SENG: SEJARAH, SIFAT, STRUKTUR, RISIKO, PENGGUNAAN - KIMIA - 2025

The seng adalah logam transisi milik kelompok 12 dari tabel periodik dan diwakili oleh simbol kimia Zn. Ini adalah unsur ke-24 yang melimpah di kerak bumi, ditemukan dalam mineral belerang, seperti sfalerit, atau karbonat, seperti smitsonit.

Ini adalah logam yang sangat terkenal dalam budaya populer; Misalnya atap seng, seperti halnya suplemen untuk mengatur hormon pria. Ini ditemukan di banyak makanan dan merupakan elemen penting untuk proses metabolisme yang tak terhitung jumlahnya. Ada beberapa manfaat dari asupan sedang dibandingkan dengan efek negatif dari kelebihannya pada tubuh.

Atap paduan seng di Museum Riverside. Sumber: Eoin

Seng telah dikenal jauh sebelum baja galvanis warna perak dan logam lainnya. Kuningan, paduan komposisi tembaga dan seng yang bervariasi, telah menjadi bagian dari benda bersejarah selama ribuan tahun. Saat ini warna emasnya sering terlihat di beberapa alat musik.

Demikian juga, ini adalah logam yang digunakan untuk membuat baterai alkaline, karena daya yang berkurang dan kemudahan mendonasikan elektron menjadikannya pilihan yang baik sebagai bahan anodik. Kegunaan utamanya adalah untuk menggalvanisasi baja, melapisinya dengan lapisan seng yang teroksidasi atau dikorbankan untuk mencegah besi di bawahnya dari korosi nantinya.

Dalam senyawa turunannya, ia hampir selalu memiliki bilangan oksidasi atau bilangan oksidasi +2. Oleh karena itu, ion Zn ²⁺ dianggap diselimuti oleh lingkungan molekuler atau ionik. Meskipun Zn ²⁺ adalah asam Lewis yang dapat menyebabkan masalah di dalam sel, terkoordinasi dengan molekul lain, Zn ²⁺ berinteraksi secara positif dengan enzim dan DNA.

Dengan demikian, seng adalah kofaktor penting untuk banyak enzim logam. Terlepas dari biokimianya yang sangat penting, dan kilatan kehijauannya serta nyala api saat terbakar, dalam dunia sains logam ini dianggap sebagai logam yang "membosankan"; karena, sifat-sifatnya tidak memiliki daya tarik dari logam lain, serta titik lelehnya yang jauh lebih rendah daripada milik mereka.

Sejarah

Jaman dahulu

Seng telah dimanipulasi selama ribuan tahun; tetapi tanpa disadari, sejak peradaban kuno, termasuk Persia, Romawi, Transylvanians dan Yunani, sudah membuat benda-benda, koin, dan senjata kuningan.

Oleh karena itu, kuningan adalah salah satu paduan tertua yang diketahui. Mereka menyiapkannya dari mineral kalamin, Zn ₄ Si ₂ O ₇ (OH) ₂ · H ₂ O, yang mereka tumbuk dan dipanaskan dengan adanya wol dan tembaga.

Selama proses tersebut, sejumlah kecil logam seng yang mungkin telah terbentuk lolos sebagai uap, sebuah fakta yang menunda identifikasi sebagai unsur kimia selama bertahun-tahun. Selama berabad-abad berlalu, kuningan dan paduan lainnya meningkatkan kandungan sengnya, terlihat lebih keabu-abuan.

Pada abad keempat belas, di India, mereka telah berhasil menghasilkan seng logam, yang mereka sebut Jasada dan kemudian memperdagangkannya dengan China.

Dan para alkemis bisa mendapatkannya untuk melakukan eksperimen mereka. Tokoh sejarah terkenal Paracelsus yang menamakannya 'zincum', mungkin dari kemiripan antara kristal seng dan gigi. Sedikit demi sedikit, di tengah nama lain dan budaya yang beragam, nama 'seng' akhirnya mengental untuk logam ini.

