氧化锌 编辑

无机化合物
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,是一种无机化合物化学式为ZNO,是锌的一种氧化物,不溶于乙醇,溶于酸、氧化溶液、氯化,是一种常用的化学添加剂,广泛地应用于塑料、硅酸盐制品、合成橡胶、润滑油、油漆涂料、药膏、粘合剂、食品、电池、阻燃剂产品的制作中。氧化锌的能带隙和激子束缚能较大,透明度高,有优异的常温发光性能,在半导体领域的液晶显示器、薄膜晶体管、发光二极管等产品中均有应用。此外,微颗粒的氧化锌作为一种纳米材料也开始在相关领域发挥作用

基本信息

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中文名:氧化锌

外文名:Zinc oxide

化学式:ZnO

分子:81.39

CAS登录号:1314-13-2

EINECS登录号:215-222-5

熔点:1975 ℃

沸点:2360 ℃

水溶性:不溶

密度:5.6 g/cm³

外观:白色粉末

安全性描述:S7/9;S60;S61

危险性符号:N

危险性描述:R50/53

UN危险货物编号:3077

发展简史

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人类很早便学会了使用氧化锌作涂料或外用医药,但人类发现氧化锌的历史已经很难追溯。

罗马人早在公元前200年便学会用和含氧化锌的锌矿石反应制作黄铜。氧化锌在竖炉中化作锌蒸汽,滚进烟道发生反应。迪奥斯科里季斯同样对此有所介绍。

公元12世纪起,印度人认识了锌和锌矿,并开始用原始的方式冶锌。冶锌技术在17世纪传入中国。1743年,英国布里斯托尔建立了欧洲第一个锌冶炼工厂。

氧化锌的另一主要用途是用作涂料,1834年,首次成为水彩颜料,但其难溶于油。不过很快问题就由新的氧化锌生产工艺解决。1845年,勒克莱尔开始在巴黎大规模生产锌白油画颜料,到1850年,氧化锌在整个欧洲流行开来。氧化锌的纯净度很高,以至于在19世纪末, 一些艺术家在画上涂满锌白作为底色,然而这些画作经过百年后都出现了裂纹。

在20世纪后半期,氧化锌用在橡胶工业。在20世纪70年代,氧化锌的第二大用途是复印纸添加剂,但在21世纪氧化锌作复印纸添加剂的做法已经被淘汰。

岛根大学中村守彦教授领导的研究小组合成了直径约10纳米的氧化锌微粒,并通过特殊处理使微粒具备荧光物质的特性。这种纳米粒子发光比较稳定,发光时间可持续24小时以上,但生产成本不到绿色荧光蛋白的百分之一。

2008年11月1日至15日,研究人员给实验鼠喂食结合了这种粒子的蛋白质,成拍摄到粒子在实验鼠体内发光的影像。

日本岛根大学2008年11月18日宣布开发出一种在光线照射下能发出荧光的氧化锌纳米粒子,其发光稳定且安全,可应用于尖端医疗领域。

理化性质

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物理性质

密度:5.6g/cm3

熔点:1975℃

沸点:2360℃

折射率:2.008~2.029

外观:白色粉末

溶解性:不溶于水、乙醇,溶于酸、氢氧化钠水溶液、氯化铵

化学性质

氧化锌是一种著名的白色的颜料,俗名叫锌白。它的优点是遇到H2S气体不变黑,因为ZnS也是白色的。在加热时,ZnO由白、浅黄逐步变为柠檬黄色,当冷却后黄色便退去,利用这一特性,把它掺入油漆或加入温度计中,做成变色油漆或变色温度计。因ZnO有收敛性和一定的杀菌能,在医药上常调制成软膏使用,ZnO还可用作催化剂。

化学反应式:跟NaOH反应:ZnO+2NaOH+H2O=Na2

计算化学数据

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疏水参数计算参考值(XlogP):无

氢键供体数量:0

氢键受体数量:1

可旋转化学键数量:0

变异构体数量:0

拓扑分子极性表面积:17.1

原子数量:2

表面电荷:0

复杂度:2

同位素原子数量:0

确定原子立构中数量:0

不确定原子立构中心数量:0

确定化学键立构中心数量:0

不确定化学键立构中心数量:0

共价键单元数量:1

应用领域

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1、在橡胶或电缆工业工业中用作天然橡胶、合成橡胶及乳胶的活性剂、补强剂及着色剂,以使橡胶具有良好的耐腐蚀性,抗撕裂性和弹性。白色胶的着色剂和填充剂,在氯丁橡胶中用作硫化剂,颗粒细小者(粒径0.1μm左右)可用作聚烯烃或聚氯乙烯等塑料的光稳定剂。

