Çinko Karbonat (ZnCO3) Temel Özellikleri ve Uygulamaları

Çinko karbonat, ZnCO3 kimyasal formülüne sahip, çinko spar veya smitsonit olarak da bilinen bir çinko cevheridir. Bu bileşik, organik karbonik asitler ve türevleri ailesine ait olup, beyaz renkli ve kokusuz, kristalli bir katıdır. 

Su, alkol veya asetonda çözünmeyen çinko karbonat, mikron veya nano boyutta toz formunda bulunabilir. Ultraviyole ışığa maruz kaldığında floresans özellik gösterir, bu da onu mineral toplama ve malzeme bilimi araştırmaları için önemli bir madde yapar. Çinko kaynağı ve pigment olarak değeri olan çinko karbonat, kauçuk ve boya üretimi gibi çeşitli endüstriyel uygulamalarda kullanılır. Araştırma ve endüstriye yönelik gelişmiş nanomalzemelerin lider sağlayıcısı Nanografi'nin web sitesini ziyaret ederek çinko karbonatın en son uygulamalarını keşfedin.

Giriş

Çinko Karbonat (ZnCO3), asitler ve alkalilerde çözünebilen bir bileşiktir. Saf hali genellikle şeffaf ve renksiz olup, demir, manganez, bakır veya diğer elementlerin varlığında renk alabilir. Çinko karbonat, ısıtıldığında çinko oksit ve karbondioksit üreten bir reaksiyon yoluyla kolaylıkla çinko oksit gibi diğer çinko bileşiklerine dönüştürülebilir; bu işleme kalsinasyon adı verilir. Aynı zamanda, seyreltik asitlerle reaksiyona girerek de benzer bir dönüşüm gerçekleştirebilir. Çinko karbonat, inorganik bir tuz olup, organik sentez reaksiyonlarında katalizör olarak kullanımıyla ön plana çıkar. Bu bileşik ayrıca çinko oksit parçacıklarının üretimi için etkili bir öncü maddedir.

Çinko Karbonatın Özellikleri

Çinko karbonat, ZnCO3 formülü ile bilinen ve beyaz renkle karakterize edilen bir kimyasal bileşiktir. Bu bileşikteki çinko, +2 oksidasyon sayısı ile değerlik durumunu sergiler. Çinko karbonatın yoğunluğu 3,5 g/cm^3, molekül ağırlığı ise 125,4 g/mol olarak ölçülmüştür. Atmosfer basıncında (1 atm) 333,6 °C'de erime noktasına ulaşarak katıdan sıvı hale geçer. İlaveten, 1970°C'de kaynama noktasına ulaşarak daha yüksek sıcaklıklarda faz değişimi gösterir. Bu fiziksel ve kimyasal özellikler, çinko karbonatın çeşitli alanlardaki uygulama ve kullanımlarını belirleyici niteliktedir.

Çinko Karbonatın Sentezi

Çinko karbonatın sentezi için çeşitli yöntemler mevcuttur, bu yöntemler 10 ile 100 nm arasında değişen boyutlardaki nano parçacıkların üretimine olanak tanır. Her bir sentez yöntemi, kendine özgü avantajlar ve dezavantajlar sunar. Nano parçacıkların üretilmesi, özellikle endüstriyel uygulamalarda, çinko karbonatın performansını artırıcı bir faktördür. Bu artış, nano parçacıkların yüksek spesifik yüzey alanına bağlıdır, bu özellik örneğin solunum cihazlarında zehirli gazların uzaklaştırılmasında kullanıldığında önem kazanır. Burada, yüzey alanı toksik gazlar ile çinko karbonat arasındaki etkileşimi doğrudan etkileyen kritik bir faktördür ve aynı zamanda reaksiyon süresini en aza indirgeyen yüksek dağılabilirliği sağlar. Bu bağlamda, çinko karbonatın sentez yöntemleri, uygulama alanlarına özgü ihtiyaçları karşılamak üzere optimize edilir.