Isolasi

Meskipun India sudah memproduksi seng logam sejak tahun 1300-an, ini berasal dari metode yang menggunakan calamine dengan wol; oleh karena itu, itu bukan sampel logam dengan kemurnian yang cukup. William Champion memperbaiki metode ini pada tahun 1738, Inggris Raya, menggunakan tungku retort vertikal.

Pada tahun 1746, kimiawan Jerman Andreas Sigismund Marggraf untuk "pertama kalinya" memperoleh sampel seng murni dengan memanaskan calamine di hadapan arang (zat pereduksi yang lebih baik daripada wol), di dalam wadah yang berisi tembaga. Cara produksi seng ini dikembangkan secara komersial dan paralel dengan Champion's.

Kemudian, proses dikembangkan yang akhirnya menjadi independen dari calamine, menggunakan seng oksida sebagai gantinya; dengan kata lain, sangat mirip dengan proses pyrometallurgical saat ini. Tungku juga ditingkatkan, mampu menghasilkan seng dalam jumlah yang meningkat.

Sampai saat itu, masih belum ada aplikasi yang membutuhkan seng dalam jumlah besar; tetapi itu berubah dengan kontribusi Luigi Galvani dan Alessandro Volta, yang memberi jalan pada konsep galvanisasi. Volta juga menemukan apa yang dikenal sebagai sel galvanik, dan seng segera menjadi bagian dari desain sel kering.

Sifat fisik dan kimia

Penampilan fisik

Ini adalah logam keabu-abuan, biasanya tersedia dalam bentuk butiran atau bubuk. Secara fisik lemah, jadi ini bukan pilihan yang baik untuk aplikasi yang harus menopang benda berat.

Demikian pula, getas, meskipun bila dipanaskan di atas 100 ºC menjadi lunak dan ulet; hingga 250 ºC, suhu menjadi rapuh dan dapat menyembur kembali.

Masa molar

65,38 g / mol

Nomor atom (Z)

30

Titik lebur

419,53 ° C. Titik leleh yang rendah ini menunjukkan ikatan logamnya yang lemah. Saat meleleh memiliki tampilan yang mirip dengan aluminium cair.

Titik didih

907 ºC

Suhu nyala otomatis

460 ºC

Massa jenis

-7,14 g / mL pada suhu kamar

-6,57 g / mL pada titik leleh, yaitu saat meleleh atau melebur

Panas fusi

7,32 kJ / mol

Panas penguapan

115 kJ / mol

Kapasitas panas molar

25.470 J / (mol K)

Elektronegativitas

1,65 pada skala Pauling

Energi ionisasi

-Pertama: 906,4 kJ / mol (Zn ⁺ gas)

-Kedua: 1733,3 kJ / mol (Zn ²⁺ gas)

-Tiga: 3833 kJ / mol (Zn ³⁺ gas)

Radio atom

Empiris 134 sore

Jari-jari kovalen

122 ± 4 sore

Kekerasan Mohs

2.5. Nilai ini jauh lebih rendah dibandingkan dengan kekerasan logam transisi lainnya, yaitu tungsten.

Urutan magnetis

Diamagnetik

Konduktivitas termal

116 W / (m K)

Resistivitas listrik

59 nΩm pada 20 ° C

Kelarutan

Itu tidak larut dalam air selama lapisan oksidanya melindunginya. Setelah dihilangkan dengan serangan asam atau basa, seng akhirnya bereaksi dengan air untuk membentuk aqueous kompleks, Zn (OH ₂ ) ₆ ²⁺ , menempatkan Zn ²⁺ di tengah oktahedron terbatas oleh molekul air.

Penguraian

Saat terbakar, ia bisa melepaskan partikel ZnO beracun ke udara. Dalam prosesnya, nyala api kehijauan dan cahaya bersinar teramati.