2、有机合成催化剂、脱硫剂,

3、在化肥工业中对原料气作精脱硫用,用于合成氨、石油、天然气化工原料气的脱硫,甲醇和制氢等工业原料气、油的深度脱硫净化过程,

4、用作分析试剂、基准试剂、荧光剂和光敏材料的基质

5、用于静电湿法复印、干法转印、激光传真通讯、电子计算机的静电记录及静电制版档

6、用于塑料行业、防晒化妆品系列产品、特殊陶瓷制品、特种功能涂料以及纺织卫生加工等

7、制药,用作收敛药,用于制软膏、锌糊、橡皮膏

8、用作白色颜料,着色力不及二氧化钛及立德粉。用于ABS树脂、聚苯乙烯、环氧树脂、酚醛树脂、氨基树脂和聚氯乙烯及油漆和油墨的着色。用于颜料锌铬黄、醋酸锌、酸锌、氯化锌等的制造。

9、电子激光材料、荧光粉、催化剂、磁性材料制造

10、还用于漆布、化妆品、搪瓷、皮革等的生产。

11、用于印染、造纸、火柴、医药工业、玻璃工业等。

12、氧化锌是饲料营养强化剂,适用于在饲料加工中作锌的补充剂。

防晒机理

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氧化锌是一种重要而且使用广泛的物理防晒剂,屏蔽紫外线的原理为吸收散射。氧化锌属于N型半导体,价带上的电子可以接受紫外线中的能量发生跃迁,这也是它们吸收紫外线的原理。而散射紫外线的功能就和材料的粒径相关,当尺寸远小于紫外线的波长时,粒子就可以将作用在其上的紫外线向各个方向散射,从而减小照射方向的紫外线强度。此外,如果这原料的粒径过大,涂在皮肤上会出现不自然的白化现象。因此纳米级微粒与通常尺寸相比有着显着的优势。

纳米氧化锌是稳定的化合物,可以提供广谱的紫外保护(UVAUVB),同时还有抗菌和抗炎的作用,几乎在各国对防晒剂的评价中都是最安全有效的成分。但它们特别小的尺寸,使得它们有更高的化学活性,也可能被人体吸收,从而对人体和环境有着潜在的危害,因此对于纳米级氧化锌的使用还存在着很大的争议。比如欧盟在2004年的时候说纳米氧化锌会被吸收,而且可能会引起DNA损伤澳大利亚在2006年一份综述中称不认为纳米粒子在皮肤中有吸收。而美国DNA1999年批准氧化锌的使用,但认为纳米氧化锌存在安全问题而不允许使用,而在2006年批准纳米氧化锌作为一个新的有效成分

纳米微粒最令人担忧的地方就是它会释放自由基,这会增加氧化力,从而损伤体内的蛋白、酯类和DNA。钛产生的氢氧自由基可能会对DNA和细胞产生损伤,锌产生氢氧自由基可能会损害皮肤中的DNA和细胞结构。另外,当你抹了防晒霜洗脸或是游泳,又或者是使用带防晒系数的唇膏,就存在着很大的可能将其中含有的纳米级的防晒剂直接通过吃下去,这样人体是可以直接吸收的。有研究表明肠子能够吸收二氧化钛粒子的直径在150-500nm(略高于纳米水平,相当于微米粒子,这种尺寸的粒子防晒剂中也有使用),随后这些粒子还可以到达脏和脏。关于纳米粒子是否能通过皮肤直接进入血液还存在争议。通过在动物和人手上的实验表明,纳米氧化锌有1.5-2.3%的吸收。但也有人认为人手上的皮肤远比嘴唇、眼睑、大腿内侧、腋下等地方要厚实的多,而且如果皮肤破损处的吸收状况也会不同,很快下结论这种粒子几乎零吸收是过于草率的,缺乏更多的实验证据。

药典信息

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来源

本品按炽灼至恒重后计算,含ZnO不得少于99.0%。

性状

本品为白色至极微黄白色的无砂性细微粉末,无臭,在空气中能缓缓吸收二氧化碳

本品在水或乙醇中不溶,在稀酸中溶解。

鉴别

1、取本品,加强热,即变成黄色,放冷,黄色即消失。

2、本品的稀盐酸溶液显锌盐的鉴别反应(通则0301)。

检查

碱度

取本品1.0g,加新沸的热水10mL,振摇5分钟,放冷,滤过,滤液加酚酞指示液2滴,如显粉红色,加盐酸滴定液(0.1mol/L)0.10mL,粉红色应消失。

硫酸盐

取本品1.0g,加稀盐酸适量使溶解,依法检查(通则0802),与标准硫酸钾溶液0.5mL制成的对照液比较,不得更深(0.005%)。

碳酸盐与酸中不溶物

取本品2.0g,加水10mL混合后,加稀硫酸30mL,置水浴上加热,不得发生气泡,搅拌后,溶液应澄清。

炽灼失重

取本品约1.0g,精密称定,在800℃炽灼至恒重,减失重量不得过1.0%。

取本品0.40g,加稀盐酸8mL、水15mL与硝酸2滴,煮沸5分钟使溶解,放冷,加水适量使成50mL,混匀后,取出25mL,加水10mL,依法检查(通则0807),与标准铁溶液1.0mL制成的对照液比较 ,不得更深(0.005%)。