Hidrotermal Yöntem

ZnCl2 ve K2CO3 reaksiyonu sonucu çinko karbonatın hidrotermal sentezidir.

ZnCl2(aq) + K2CO3(aq) ZnCO3(s) + 2KCl(aq)

Mikroemülsiyon Yöntemi

Çinko karbonat nanopartikülleri, mikro emülsiyon yöntemi kullanılarak üretilebilir. Bu yöntem, iki farklı mikro emülsiyonun içinde sulu nanodamlacıklarda çözünmüş iki reaktanın birleştirilmesi ile gerçekleşir.

Şekil 1: Mikroemülsiyon yönteminin yapısı.

Katı-hal Reaksiyonu (Solid-Solid Reaction)

Nanokristalin çinko karbonat, ZnSO4 7H2O ve NH4HCO3'ün yüzey aktif madde OP ile oda sıcaklığında iyice öğütülmesiyle solid-solid reaksiyonu yoluyla sentezlenebilir.

Çökeltme Reaksiyonu

Suda çözünebilen bir çinko tuzu, tipik olarak çinko sülfat, sodyum karbonat veya sodyum bikarbonat ile tepkimeye girer. Bu tepkime, çinko karbonat nanometre ölçekli partiküllerinin çökmesine neden olur. Elde edilen ürün yıkanır ve kurutulur. Bu tozun asitlerle reaktif olması nedeniyle, asidik buharların bulunduğu ortamlardan uzak tutulması gerekmektedir.

ZnSO4(aq) + Na2CO3(aq) → Na2SO4(aq) + ZnCO3(s)

Bunlara ek olarak, çinko karbonat asitlerle reaksiyona girerek çinko tuzları üretmek için kullanılabilir. Bazı örnekler aşağıda verilmiştir:

Hidroklorik Asit + Çinko Karbonat → Çinko Klorür + Karbon Dioksit + Su

• 2HCl + ZnCO3 → ZnCl2 + CO2 + H2O

Sülfürik Asit + Çinko Karbonat → Çinko Sülfat + Karbon Dioksit + Su

• H2SO4 + ZnCO3 → ZnSO4 + CO2 + H2O

Nitrik Asit + Çinko Karbonat → Çinko Nitrat + Karbon Dioksit + Su

• 2HNO3 + ZnCO3 → Zn(NO3)2 + CO2 + H2O

Çinko Karbonatın Kullanım Alanları

Çinko karbonat, sanayide giderek daha fazla kullanılan bir bileşiktir. Kozmetikten tarıma, kauçuk üretiminden galvanizleme işlemlerine kadar çeşitli alanlarda değerlendirilmektedir. Bu bileşik aynı zamanda, çinko oksitler veya tuzlar gibi diğer çinko bileşiklerinin sentezlenmesi için bir öncül madde olarak işlev görür, bu da çinko karbonatın endüstriyel kullanımını dolaylı yoldan artırır. Bu endüstrilerin büyümesi, çinko karbonata olan talebi artırmaktadır.

Kauçuk Üretimi

Çinko karbonat, kauçuk üretiminde önemli bir hammadde olarak yer alır. Doğal kauçuk materyalinin yarı saydamlığını veya şeffaflığını artırmak amacıyla kullanılır, çünkü çinko karbonat ve doğal kauçuk benzer kırılma indisi özelliklerine sahiptir. Ayrıca, kauçuk yüzeyinin sertleşme sürecini hızlandıran bir kürleme ajanı olarak da işlev görür ve bu özellik, özellikle parlak pigmentlere sahip kauçuk ürünlerinde tercih edilir. Yangına maruz kalan kauçuklarda, alev geciktirici dolgu malzemesi olarak kullanılarak yangın geciktirici bir özellik kazandırır. Bu çok yönlü kullanım, çinko karbonatı kauçuk endüstrisinde vazgeçilmez bir bileşen haline getirir.