Reaksi kimia

Reaksi antara seng dan belerang di dalam wadah di mana warna api biru kehijauan dihargai. Sumber: Eoin

Seng adalah logam reaktif. Pada suhu kamar tidak hanya dapat ditutupi oleh lapisan oksida, tetapi juga oleh karbonat basa, Zn ₅ (OH) ₆ (CO ₃ ) ₂ , atau bahkan sulfur, ZnS. Ketika lapisan dengan komposisi bervariasi ini dihancurkan oleh serangan asam, logam bereaksi:

Zn (s) + H ₂ SO ₄ (aq) → Zn ²⁺ (aq) + SO ₄ ²⁻ (aq) + H ₂ (g)

Persamaan kimia yang sesuai dengan reaksinya dengan asam sulfat dan:

Zn (s) + 4 HNO ₃ (aq) → Zn (NO ₃ ) ₂ (aq) + 2 NO ₂ (g) + 2 H ₂ O (l)

Dengan asam klorida. Dalam kedua kasus tersebut, meskipun tidak tertulis, terdapat kompleks berair Zn (OH ₂ ) ₆ ²⁺ ; kecuali jika medianya basa, karena mengendap sebagai seng hidroksida, Zn (OH) ₂ :

Zn ²⁺ (aq) + 2OH ^- (aq) → Zn (OH) ₂ (s)

Yang merupakan hidroksida putih, amorf dan amfoter, yang mampu terus bereaksi dengan lebih banyak ion OH ^- :

Zn (OH) ₂ (s) + 2OH ^- (aq) → Zn (OH) ₄ ^2- (aq)

Zn (OH) ₄ ^2- adalah anion sengat. Faktanya, ketika seng bereaksi dengan basa kuat, seperti NaOH pekat, kompleks natrium sengat, Na ₂ , diproduksi secara langsung :

Zn (s) + 2NaOH (aq) + 2H ₂ O (l) → Na ₂ (aq) + H ₂ (g)

Demikian juga, seng dapat bereaksi dengan elemen non-logam, seperti halogen dalam bentuk gas atau sulfur:

Zn (s) + I ₂ (g) → ZnI ₂ (s)

Zn (s) + S (s) → ZnS (s) (gambar atas)

Isotop

Seng ada di alam sebagai lima isotop: ⁶⁴ Zn (49,2%), ⁶⁶ Zn (27,7%), ⁶⁸ Zn (18,5%), ⁶⁷ Zn (4%) dan ⁷⁰ Zn (0,62) %). Yang lainnya sintetis dan radioaktif.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Atom seng mengkristal menjadi struktur heksagonal yang kompak tetapi terdistorsi (hcp), hasil dari ikatan logamnya. Elektron valensi yang mengatur interaksi tersebut, menurut konfigurasi elektron, adalah yang termasuk dalam orbital 3d dan 4s:

3d ¹⁰ 4s ²

Kedua orbital tersebut terisi penuh dengan elektron, sehingga tumpang tindihnya tidak terlalu efektif, bahkan jika inti seng memberikan gaya tarik padanya.

Akibatnya, atom Zn tidak terlalu kohesif, hal ini tercermin dari titik lelehnya yang rendah (419,53 ºC) dibandingkan logam transisi lainnya. Faktanya, ini adalah karakteristik dari logam golongan 12 (bersama dengan merkuri dan kadmium), jadi mereka kadang-kadang mempertanyakan apakah mereka benar-benar harus dianggap sebagai unsur blok d.

Meskipun orbital 3d dan 4s penuh, seng merupakan konduktor listrik yang baik; oleh karena itu, elektron valensinya dapat "melompat" ke pita konduksi.

Bilangan oksidasi

Tidak mungkin seng kehilangan dua belas elektron valensinya atau memiliki bilangan oksidasi atau keadaan +12, dengan asumsi adanya kation Zn ¹²⁺ . Sebaliknya, ia hanya kehilangan dua elektronnya; khususnya orbital 4s, berperilaku mirip dengan logam alkali tanah (Tn. Becambara).

