinc, que atrae la parte no polar de la proteína que se digiere.

Señalización

El zinc ha sido reconocido como un mensajero, capaz de activar vías de señalización. Muchas de estas vías proporcionan la fuerza impulsora en el crecimiento aberrante del cáncer. Se pueden orientar a través de transportadores ZIP.

Otras proteínas

El zinc cumple una función puramente estructural en dedos, torceduras y agrupaciones de zinc. 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 ZnLos iones en un dedo de zinc ayudan a mantener la estructura del dedo al unirse coordinadamente a cuatro aminoácidos en el factor de transcripción.

En el plasma sanguíneo, el zinc se une y es transportado por la albúmina (60 %, baja afinidad) y la transferrina (10 %). 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. La concentración de zinc en el plasma sanguíneo se mantiene relativamente constante independientemente de la ingesta de zinc. Las células de la glándula salival, la próstata, el sistema inmunitario y el intestino usan señales de zinc para comunicarse con otras células.

El zinc se puede mantener en las reservas de metalotioneína dentro de los microorganismos o en los intestinos o el hígado de los animales. La metalotioneína en las células intestinales es capaz de ajustar la absorción de zinc en un 15 a 40%. Sin embargo, la ingesta inadecuada o excesiva de zinc puede ser dañina; el exceso de zinc perjudica particularmente la absorción de cobre porque la metalotioneína absorbe ambos metales.

El transportador de dopamina humano contiene un sitio de unión de zinc extracelular de alta afinidad que, tras la unión de zinc, inhibe la recaptación de dopamina y amplifica la salida de dopamina inducida por anfetamina in vitro. El transportador humano de serotonina y el transportador de norepinefrina no contienen sitios de unión al zinc. Algunas proteínas de unión a calcio de mano EF, como S100 o NCS-1, también pueden unirse a iones de zinc.

Nutrición

Recomendaciones dietéticas

El Instituto de Medicina de EE. UU. (IOM, por sus siglas en inglés) actualizó los requisitos promedio estimados (EAR, por sus siglas en inglés) y las cantidades diarias recomendadas (RDA, por sus siglas en inglés) de zinc en 2001. El EAR actual de zinc para mujeres y hombres de 14 años en adelante es de 6,8 y 9,4 mg/día, respectivamente. Las RDA son 8 y 11 mg/día. Las RDA son más altas que las EAR para identificar montos que cubrirán a las personas con requisitos 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 RDA aumenta con la edad de 3 a 8 mg/día. En cuanto a la seguridad, el IOM establece niveles máximos de ingesta tolerable (UL) para vitaminas y minerales cuando la evidencia es suficiente. En el caso del zinc, la UL para adultos es de 40 mg/día (menor para niños). En conjunto, las EAR, RDA, AI y UL se denominan ingestas dietéticas de referencia (DRI).

La Autoridad Europea de Seguridad Alimentaria (EFSA) se refiere al conjunto colectivo de información como Valores dietéticos de referencia, con Ingesta de referencia de la población (PRI) en lugar de RDA, y Requerimiento promedio en lugar de EAR. AI y UL se definen igual que en los Estados Unidos. Para personas mayores de 18 años, los cálculos de 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 los RDA de EE. UU. La EFSA revisó la misma pregunta de seguridad y fijó su UL en 25 mg/día, que es mucho más bajo que el valor de EE. UU.

Para fines de etiquetado de alimentos y suplementos dietéticos de EE. UU., la cantidad en una porción se expresa como un porcentaje del valor diario (% DV). Para fines de etiquetado de zinc, el 100 % del valor diario era de 15 mg, pero el 27 de mayo de 2016 se revisó a 11 mg. Se proporciona una tabla de los valores diarios para adultos antiguos y nuevos en la Ingesta diaria de referencia.

La ingesta dietética

Los productos animales como la carne, el pescado, los mariscos, las aves, los huevos y los productos lácteos contienen zinc. La concentración de zinc en las plantas varía con el nivel en el suelo. Con una cantidad adecuada de zinc en el suelo, las plantas alimenticias que contienen la mayor cantidad de zinc son el trigo (germen y salvado) y varias semillas, como sésamo, amapola, alfalfa, apio y mostaza. El zinc también se encuentra en frijoles, nueces, almendras, cereales integrales, semillas de calabaza, semillas de girasol y grosella negra.

Otras fuentes incluyen alimentos fortificados 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 poco en el cuerpo. 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. 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. 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.

Deficiencia

Casi dos mil millones de personas en el mundo en desarrollo tienen deficiencia de zinc. Los grupos en riesgo incluyen niños en países en desarrollo y ancianos con enfermedades crónicas. En los niños, provoca un aumento de infecciones y diarreas y contribuye a la muerte de unos 800.000 niños en todo el mundo al año. La Organización Mundial de la Salud recomienda la suplementación con zinc para la desnutrición severa y la diarrea. Los suplementos de zinc ayudan a prevenir enfermedades y reducen la mortalidad, especialmente entre los niños con bajo peso al nacer o retraso en el crecimiento. Sin embargo, los suplementos de zinc no deben administrarse solos, porque muchos en el mundo en desarrollo tienen varias deficiencias y el zinc interactúa con otros micronutrientes.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, enfermedad de células falciformes, diabetes, malignidad y otras enfermedades crónicas.