铅盐

取本品2.0g,加水20mL搅匀后,加冰醋酸5mL,置水浴上加热溶解后,放冷,滤过,滤液加铬酸钾指示液5滴,不得发生浑浊。

砷盐

取本品1.0g,加盐酸5mL与水23mL使溶解,依法检查(通则0822第一法),应符合规定(0.0002%)。

含量测定

取本品约0.1g,精密称定,加稀盐酸2mL使溶解,加水25mL,加0.025%甲基红的乙醇溶液1滴,滴加氨试液至溶液显微黄色,加水25mL、氨-氯化铵缓冲液(pH10.0)10mL与铭黑T指示剂少许,用乙二胺四醋酸二钠滴定液(0.05mol/L)滴定至溶液由紫色转变为纯蓝色。每1mL乙二胺四醋酸二钠滴定液(0.05mol/L)相当于4.069mg的ZnO。

类别

收敛药。

贮藏

密封保存。

制剂

氧化锌软膏。

毒理数据

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大鼠腹腔注射LD50:240mg/kg。有毒。中毒者会出现食欲不佳、烦渴、疲倦等许多症状,重者会出现间质水肿肺泡上皮破坏。

吸入氧化锌烟尘4~8h后,可出现金属烟热。

中毒者会出现食欲不佳、烦渴、疲倦、胸闷压痛嗜睡干咳、并会出现体温升高、瞳孔扩大、结膜及部、面部充血、尿,有时还出现肝大。重者出现肺间质水肿,肺泡上皮破坏。

制备方法

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直接法

1、由碳酸锌煅烧而得。 ZnCO3=ZnO+CO2↑

2、由氢氧化锌煅烧分解而得。

3、由粗氧化锌冶炼成锌,再经高温空气氧化而成。

4、由熔融锌氧化而得。

5、采用的方法有经锌锭为原料的间接法(也称法国法),以锌矿石为原料的直接法(也称美国法)和湿法三种。

间接法

反应方程式:2Zn+O2=2ZnO

操作方法:将电解法制得的锌锭加热至600~700℃熔融后,置于耐高温坩埚内,使之1250~1300℃高温下熔融气化,导入热空气进行氧化,生成的氧化锌经冷却、旋风分离,将细粒子用布袋捕集,即制得氧化锌成品。

直接法。反应方程式:

C+O2=CO2

CO2+C=2CO

ZnO+CO=Zn(蒸气)+CO2

Zn(蒸气)+CO+O2=ZnO+CO2

操作方法:将焙烧锌矿粉(或含锌物料)与无烟煤(或焦炭悄)、石灰石按1:0.5:0.05比例配制成球。在1300℃经还原冶炼,矿粉中氧化锌被还原成锌蒸气,再通入空气进行氧化,生成的氧化锌经捕集,制得氧化锌成品。

湿法

用锌灰与硫酸反应生成硫酸锌,再将其分别与碳酸钠氨水反应,以制得的碳酸锌和氢氧化锌为原料制氧化锌。反应方程式如下:

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

ZnSO4+Na2CO3=ZnCO3↓+Na2SO4

ZnSO4+2NH3·H2O=Zn(OH)2↓+(NH4)2SO4

以碳酸锌为原料,经水洗、干燥、煅烧、粉碎制得产品氧化锌。ZnCO3→ZnO+CO2↑

以氢氧化锌为原料,经水洗沉淀、干燥、煅烧、冷却、粉碎制得产品氧化锌。Zn(OH)2→ZnO+H2O

防护措施

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呼吸系统防护:作业工人建议佩戴防尘口罩。

眼睛防护:必要时可采用安全面罩。

防护服:穿紧袖工作服,长筒胶鞋。

手防护:戴防护手套。

泄漏应急处理

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隔离泄漏污染区,周围设警告标志,建议应急处理人员戴好口罩、护目镜,穿工作服。小心扫起,避免扬尘,倒至空旷地方深埋。也可以用大量水冲洗,经稀释的洗水放入废水系统。如大量泄漏,收集回收或无害处理后废弃。

急救措施

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皮肤接触:用肥皂水及清水彻底冲洗。就医。

眼睛接触:拉开眼睑,用流动清水冲洗15分钟。就医。

吸入:脱离现场至空气新鲜处。就医。

食入:误服者,口服牛奶豆浆或蛋清,洗。就医。

安全信息

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安全术语

S7/9:Keep container tightly closed and in a well-ventilated place

保持容器严格密闭,置于通风良好的场所。

S60:This material and its container must be disposed of as hazardous waste.

该物质及其容器须作为危险性废料处置。

S61:Avoid release to the environment. Refer to special instruCTions / safety DAta sheets.

避免释放至环境中。参考特别说明/安全数据说明书。

风险术语

R50/53:Very toxic to aquatic organisms, may cause long-term adverse effECTs in the aquatic environment.

对水生生物有极高毒性,可能对水体环境产生长期不良影响。