Ketika ini terjadi, seng dikatakan berpartisipasi dalam senyawa dengan bilangan oksidasi atau keadaan +2; yaitu, dengan asumsi keberadaan kation Zn ²⁺ . Misalnya, dalam oksidanya, ZnO, seng memiliki bilangan oksidasi ini (Zn ²⁺ O ^2- ). Hal yang sama berlaku untuk banyak senyawa lain, dengan anggapan bahwa hanya Zn (II) yang ada.

Namun, ada juga Zn (I) atau Zn ⁺ , yang kehilangan hanya satu elektron dari orbital 4s. Bilangan oksidasi lain yang mungkin untuk seng adalah 0 (Zn ⁰ ), di mana atom netralnya berinteraksi dengan molekul gas atau organik. Oleh karena itu, dapat disajikan sebagai Zn ²⁺ , Zn ⁺ atau Zn ⁰ .

Bagaimana cara mendapatkannya

Bahan baku

Sampel mineral sfalerit dari Rumania. Sumber: James St. John

Seng berada di posisi dua puluh empat dari unsur paling melimpah di kerak bumi. Ini umumnya ditemukan dalam mineral belerang, didistribusikan ke seluruh planet.

Untuk mendapatkan logam dalam bentuknya yang murni, pertama-tama perlu mengumpulkan batuan yang terletak di terowongan bawah tanah dan memusatkan mineral yang kaya akan seng, yang mewakili bahan mentah sebenarnya.

Mineral tersebut antara lain: sphalerite atau wurzite (ZnS), zincite (ZnO), willemite (Zn ₂ SiO ₄ ), smitsonite (ZnCO ₃ ) dan gahnite (ZnAl ₂ O ₄ ). Sfalerit sejauh ini merupakan sumber utama seng.

Kalsinasi

Setelah mineral terkonsentrasi setelah proses flotasi dan pemurnian batuan, itu harus dikalsinasi untuk mengubah sulfida menjadi sulfida masing-masing. Dalam langkah ini, mineral hanya dipanaskan dengan adanya oksigen, yang menghasilkan reaksi kimia berikut:

2 ZnS (s) + 3 O ₂ (g) → 2 ZnO (s) + 2 SO ₂ (g)

SO ₂ juga bereaksi dengan oksigen untuk menghasilkan SO ₃ , senyawa yang ditujukan untuk sintesis asam sulfat.

Setelah ZnO diperoleh, ZnO dapat menjalani proses pirometalurgi, atau elektrolisis, di mana hasil akhirnya adalah pembentukan logam seng.

Proses pyrometallurgical

ZnO direduksi menggunakan batu bara (mineral atau kokas) atau karbon monoksida:

2 ZnO (s) + C (s) → 2 Zn (g) + CO ₂ (g)

ZnO (s) + CO (g) → Zn (g) + CO ₂ (g)

Kesulitan yang dihadapi oleh proses ini adalah pembentukan gas seng, karena titik didihnya yang rendah, yang diatasi oleh suhu tungku yang tinggi. Itulah sebabnya uap seng harus disuling dan dipisahkan dari gas lain, sementara kristalnya mengembun pada timah cair.

Proses elektrolitik

Dari dua metode untuk mendapatkannya, ini yang paling banyak digunakan di seluruh dunia. ZnO bereaksi dengan asam sulfat encer untuk melepaskan ion seng sebagai garam sulfatnya:

ZnO (s) + H ₂ SO ₄ (aq) → ZnSO ₄ (aq) + H ₂ O (l)

Akhirnya larutan ini dielektrolisis untuk menghasilkan seng logam:

2 ZnSO ₄ (aq) + 2 H ₂ O (l) → 2 Zn (s) + 2 H ₂ SO ₄ (aq) + O ₂ (g)

Resiko

Pada subbagian tentang reaksi kimia disebutkan bahwa gas hidrogen merupakan salah satu produk utama bila seng bereaksi dengan air. Itulah sebabnya, dalam bentuk logam, harus disimpan dengan benar dan jauh dari jangkauan asam, basa, air, belerang atau sumber panas apa pun; jika tidak, ada risiko kebakaran.

