Τι είναι το ιοντικό φορτίο του ψευδαργύρου (Zn);
Ο ψευδάργυρος (Zn) είναι ένα μέταλλο που βρίσκεται στην ομάδα 12 του μπλοκ d στον περιοδικό πίνακα. Ο ατομικός αριθμός του ψευδαργύρου είναι 30 που σημαίνει ότι ο πυρήνας του περιέχει 30 πρωτόνια. Ο ψευδάργυρος σχηματίζει συνήθως θετικά φορτισμένα κατιόντα με φορτίο +2.
Ο ψευδάργυρος σπάνια θα σχηματίσει ιόντα με φορτίο +1, αλλά ποτέ δεν θα σχηματίσει ιόντα με αρνητικό φορτίο. Καθώς ο ψευδάργυρος είναι μέταλλο, σχηματίζει γενικά μεταλλικές ενώσεις με άλλα μέταλλα. Επειδή έχει φορτίο ιόντων +2, τα ιόντα ψευδαργύρου είναι ισχυροί αναγωγικοί παράγοντες και σχηματίζουν εύκολα ιοντικούς δεσμούς.
Τα ιόντα ψευδαργύρου σχηματίζουν έναν αριθμό ενώσεων που έχουν πρακτικές εφαρμογές. Το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO) για παράδειγμα, παράγεται μαζικά ως ημιαγωγός για χρήση στα ηλεκτρονικά, ενώ ο θειούχος ψευδάργυρος (ZnS) χρησιμοποιείται ως οπτικό υλικό σε συσκευές υπερύθρων. Ο ψευδάργυρος είναι επίσης ένα απαραίτητο ιχνοστοιχείο που απαιτείται για τη μεταγωγή σήματος και τη μεταγραφή στα ευκαρυωτικά κύτταρα. Οι ενώσεις που αποτελούνται από ιόντα ψευδαργύρου τείνουν να υιοθετούν μια συμμετρική κρυσταλλική δομή και να έχουν μια άχρωμη λάμψη όπως ο σίδηρος.
Τι είναι ένα ιόν;
Ας κάνουμε ένα βήμα πίσω από τον ψευδάργυρο και ας εξετάσουμε πρώτα τι ακριβώς είναι ένα ιόν. Κανονικά, τα άτομα περιέχουν ίσο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων. Δεδομένου ότι τα πρωτόνια και τα ηλεκτρόνια έχουν ίσα και αντίθετα φορτία (+1 και −1 αντίστοιχα), τα άτομα με ίσο αριθμό πρωτονίων και ηλεκτρονίων θα είναι ηλεκτρικά ουδέτερα καθώς κάθε θετικό φορτίο ακυρώνεται από ένα αντίστοιχο αρνητικό φορτίο και αντίστροφα.
Τα άτομα μπορούν να αποκτήσουν ή να χάσουν ηλεκτρόνια. Όταν συμβεί αυτό, το άτομο δεν έχει πλέον ίσες ποσότητες αντίθετων ηλεκτρικών φορτίων, επομένως το άτομο θα πάρει ένα συνολικό φορτίο και θα γίνει ιόν Αν το άτομο αποκτήσει ηλεκτρόνια, θα έχει μια αφθονία αρνητικών φορτίων και θα λάβει ένα συνολικό φορτίο. αρνητικό φορτίο. Εάν το άτομο χάσει ηλεκτρόνια, θα έχει άφθονα θετικά φορτία και θα λάβει συνολικά θετικό φορτίο. Τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα ονομάζονται ανιόντα και τα θετικά φορτισμένα ιόντα ονομάζονται κατιόντα.
Το αν ένα άτομο θα σχηματίσει ένα ανιόν εξαρτάται από την ηλεκτραρνητικότητά του. Η ηλεκτροαρνητικότητα είναι ένα μέτρο του πόσο ένα άτομο έλκει τα ηλεκτρόνια. Περισσότερα ηλεκτραρνητικά στοιχεία, όπως το οξυγόνο ή το φθόριο, τραβούν πολύ δυνατά τα ηλεκτρόνια, επομένως είναι πιο πιθανό να σχηματίσουν ανιόντα κλέβοντας ηλεκτρόνια από άλλα άτομα.
