Tổng quan kiến thức về ZnO – Kẽm oxide

Kẽm oxide là một oxide của kẽm, với công thức hoá học là ZnO, ở dạng bột màu trắng, mịn. Vậy Kẽm oxide có tính chất gì đặc trưng? Cấu tạo, phương pháp và những ứng dụng trong đời sống? Toàn bộ câu hỏi sẽ được giải đáp thông qua bài viết dưới đây. 

1. Kẽm oxide – ZnO là gì?

Kẽm oxide là hợp chất kẽm, cấu tạo bởi sự liên kết giữa nguyên tử kẽm và oxi, với công thức hoá học là ZnO.

Cấu trúc Kẽm oxide

Nó tồn tại dưới dạng bột màu trắng, có vai trò quan trọng trong sản xuất và cuộc sống.

Các tên gọi khác: Kẽm trắng, Calamin, philosopher's wool, Chinese white, kẽm hoa,… Trong đó, kẽm trắng là thuật ngữ dùng để chỉ ZnO được tổng hợp từ phương pháp đốt cháy kim loại kẽm. 

2. Quá trình hình thành ZnO

Từ xa xưa, người ta đã biết ZnO là sản phẩm phụ của quá trình luyện đồng. Người La Mã sử dụng nó để luyện đồng thau, làm thuốc mỡ. 

Đền giữa thế kỷ 18, nhà hoá học người Đức Cramer đã khám ra cách đốt cháy kẽm kim loại thu được ZnO. Nhưng phải đến năm 1840, người ta mới áp dụng rộng rãi phương pháp này để điều chế kẽm oxide thay thế cho chì trắng. Bởi ưu điểm của ZnO là không độc, không bị sẫm màu trong môi trường không khí. 

3. Các tính chất đặc trưng của ZnO

3.1. Tính chất vật lý

- Ngoại quan: Tồn tại dưới dạng bột màu trắng, mịn, nhưng khi nung ở trên 300 độ C thì chuyển sang màu vàng, làm lạnh thì lại chuyển về màu trắng. 

Bột kẽm oxide

- Hấp thụ tia cực tím và ánh sáng có bước sóng < 366 nm.

- Khối lượng phân tử là 81,3984 g/mol

- Khối lượng riêng là 5,606 g/cm3

- Nhiệt độ nóng chảy: 1975 °C  tương ứng với 2248 K hoặc 3587 °F.

- Nhiệt độ sôi: 2360 °C tương ứng với 2630 K hoặc 4280°F.

- Độ hòa tan trong nước tại 30 độ C là 0,16 mg/100 mL.

3.2. Tính chất hóa học

- Kẽm oxit thể hiện tính chất của một oxit lưỡng tính. Tác dụng với hầu hết các loại axit như HCl, H2SO4, HNO3,…

ZnO + 2 HCl → ZnCl2 + H2O

- Phản ứng với dung dịch bazo với sản phẩm tạo thành là muối phức theo phương trình dưới đây:

ZnO + 2NaOH + H2O → Na2(Zn(OH 4))

- Nó cũng có tác dụng chậm với các axit béo trong dàu để sản xuất ra các cacboxylat tương ứng, ví dụ như oleate hoặc stearat. 

- Phản ứng phân huỷ với sản phẩm tạo thành là hơi kẽm và oxy. 

ZnO + C → Zn + CO

- Phản ứng với hydrogen sulfide: Sản phẩm tạo thành là kẽm sulfua. 

ZnO + H2S → ZnS + H2O

4. Tổng hợp các phương pháp điều chế ZnO 

4.1. Phương pháp gián tiếp 

Áp dụng 2 giai đoạn bao gồm quá trình nhiệt phân và oxi hoá. Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến trong sản xuất kẽm oxide với quá trình thực hiện như sau:

- Bước 1: Tiến hành đun nóng chảy kẽm kim loại nguyên chất trong nồi nấu kim loại graphite. 

- Bước 2: Ở nhiệt độ trên 90 độ C, hơi kẽm sẽ bốc lên và bị oxi hoá bởi không khí để tạo thành oxit kẽm. 

- Bước 3: Cung cấp nguồn ánh sáng chói lọi cùng với sự giảm nhiệt độ là điều kiện cần thiết để tạo ra hạt kẽm oxide. 

- Bước 4: Thông qua 1 ống truyền nguội, ta sẽ thu được hạt kẽm oxide. 4.2. Phương pháp trực tiếp 

ZnO có thể được điều chế trực tiếp bằng cách sử dụng các hợp chất chứa kẽm không tinh khiết như calamine hoặc kẽm kim loại làm nguyên liệu đầu vào quá trình tổng hợp kẽm oxit.