Seng yang terbagi lebih halus, semakin besar risiko kebakaran atau bahkan ledakan.

Sebaliknya, selama suhunya tidak mendekati 500 ºC, bentuk padat atau butirannya tidak menunjukkan bahaya. Jika ditutupi oleh lapisan oksida, dapat ditangani dengan tangan kosong, karena tidak bereaksi dengan kelembapannya; Namun, seperti zat padat lainnya, zat ini mengiritasi mata dan saluran pernapasan.

Meskipun seng sangat penting untuk kesehatan, dosis berlebih dapat menyebabkan gejala atau efek samping berikut:

- Mual, muntah, gangguan pencernaan, sakit kepala dan perut atau diare.

- Ini menggantikan tembaga dan besi selama penyerapannya di usus, yang tercermin dalam meningkatnya kelemahan pada ekstremitas.

- Batu ginjal.

- Kehilangan indra penciuman.

Aplikasi

- Metal

Paduan

Banyak alat musik yang terbuat dari kuningan, paduan tembaga dan seng. Sumber: Pxhere.

Mungkin seng adalah salah satu logam, bersama dengan tembaga, yang membentuk paduan paling populer: kuningan dan besi galvanis. Kuningan telah diamati pada banyak kesempatan selama orkestra musik, karena kilau keemasan instrumen tersebut sebagian disebabkan oleh paduan tembaga dan seng tersebut.

Seng logam sendiri tidak memiliki banyak kegunaan, meskipun digulung berfungsi sebagai anoda sel kering, dan dalam bentuk bubuk dimaksudkan sebagai zat pereduksi. Ketika lapisan logam ini diendapkan di elektroda, lapisan pertama melindungi yang terakhir dari korosi karena lebih rentan terhadap oksidasi; yaitu, seng teroksidasi sebelum besi.

Inilah mengapa baja digalvanis (dilapisi seng) untuk meningkatkan daya tahannya. Contoh baja galvanis ini juga terdapat pada atap "seng" yang tak berujung, beberapa di antaranya dilengkapi dengan lapisan cat hijau, dan pada badan bus, peralatan rumah tangga, dan jembatan gantung.

Ada juga aluzinc, paduan aluminium-seng yang digunakan dalam konstruksi sipil.

Agen pereduksi

Seng adalah agen pereduksi yang baik, jadi ia kehilangan elektronnya untuk diperoleh spesies lain; terutama kation logam. Ketika dalam bentuk bubuk, aksi reduksi bahkan lebih cepat daripada butiran padat.

Ini digunakan dalam proses mendapatkan logam dari mineralnya; seperti rodium, perak, kadmium, emas dan tembaga.

Demikian pula, aksi reduksi digunakan untuk mengurangi spesies organik, yang mungkin terlibat dalam industri minyak, seperti bensin dan bensin, atau dalam industri farmasi. Di sisi lain, debu seng juga dapat digunakan dalam baterai seng-mangan dioksida alkali.

Miscellaneous

Karena reaktivitasnya dan pembakaran yang lebih energik, debu seng digunakan sebagai aditif di kepala korek api, bahan peledak, dan kembang api (mereka menghasilkan kilatan putih dan api kehijauan).

- Senyawa

Sulfida

Jam dengan cat berpendar di tangan dan jam. Sumber: Francis Flinch

Seng sulfida memiliki sifat berpendar dan bercahaya, itulah sebabnya ia digunakan dalam produksi cat bercahaya.

Oksida

Warna putih oksida, serta semi dan konduktivitas fotonya, digunakan sebagai pigmen untuk keramik dan kertas. Selain itu, ada dalam bedak, kosmetik, karet, plastik, kain, obat-obatan, tinta, dan enamel.

Suplemen nutrisi

Tubuh kita membutuhkan seng untuk memenuhi banyak fungsi vitalnya. Untuk memperolehnya, itu dimasukkan ke dalam beberapa suplemen nutrisi dalam bentuk oksida, glukonat atau asetat. Ini juga ada dalam krim untuk meredakan luka bakar dan iritasi kulit, dan dalam sampo.