Το αν ένα άτομο θα σχηματίσει ένα κατιόν εξαρτάται από την ενέργεια ιοντισμού του ατόμου. Η ενέργεια ιοντισμού είναι ένα μέτρο της ποσότητας ενέργειας που απαιτείται για την απομάκρυνση ενός ηλεκτρονίου από το άτομο. Γενικά, τα άτομα που έχουν χαμηλές ενέργειες ιονισμού τείνουν να σχηματίζουν κατιόντα. Τα άτομα με χαμηλές ενέργειες ιονισμού μπορούν πιο εύκολα να αφαιρέσουν τα ηλεκτρόνια τους και έτσι μπορούν πιο εύκολα να σχηματίσουν κατιόντα. Ως γενικός εμπειρικός κανόνας, τα στοιχεία στα δεξιά του περιοδικού πίνακα τείνουν να δημιουργούν κατιόντα και τα στοιχεία στα αριστερά του περιοδικού πίνακα τείνουν να δημιουργούν ανιόντα. Αυτή η τάση στον περιοδικό πίνακα αντανακλά τις τάσεις στις ηλεκτραρνητικότητες και τις ενέργειες ιονισμού των στοιχείων που είναι ενσωματωμένα στην οργάνωση του περιοδικού πίνακα.
Τα ιόντα που παράγονται από ένα μόνο άτομο ονομάζονται μονοατομικά ιόντα. Τα μόρια που έχουν ιοντικό χαρακτήρα ονομάζονται πολυατομικά ιόντα. Τα πολυατομικά ιόντα δεν πρέπει να συγχέονται με τα πολικά μόρια. Τα πολυατομικά ιόντα έχουν ακέραια φορτία ενώ τα πολικά μόρια έχουν μερικά ηλεκτρικά φορτία.
Τα ιόντα εμπλέκονται σε μια μοναδική μορφή δεσμού που ονομάζεται ιοντικός δεσμός. Κατά τη διάρκεια του ιοντικού δεσμού, τα θετικά φορτισμένα κατιόντα θα προσελκύσουν τα κοντινά ανιόντα και θα τακτοποιηθούν σε μια σφιχτά συσκευασμένη κρυσταλλική δομή πλέγματος. Ως εκ τούτου, οι ιοντικές ενώσεις τείνουν να είναι εύθραυστες και να έχουν υψηλά σημεία τήξης.
Τα ιόντα που κατασκευάζονται από μέταλλα και ημιμέταλλα υφίστανται έναν ειδικό τύπο ιοντικού δεσμού που ονομάζεται μεταλλικός δεσμός. Οι μεταλλικοί δεσμοί αποτελούνται από ένα θετικά φορτισμένο πλέγμα μεταλλικών κατιόντων που περιβάλλεται από μια αποτοπισμένη «θάλασσα» ηλεκτρονίων. Στους μεταλλικούς δεσμούς, τα ηλεκτρόνια σθένους χαλαρώνουν από τα τροχιακά τους και μοιράζονται ελεύθερα σε όλη τη μοριακή δομή. Η μετατόπιση των ηλεκτρονίων σε μεταλλικούς δεσμούς εξηγεί πολλές από τις μοναδικές ιδιότητες των μετάλλων, όπως η ολκιμότητα, οι αγώγιμες ιδιότητες, η στιλπνότητα και η ελασιμότητα τους.
Ψευδάργυρος ως ιόν
Ο ψευδάργυρος είναι ένα στοιχείο στο μπλοκ d των στοιχείων. Έχει διάταξη ηλεκτρονίων [Ar]3d4s. Ο ψευδάργυρος γενικά δεν θεωρείται μεταβατικό μέταλλο, καθώς έχει πλήρες d-κέλυφος, αν και σε ορισμένα κείμενα θεωρείται ως μέταλλο μετάβασης.
Η χημεία του ψευδαργύρου διέπεται σχεδόν εξ ολοκλήρου από το φορτίο ιόντων +2. Ένα κατιόν Zn έχει αποβάλει τα δύο ηλεκτρόνια στο 4s υποφλοιό του, αφήνοντας μόνο το γεμάτο 3d υποκέλυφος. Τα κατιόντα Zn θα διαλυθούν στο νερό για να σχηματίσουν οκταεδρικά σύμπλοκα της μορφής [Zn(H2 O)6 ]. Πολύ σπάνια, δύο ιόντα Zn θα συνδεθούν για να σχηματίσουν ένα διατομικό ιόν ψευδαργύρου Zn2 , παρόμοιο με το διατομικό ιόν υδραργύρου Hg2 . Αυτή είναι η μόνη γνωστή περίπτωση μιας ένωσης που σχηματίζεται με ιόντα Zn. Όλες οι άλλες ενώσεις ψευδαργύρου σχηματίζονται με ιόντα Zn.