Kozmetik

Çinko karbonat, fungisid ve antiseptik özellikleri nedeniyle kozmetik endüstrisi için umut verici bir pazar sunmaktadır. Banyo ürünleri, makyaj malzemeleri, kişisel temizlik ürünleri, tıraş ürünleri, ağız bakımı ve cilt ile saç bakımı ürünleri gibi geniş bir ürün yelpazesinde kullanılır. Şeffaflığı artırma özelliği sayesinde, güneş koruyucu kremlerin üretiminde yaygın olarak tercih edilir. Diğer yandan, şampuanlarda bulanık bir görünüm sağlamak için opaklaştırıcı olarak da kullanılabilir.

Güneş koruyucu ürünlerinde nanomalzemelerin kullanımını öğrenmek için, blog sayfamızı ziyaret edin.

Hayvan Yemi

Çinko karbonat, hayvan yemi katkı maddesi olarak kullanılır. Çinko karbonatın eksikliği, hayvanların kemik gelişimine önemli katkıları nedeniyle büyümelerini kısıtlayabilir. İnsülin içerisinde hayati bir element olan çinko, enzimlere yapılarını sağlar ve fonksiyonlarını yerine getirmelerine olanak tanır. Özellikle domuzlar ve kümes hayvanları risk altındadır ve genellikle iştahsızlık gösterirler.

Sputtering Target

Çinko karbonat, ince film uygulamalarında da kullanılır. Fiziksel buhar biriktirme yöntemlerinde sıçratma hedefi olarak kullanılabilir. Yarı iletkenlerde kullanım için yüksek film yoğunluğu ve küçük tane boyutu sağlar. Bu özellik, çinko karbonatı yarı iletken endüstrisinde önemli bir malzeme yapar.

Galvanizleme

Galvanizleme, çelik malzemeleri korozyondan korumak amacıyla gerçekleştirilen kritik bir süreçtir. Bu işlem sırasında, yeni galvanizlenmiş çelik, çevresel faktörlerle etkileşime girerek çinko korozyon ürünlerini oluşturur. Havayla teması sonucu, çinko, oksijenle tepkimeye girerek son derece ince bir çinko oksit tabakası meydana getirir. Bu tabaka, nemin varlığında çinko hidroksite dönüşür. Ardından, çinko hidroksit, havadaki karbon dioksit ile tepkimeye girerek son ürün olan, stabil, ince ve yapışkan özelliklere sahip çinko karbonat filmi oluşturur. Bu süreç, çeliklerin korozyona uğrama hızını önemli ölçüde düşürür.

İlaç Endüstrisi

Çinko karbonat, ilaç endüstrisinde hayati bir öneme sahiptir. Özellikle solunum sistemlerinde, SO2 ve HCN gibi zararlı gazların arındırılmasında kullanılır. Bu uygulamada, tozun boyutu performansla doğrudan ilişkilidir; artan yüzey alanı, gazlarla daha fazla etkileşime olanak tanır. Bu sebeple, daha etkili bir etkileşim ve yüksek performans sağlamak amacıyla nano boyutlu partiküller bu alanda tercih edilir.

Tarım

Kimyasal gübrelerin düşük maliyeti ve kolay erişilebilirliği, dünya genelinde çiftçiler tarafından yoğun bir şekilde kullanılmasının temel nedenlerindendir. Çinko, bitkilerin büyüme ve gelişim süreçleri için zorunlu bir mikro besin elementidir. Yalnızca küçük miktarlarda ihtiyaç duyulsa da, biyolojik membranların yapısal bütünlüğünü koruma, protein sentezi ve gen ekspresyonu gibi hayati öneme sahip işlevlerde kritik roller üstlenir. Bu bağlamda, çinko, tarımsal üretkenliğin ve bitki sağlığının sürdürülmesinde önemli bir faktördür.

Bu bağlamda nanoteknolojinin mahsul korumada rolü nedir? Şimdi öğren.