Beberapa manfaat yang diketahui atau terkait dengan mengonsumsi seng adalah:

- Meningkatkan sistem kekebalan tubuh.

- Ini adalah anti inflamasi yang baik.

- Mengurangi gejala flu biasa yang mengganggu.

- Mencegah kerusakan sel pada retina, sehingga dianjurkan untuk penglihatan.

- Membantu mengatur kadar testosteron dan juga berhubungan dengan kesuburan pria, kualitas sperma mereka dan perkembangan jaringan otot.

- Mengatur interaksi antara neuron otak, oleh karena itu terkait dengan peningkatan memori dan pembelajaran.

-Dan juga, efektif dalam pengobatan diare.

Suplemen seng ini tersedia secara komersial sebagai kapsul, tablet, atau sirup.

Peran biologis

Dalam karbonat anhidrase dan karboksipeptidase

Seng dianggap sebagai bagian dari 10% dari total enzim dalam tubuh manusia, sekitar 300 enzim. Diantaranya, karbonat anhidrase dan karboksipeptidase dapat disebutkan.

Karbonat anhidrase, enzim yang bergantung pada seng, bekerja pada tingkat jaringan dengan mengkatalisis reaksi karbon dioksida dengan air untuk membentuk bikarbonat. Ketika bikarbonat mencapai paru-paru, enzim membalikkan reaksi dan karbon dioksida terbentuk, yang dikeluarkan ke luar selama ekspirasi.

Karboksipeptidase adalah exopeptidase yang mencerna protein, melepaskan asam amino. Seng bekerja dengan menyediakan muatan positif yang memfasilitasi interaksi enzim dengan protein yang dicerna.

Dalam fungsi prostat

Seng ada di berbagai organ tubuh manusia, tetapi memiliki konsentrasi tertinggi di prostat dan air mani. Seng bertanggung jawab atas berfungsinya prostat dan perkembangan organ reproduksi pria.

Jari seng

Seng terlibat dalam metabolisme RNA dan DNA. Jari-jari seng (Zn-fingers) terdiri dari atom-atom seng yang berfungsi sebagai jembatan pengikat antar protein, yang bersama-sama terlibat dalam berbagai fungsi.

Jari seng berguna dalam membaca, menulis, dan mentranskripsi DNA. Selain itu, ada hormon yang menggunakannya dalam fungsi yang terkait dengan pertumbuhan homeostasis di seluruh tubuh.

Dalam regulasi glutamat

Glutamat adalah neurotransmitter rangsang utama di korteks serebral dan batang otak. Seng terakumulasi dalam vesikula presinaptik glutaminergik, yang mengganggu regulasi pelepasan neurotransmitter glutamat dan rangsangan saraf.

Ada bukti bahwa pelepasan neurotransmitter glutamat yang berlebihan mungkin memiliki aksi neurotoksik. Karena itu, ada mekanisme yang mengatur pelepasannya. Homeostasis seng memainkan peran penting dalam regulasi fungsional sistem saraf.

Referensi

1. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Seng. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Michael Pilgaard. (2016, 16 Juli). Seng: reaksi kimia. Diperoleh dari: pilgaardelements.com
4. Pusat Nasional untuk Informasi Bioteknologi. (2019). Seng. Database PubChem. CID = 23994. Diperoleh dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Wojes Ryan. (25 Juni 2019). Sifat dan Kegunaan Logam Seng. Diperoleh dari: thebalance.com
6. Tuan Kevin A. Boudreaux. (sf). Seng + Belerang. Diperoleh dari: angelo.edu
7. Alan W. Richards. (12 April 2019). Pengolahan seng. Encyclopædia Britannica. Diperoleh dari: britannica.com
8. Kemurnian Logam Seng. (2015). Aplikasi industri. Diperoleh dari: purityzinc.com
9. Nordqvist, J. (5 Desember 2017). Apa manfaat kesehatan dari seng? Berita Medis Hari Ini. Diperoleh dari: medicalnewstoday.com