Τα ιόντα ψευδαργύρου τείνουν να συμπεριφέρονται παρόμοια με τα ιόντα χαλκού (Cu) και νικελίου (Ni). Ο ψευδάργυρος θα οξειδωθεί γρήγορα παρουσία οξυγόνου, σχηματίζοντας οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO). Η επεξεργασία του καθαρού ψευδάργυρου με οξύ θα σχηματίσει Zn και αέριο υδρογόνο (H2 ). Οι ενώσεις που παράγονται από ιόντα Zn τείνουν να διατάσσονται σε τετραεδρική ή εξαγωνική δομή πλέγματος.
Παραδείγματα ενώσεων με ιόντα ψευδαργύρου
Οξείδιο του ψευδαργύρου
Το οξείδιο του ψευδαργύρου (ZnO) είναι η πιο ευρέως χρησιμοποιούμενη ένωση ψευδαργύρου. Το οξείδιο του ψευδαργύρου είναι μια ανόργανη αδιάλυτη λευκή σκόνη σε θερμοκρασία δωματίου. Ενώ είναι μια φυσική ουσία, το μεγαλύτερο μέρος του οξειδίου του ψευδαργύρου παράγεται συνθετικά. Το οξείδιο του ψευδαργύρου έρχεται σε δύο κύριες δομές, ένα εξαγωνικό πλέγμα και ένα κυβικό πλέγμα. Το εξαγωνικό οξείδιο του ψευδαργύρου είναι η πιο σταθερή μορφή οξειδίου του ψευδαργύρου, επομένως είναι η πιο κοινή. Η εξαγωνική δομή αποτελείται από ένα σύμπλεγμα τετραεδρικών υπομονάδων, καθεμία από τις οποίες αποτελείται από ένα κεντρικό ιόν ψευδαργύρου που περιβάλλεται από 4 ιόντα οξυγόνου (O).
Η συμμετρική κρυσταλλική δομή του οξειδίου του ψευδαργύρου του επιτρέπει να παραμορφώνεται χωρίς να σπάει. Αυτή η ιδιότητα καθιστά το οξείδιο του ψευδαργύρου ένα εξαιρετικά πιεζοηλεκτρικό υλικό. Τα πιεζοηλεκτρικά υλικά είναι κρυσταλλικά υλικά που μπορούν να μετατρέψουν μια μηχανική δύναμη σε ηλεκτρικό σήμα. Όταν ένα πιεζοηλεκτρικό υλικό παραμορφώνεται, η δομή των ιόντων μετατοπίζεται έτσι ώστε τα ηλεκτρικά φορτία να μην κατανέμονται πλέον ομοιόμορφα μέσω του υλικού. Δεδομένου ότι υπάρχει τώρα μια καθαρή διαφορά στο ηλεκτρικό φορτίο, ένα ηλεκτρικό ρεύμα παράγεται σε όλο το υλικό. Το οξείδιο του ψευδαργύρου, ειδικότερα, έχει πολύ υψηλό πιεζοηλεκτρικό τανυστή, επομένως μετατρέπει πολύ εύκολα τη μηχανική καταπόνηση σε ηλεκτρικό δυναμικό.
Η γεωμετρική δομή του οξειδίου του ψευδαργύρου του προσδίδει υψηλή θερμική ικανότητα και χαμηλή θερμική διαστολή. Αυτό καθιστά το οξείδιο του ψευδαργύρου χρήσιμο για εφαρμογή σε κεραμικά για την κατασκευή υαλοπινάκων και σμάλτων. Η επίστρωση που έχει υποστεί επεξεργασία με οξείδιο ψευδαργύρου είναι λιγότερο πιθανό να ραγίσει κάτω από τις υψηλές θερμοκρασίες της διαδικασίας ψησίματος. Αυτή η ίδια ιδιότητα κάνει επίσης το οξείδιο του ψευδαργύρου χρήσιμο στον βουλκανισμό του καουτσούκ και ως επίστρωση που απορροφά το υπεριώδες φως. Χρησιμοποιείται επίσης ως χρωστική ουσία για λευκά χρώματα.