Tiến hành đun nóng nguyên liệu này và giảm carbon để tạo thành hơi kẽm và hơi nước. Trải qua quá trình oxi hoá gián tiếp tạo thành kẽm oxide. 

4.3. Điều chế trong phòng thí nghiệm

Với quy mô phòng thí nghiệm, kẽm oxide được sản xuất bằng phương pháp điện phân anot của dung dịch NaHCO3 bằng cách sử dụng que kẽm. Phương pháp này sẽ tạo ra hydroxit kẽm và hydro. 

Sản phẩm tạo thành là kẽm hidroxit bị thuỷ phân để tạp thành kẽm oxide bằng phương pháp đun nóng chảy. 

Zn + 2 H2O → Zn (OH) 2 + H2

Zn (OH) 2 → ZnO + H2O 

5. Vai trò của kẽm oxide trong các lĩnh vực của đời sống 

5.1. Sản xuất cao su

Trong ngành công nghiệp sản xuất cao su, phải đến 50% của ZnO được sử dụng. Nó kết hợp với axit stearic dùng trong quá trình lưu hoá cao su. Bên cạnh đó, nó cũng giúp bảo vệ cao su khỏi nấm và ánh sáng UV. 

Kẽm oxide sản xuất cao su

5.2. Ngành xây dựng 

Đây là thành phần sử dụng để sản xuất bê tông, nó giúp làm tăng thời gian xử ký và sức đề kháng của bê tông so với nước.

5.3. Dược mỹ phẩm

Nó là thành phần có trong công thức thuốc mỡ và kem chống nắng giúp bảo vệ da tay khỏi tác nhân gây tổn thương như tia UV.

ZnO có trong thành phần thuốc mỡ

ZnO được thêm vào các sản phẩm dầu gội trị gàu và nấm da đầu, phấn rôm để hạn chế tình trạng rôm sẩy của trẻ. 

5.4. Lĩnh vực y tế 

ZnO là thành phần trong các loại kem, thuốc mỡ để:

- Chữa viêm da, eczema,…

- Điều trị da khô, các bệnh da và nhiễm khuẩn da như vùng da bị kích ứng, tổn thương. 

- Làm săn se các vết bỏng nông, không rộng. 

- Tình trạng da cháy nắng, hồng ban. 

5.5. Công nghiệp sơn

ZnO đóng vai trò là 1 chất màu trong sơn đặc biệt dùng trong sơn cho giấy. Ngoài ra, nó còn tạo lớp phủ chống ăn mòn kim loại, nhất là đối với sắt mạ kẽm.

5.6. Các ngành công nghiệp khác

- Có tác dụng khử mùi và kháng khuẩn do có khả năng thấm hút được các chất dịch nên thường được cho vào các vật liệu khác như vải bông , cao su, bao bì thực phẩm. 

- Có trong bộ lọc thuốc lá để loại bỏ một số thành phần từ khói thuốc lá.

- Đóng vai trò là chất phụ gia trong nhiều sản phẩm. 

- ZnO cạn kiệt trong các đồng vị kẽm với khối lượng nguyên tử 64 được dùng trong phòng chống ăn mòn trong các lò phản ứng hạt nhân nước áp lực.

>> Xem thêm: Kẽm là nguyên tố gì? Vai trò trong đời sống

6. Kẽm oxide - ZnO có độc không?

Khi sử dụng với lượng khuyến cáo, ZnO được đánh giá là an toàn, nhưng nếu sử dụng với hàm lượng cao có thể gây ra những phản ứng tiêu cực đối với sức khỏe, cụ thể như:

- Kẽm Oxit trong kem chống nắng có nguy cơ cao khiến các ZnO-NP được hấp thụ vào máu và gây độc.

- Các hạt nano ZnO trong thực phẩm đóng hộp có thể bị tích tụ trong các tế bào ở đường tiêu hóa và gây biến đổi hoặc làm mất đi lớp bảo vệ thành ruột. Điều này sẽ làm giảm khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng của cơ thể.  

- Ngoài ra, các hạt nano ZnO có thể làm tăng độ thấm của mô ruột, tạo điều kiện thuận lợi để các hợp chất có hại ngấm qua ruột và đi vào dòng máu.

Trên đây là những chia sẻ về hóa chất ZnO đến với bạn đọc, nếu còn bất kỳ thông tin nào còn thắc mắc hãy liên hệ với chúng tôi để được giải đáp thông qua website labvietchem.com.vn hoặc số hotline 0826 020 020 để được tư vấn nhanh nhất.