En Estados Unidos, una encuesta federal de 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 de la EAR, para los hombres el 11%. Los porcentajes por debajo de EAR aumentaron con la edad. La actualización más reciente publicada de la encuesta (NHANES 2013–2014) informó promedios más bajos (9,3 y 13,2 mg/día) nuevamente con una ingesta que disminuye con la edad.

Los síntomas de la deficiencia leve de zinc son diversos. Los resultados clínicos incluyen crecimiento deprimido, diarrea, impotencia y maduración sexual retrasada, alopecia, lesiones oculares y cutáneas, alteración del apetito, alteración de la cognición, alteración de las funciones inmunitarias, defectos en la utilización de carbohidratos y teratogénesis reproductiva. La deficiencia de zinc deprime la inmunidad, pero también lo hace el exceso de zinc.

A pesar de algunas preocupaciones, los vegetarianos y veganos occidentales no sufren más de deficiencia manifiesta de zinc que los carnívoros. Las principales fuentes vegetales de zinc incluyen frijoles secos cocidos, vegetales marinos, cereales fortificados, alimentos de soya, nueces, guisantes y semillas. Sin embargo, los fitatos en muchos granos 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. Cierta evidencia sugiere que se puede necesitar más de la RDA 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.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. Estas consideraciones deben equilibrarse con la escasez de biomarcadores de zinc adecuados, y el indicador más utilizado, el zinc plasmático, tiene poca sensibilidad y especificidad.

Remediación del suelo

Especies de Calluna, Erica y Vaccinium pueden crecer en suelos zinc-metalíferos, porque la acción de los hongos micorrízicos ericoides previene la translocación de iones tóxicos.

Agricultura

La deficiencia de zinc parece ser la deficiencia de micronutrientes más común en las plantas de cultivo; es particularmente común en suelos de pH alto. El suelo con deficiencia de zinc se cultiva en las tierras de cultivo de aproximadamente la mitad de Turquía e 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. 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 combustión de combustibles fósiles, desechos de minas, fertilizantes de fosfato, pesticidas (fosfuro de zinc), piedra caliza, estiércol, lodos de aguas residuales y partículas de superficies galvanizadas. El exceso de zinc es tóxico para las plantas, aunque la toxicidad del zinc está mucho menos extendida.

Precauciones

Toxicidad

Aunque el zinc es un requisito esencial para una buena salud, el exceso de zinc puede ser dañino. La absorción excesiva de zinc suprime la absorción de cobre y hierro. El ion de zinc libre en solución es altamente tóxico para plantas, invertebrados e incluso peces vertebrados. El modelo de actividad de iones libres está bien establecido en la literatura y muestra que solo cantidades micromolares del ion libre matan a algunos organismos. Un ejemplo reciente mostró que 6 micromolares mataron el 93 % de todas las dafnias en el agua.

El ion de zinc libre es un poderoso ácido de Lewis hasta el punto de ser 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 % de zinc) puede dañar el revestimiento del estómago debido a la alta solubilidad del ion de zinc en el estómago ácido.

La evidencia muestra que las personas que toman de 100 a 300 mg de zinc al día pueden sufrir una deficiencia de cobre inducida. Un ensayo de 2007 observó que los hombres mayores que tomaban 80 mg al día eran hospitalizados por complicaciones urinarias con más frecuencia que los que tomaban un placebo. Los niveles de 100 a 300 mg pueden interferir con la utilización de cobre y hierro o afectar negativamente al colesterol. El zinc en exceso de 500 ppm en el suelo interfiere con la absorción de la planta de otros metales esenciales, como el hierro y el manganeso. Una condición llamada sacudidas de zinc o "escalofríos de zinc" puede ser inducida por la inhalación de vapores de zinc mientras se sueldan materiales galvanizados.El zinc es un ingrediente común de la crema dental 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.

La Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA) afirma que el zinc daña los receptores nerviosos de la nariz, causando anosmia. También se observaron informes de anosmia en la década de 1930 cuando se usaron preparaciones de zinc en un intento fallido de prevenir infecciones de poliomielitis. 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 la comida se ha echado a perder antes de comerla.

Investigaciones recientes sugieren que la piritiona de zinc antimicrobiana tópica 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.

Envenenamiento

En 1982, la Casa de la Moneda de EE. UU. comenzó a acuñar centavos recubiertos de cobre pero que contenían principalmente zinc. Los centavos de zinc presentan un riesgo de toxicosis por zinc, que puede ser fatal. 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 solo mostró letargo y ataxia (gran falta de coordinación de los movimientos musculares). Se han informado varios otros casos de humanos que sufrieron intoxicación por zinc por la ingestión de monedas de zinc.

Los perros a veces ingieren centavos y otras monedas pequeñas, lo que requiere que el veterinario retire los objetos extraños. El contenido de zinc de algunas monedas puede causar toxicidad por zinc, comúnmente fatal en perros a través de anemia hemolítica severa y daño hepático o renal; vómitos y diarrea son posibles síntomas. El zinc es altamente tóxico en los loros y el envenenamiento a menudo puede ser fatal. El consumo de jugos de frutas almacenados en latas galvanizadas ha resultado en intoxicaciones masivas de loros con zinc.