Το οξείδιο του ψευδαργύρου έχει δείξει ορισμένες υγιεινές και ιατρικές εφαρμογές. Ιστορικά, το οξείδιο του ψευδαργύρου είναι ένα κύριο συστατικό της καλαμίνης, μιας λοσιόν που χρησιμοποιείται για την καταπολέμηση της φαγούρας του ξηρού δέρματος. Τα σύγχρονα προϊόντα δέρματος όπως η πούδρα μωρών και τα σαμπουάν κατά της πιτυρίδας εξακολουθούν να χρησιμοποιούν τις ιδιότητες κατά της φαγούρας του οξειδίου του ψευδαργύρου. Στην οδοντιατρική, το οξείδιο του ψευδαργύρου αναμιγνύεται με ευγενόλη και εφαρμόζεται στα δόντια για να χρησιμεύσει ως επανορθωτικό. Τέλος, το οξείδιο του ψευδαργύρου είναι ένα κοινό συστατικό στα αντηλιακά προϊόντα. Τα νανοσωματίδια οξειδίου του ψευδαργύρου στο αντηλιακό απορροφούν αποτελεσματικά το φως και προστατεύουν το δέρμα από την υπεριώδη ακτινοβολία.
Θειούχος ψευδάργυρος
Ο θειούχος ψευδάργυρος είναι μια ανόργανη ένωση με χημικό τύπο (ZnS). Ο θειούχος ψευδάργυρος είναι το κύριο είδος ψευδάργυρου στη φύση, που βρίσκεται με τη μορφή του ορυκτού φαληρίτη. Το θειούχο ψευδάργυρο εμφανίζει φωσφορισμό, επομένως χρησιμοποιείται σε προϊόντα όπως οι καθοδικές ακτίνες, οι οθόνες ακτίνων Χ και η λάμψη στο σκοτάδι αντικείμενα.
Χρησιμοποιείται επίσης ως υλικό σε οπτικές συσκευές. Στερεά που αποτελούνται από θειούχο ψευδάργυρο μπορούν να μεταδώσουν ορατά σε υπέρυθρα μήκη κύματος, επομένως είναι μια χρήσιμη ένωση για συσκευές που χρησιμοποιούν αισθητήρες υπερύθρων. Οι ιδιότητες που δίνουν τον οπτικό του χαρακτήρα καθιστούν επίσης το θειούχο ψευδάργυρο καλό ημιαγωγό.
Χλωριούχος ψευδάργυρος
Χλωριούχος ψευδάργυρος (ZnCl2 ) είναι ένα ιοντικό άλας που σχηματίζεται από την ένωση ενός ανιόντος Zncation και 2 Cl. Μία από τις κύριες χρήσεις του χλωριούχου ψευδαργύρου είναι στη συγκόλληση μετάλλων. Ο χλωριούχος ψευδάργυρος αντιδρά με διάφορα οξείδια μετάλλων, διαλύοντάς τα και εκθέτοντας τη διαυγή μεταλλική επιφάνεια. Οι περισσότερες χειροβομβίδες καπνού παράγουν καπνό από χλωριούχο ψευδάργυρο μέσω της αντίδρασης του οξειδίου του ψευδαργύρου με το εξαχλωροαιθάνιο. Ο χλωριούχος ψευδάργυρος έχει επίσης χρησιμοποιήσει ιστορικά ως αντισηπτικό, ιδιαίτερα σε στοματικό διάλυμα.
Οξεικός ψευδάργυρος
Οξεικός ψευδάργυρος (Zn(CH3 CO2 )2 ) είναι ένα οργανομεταλλικό άλας Ο οξικός ψευδάργυρος σχηματίζεται από ένα ιόν Zn που σχηματίζει δεσμό με 2 οξικά ιόντα που προέρχονται από οξικό οξύ. Χρησιμοποιείται συνήθως σε παστίλιες για το λαιμό για το κρυολόγημα και ως βασικό συμπλήρωμα διατροφής.
Συνοψίζοντας, ο ψευδάργυρος είναι ένα στοιχείο d-block με ατομικό αριθμό 30. Ο ψευδάργυρος σχηματίζει συνήθως θετικά φορτισμένα ιόντα με φορτίο 2+. Πολύ σπάνια, ο ψευδάργυρος θα σχηματίσει ιόντα με φορτίο +1. Τα ιόντα ψευδαργύρου είναι συστατικό πολλών κοινώς χρησιμοποιούμενων ενώσεων. Τα ιόντα Zn είναι ένας αποτελεσματικός αναγωγικός παράγοντας και σχηματίζουν εύκολα ιοντικούς δεσμούς. Οι περισσότερες ανόργανες ενώσεις του ψευδαργύρου είναι ελατές, έχουν υψηλή θερμική ικανότητα και είναι πιεζοηλεκτρικές. Οι ενώσεις ψευδαργύρου έχουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, συμπεριλαμβανομένων των κεραμικών, των οπτικών τεχνολογιών, των χρωμάτων και της ιατρικής.
