Por que protege a galvanização melhor do que a tinta?
Uma tinta funciona como barreira: enquanto cobrir, isola o aço da água e do oxigénio. Se for riscada, o aço exposto corrói-se justamente nesse ponto, e a ferrugem estende-se sob a película levantando-a.
O zinco faz algo diferente. O seu potencial de elétrodo padrão é de −0,76 V face aos −0,44 V do ferro, o que significa que se oxida com mais facilidade.
Quando há humidade e ambos os metais estão em contacto elétrico, forma-se uma pilha. O zinco atua como ânodo e dissolve-se; o ferro atua como cátodo e fica protegido, mesmo estando a descoberto.
Daí o nome de ânodo de sacrifício. O revestimento não protege apenas por cobrir, mas por corroer-se em vez do aço. Um risco na galvanização não progride: o zinco em redor continua a proteger o ferro exposto.
O zinco desenvolve além disso a sua própria pátina de carbonato básico, que retarda o seu consumo. Uma galvanização a quente de cerca de 85 micrómetros dura décadas em ambiente rural e bastante menos em atmosfera industrial ou marinha.
O mesmo princípio aplica-se aos ânodos de sacrifício dos cascos de navio e dos termoacumuladores, que são barras de zinco ou magnésio que têm de ser substituídas periodicamente.
Por que é a sua química tão monótona comparada com a do cobre?
O zinco tem a configuração [Ar] 3d¹⁰ 4s². A camada d está completa.
Os metais de transição devem a sua química característica às orbitais d parcialmente preenchidas: vários estados de oxidação, compostos coloridos, propriedades magnéticas, formação de complexos com geometrias variadas.
No zinco essas orbitais estão cheias e demasiado estáveis para participar. Perdem-se apenas os dois eletrões 4s, e sempre os dois. O zinco é Zn²⁺ em todos os seus compostos, sem exceção prática.
As consequências são visíveis. Os seus compostos são incolores, porque a cor num metal de transição provém de transições entre orbitais d parcialmente ocupadas, e aqui não há lacunas. Não é magnético, pela mesma razão. E não apresenta a variedade redox do ferro ou do manganês.
⚠️ Essa simplicidade é motivo de uma discussão de nomenclatura. A IUPAC define metal de transição como aquele com uma camada d incompleta nalgum dos seus estados, e o zinco não cumpre. Muitos textos incluem-no pela sua posição no bloco d, outros tratam-no à parte juntamente com o cádmio e o mercúrio.
Essa mesma estabilidade do Zn²⁺ é o que o torna útil em biologia: um ião que não muda de estado de oxidação não gera radicais livres, ao contrário do ferro ou do cobre.
O que faz no organismo?
É o segundo oligoelemento metálico mais abundante a seguir ao ferro, com cerca de 2 a 3 gramas num adulto, e participa em mais de trezentas enzimas.
O seu papel é de dois tipos.
Como catalisador, o Zn²⁺ polariza moléculas de água ou de substrato e facilita a reação. A anidrase carbónica, que converte dióxido de carbono em bicarbonato a uma velocidade extraordinária, tem um zinco no seu centro ativo; sem ele o sangue não conseguiria transportar o CO₂ que o metabolismo produz.
Como elemento estrutural, mantém proteínas dobradas. Os dedos de zinco são pequenos domínios em que um ião coordena quatro resíduos e fixa uma geometria capaz de reconhecer sequências específicas de ADN. São dos motivos mais comuns nos fatores de transcrição, e a sua descoberta abriu o caminho às primeiras ferramentas de edição genética dirigida.
A deficiência de zinco produz atraso do crescimento, alterações cutâneas, perda do paladar e deterioração imunitária. É um problema de saúde pública em regiões onde a dieta assenta em cereais, cujo fitato dificulta a absorção.
Como se usa nas pilhas?
O zinco foi o ânodo da primeira pilha e continua a sê-lo nas mais comuns.
A pilha voltaica de 1800 alternava discos de zinco e de cobre separados por cartão embebido em salmoura. O zinco oxidava-se, os eletrões circulavam pelo circuito externo e o cobre reduzia-se. Foi a primeira fonte contínua de corrente elétrica e deu origem à eletroquímica.
A pilha seca de zinco-carbono, patenteada por Leclanché e aperfeiçoada depois, usava um recipiente de zinco como ânodo e uma barra de carbono rodeada de dióxido de manganês como cátodo. Alimentou lanternas e rádios durante um século.
A pilha alcalina moderna usa pó de zinco e dióxido de manganês em hidróxido de potássio, o que aumenta a superfície de reação e a capacidade.
As pilhas de botão para aparelhos auditivos são de zinco-ar: o ânodo é zinco e o cátodo é o oxigénio do ambiente, que entra por um orifício. Como o cátodo não ocupa volume, a densidade energética é muito alta; por isso trazem um autocolante que é preciso retirar para as ativar.
De onde se extrai e em que mais se usa?
O mineral principal é a esfalerite, sulfureto de zinco. É torrada para a converter em óxido e depois reduzida, ou então lixiviada com ácido sulfúrico e recuperada por eletrólise, que é hoje a via dominante.
A China, o Peru e a Austrália encabeçam a produção. O zinco acompanha com frequência o chumbo e a prata nos mesmos jazigos, e a sua exploração costuma ser conjunta.
Cerca de metade do zinco destina-se à galvanização. O restante reparte-se por ligas, fundição injetada e compostos.
O latão, cobre com zinco entre 5 e 40 %, é a liga mais antiga que o usa. Surpreendentemente, era fabricado antes de se conhecer o zinco metálico: aquecia-se cobre com calamina e carvão, e o zinco reduzido incorporava-se no cobre sem nunca chegar a ser isolado.
O óxido de zinco é usado em cremes de proteção solar, onde reflete e dispersa o ultravioleta, em pomadas para a pele e como aditivo na vulcanização da borracha, onde acelera a formação de pontes de enxofre.