Çinko karbonat bu alanların yanı sıra petrol endüstrisinde de Kükürt emici olarak kullanılmaktadır. Ayrıca antiseptik özelliklere sahip olması ilaç endüstrisinde de kullanılmasını mümkün kılmaktadır. Ayrıca çinko karbonatın güçlü beyaz pigmentasyonu vardır. Bu özelliğinden dolayı boya ve seramiklerde kullanılır.

Sonuç

Sonuç olarak, bir çinko cevheri olan çinko karbonat birçok uygulama için temel bir malzemedir. Kozmetik, tarım veya kauçuk üretimi gibi uygulama alanlarının artması nedeniyle çinko karbonata olan talep artmaktadır. Uygulama alanına, üretim ölçeğine veya yapısına bağlı olarak çinko karbonatın farklı sentez yolları bulunmaktadır. Çinko nano tozu kauçuk üretimi, solunum sistemleri veya kozmetik gibi bahsedilen uygulama alanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Tozun boyutu malzemenin performansını etkiler. Son olarak, büyüyen kozmetik, kauçuk ve tarım endüstrileri nedeniyle gelecekte çinko karbonat kullanımı artacak gibi görünüyor.

Biz, Nanografi olarak nanoteknoloji alanındaki tüm gelişmeleri takip ediyor ve geleceğin teknolojisinde yerimizi almak için her geçen gün daha çok çalışıyoruz.

Kaynakça

Dobrydnev, S. V., Molodtsova, M. Y., & Kizim, N. F. (2014). Synthesis and study of basic zinc carbonate. Russian Journal of Inorganic Chemistry, 59(8), 798–800. doi:10.1134/s0036023614080038

Güneş Koruyucu Ürünlerde Nanomalzeme Kullanımı - Nanografi Türkiye. (n.d.). Retrieved February 5, 2024, from https://shop.nanografi.com.tr/blografi/gunes-koruyucu-urunlerde-nanomalzeme-kullanimi/

Mahsul Korumada Nanoteknolojinin Rolü - Nanografi Türkiye. (n.d.). Retrieved February 5, 2024, from https://shop.nanografi.com.tr/blografi/mahsul-korumada-nanoteknolojinin-rolu-/

Microemulsion, Template-Assisted Synthesis. (n.d.). Retrieved February 5, 2024, from https://ebrary.net/191958/engineering/microemulsion

Pourmortazavi, S. M., Marashianpour, Z., Karimi, M. S., & Mohammad-Zadeh, M. (2015). Electrochemical synthesis and characterization of zinc carbonate and zinc oxide nanoparticles. Journal of Molecular Structure, 1099, 232–238. doi:10.1016/j.molstruc.2015.06.044

Prof. Dr. Bilsen Beşergil: Hidrotermal Sentez (hydrothermal synthesis). (n.d.). Retrieved February 5, 2024, from https://bilsenbesergil.blogspot.com/p/hidrotermal-sentez-hydrothermal.html

Reilly, C. (2008). The nutritional trace metals. S.l.: Wiley InterScience.

Shamsipur, M., Pourmortazavi, S. M., Hajimirsadeghi, S. S., Zahedi, M. M., & Rahimi-Nasrabadi, M. (2013). Facile synthesis of zinc carbonate and zinc oxide nanoparticles via direct carbonation and thermal decomposition. Ceramics International, 39(1), 819–827. doi:10.1016/j.ceramint.2012.07.003

Smithsonite - Wikipedia. (n.d.). Retrieved July 15, 2020, from https://en.wikipedia.org/wiki/Smithsonite

Xu, B., Peng, B., Cai, B., Wang, S., Wang, X., & Lv, X. (2016). Facile and Selective Synthesis of Imidazobenzimidazolesviaa Copper-Catalysed Domino Addition/Cycloisomerisation/ Coupling Process. Advanced Synthesis & Catalysis, 358(4), 653–660. doi:10.1002/adsc.201500455