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氧化鋅
難溶于水的氧化物
基本信息
| 中文名 | 氧化鋅 |
| 熔點(diǎn) | 1975 |
| 別名 | 鋅白 |
| 化學(xué)式 | ZnO |
| 摩爾質(zhì)量 | 81.39 |
展開(kāi)
發(fā)展簡(jiǎn)史
羅馬人早在公元前200年便學(xué)會(huì)用銅和含氧化鋅的鋅礦石反應(yīng)制作黃銅。氧化鋅在豎爐中化作鋅蒸汽，滾進(jìn)煙道發(fā)生反應(yīng)。迪奧斯科里季斯同樣對(duì)此有所介紹。
公元12世紀(jì)起，印度人認(rèn)識(shí)了鋅和鋅礦，并開(kāi)始用原始的方式冶鋅。冶鋅技術(shù)在17世紀(jì)傳入中國(guó)。1743年，英國(guó)布里斯托爾建立了歐洲第一個(gè)鋅冶煉工廠。
氧化鋅的另一主要用途是用作涂料，1834年，首次成為水彩顏料，但其難溶于油。不過(guò)很快問(wèn)題就由新的氧化鋅生產(chǎn)工藝解決。1845年，勒克萊爾開(kāi)始在巴黎大規(guī)模生產(chǎn)鋅白油畫(huà)顏料，到1850年，氧化鋅在整個(gè)歐洲流行開(kāi)來(lái)。氧化鋅的純凈度很高，以至于在19世紀(jì)末， 一些藝術(shù)家在畫(huà)上涂滿(mǎn)鋅白作為底色，然而這些畫(huà)作經(jīng)過(guò)百年后都出現(xiàn)了裂紋。
在20世紀(jì)后半期，氧化鋅多用在橡膠工業(yè)。在20世紀(jì)70年代，氧化鋅的第二大用途是復(fù)印紙?zhí)砑觿?1世紀(jì)氧化鋅作復(fù)印紙?zhí)砑觿┑淖龇ㄒ呀?jīng)被淘汰。
島根大學(xué)中村守彥教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組合成了直徑約10納米的氧化鋅微粒，并通過(guò)特殊處理使微粒具備熒光物質(zhì)的特性。這種納米粒子發(fā)光比較穩(wěn)定，發(fā)光時(shí)間可持續(xù)24小時(shí)以上，但生產(chǎn)成本不到綠色熒光蛋白的百分之一。
2008年11月1日至15日，研究人員給實(shí)驗(yàn)鼠喂食結(jié)合了這種粒子的蛋白質(zhì)，成功拍攝到粒子在實(shí)驗(yàn)鼠體內(nèi)發(fā)光的影像。
日本島根大學(xué)2008年11月18日宣布開(kāi)發(fā)出一種在光線照射下能發(fā)出熒光的氧化鋅納米粒子，其發(fā)光穩(wěn)定且安全，可應(yīng)用于尖端醫(yī)療領(lǐng)域。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
外觀和性狀：白色粉末或六角晶系結(jié)晶體。無(wú)嗅無(wú)味，無(wú)砂性。受熱變?yōu)辄S色，冷卻后重又變?yōu)榘咨訜嶂?800℃時(shí)升華。遮蓋力是二氧化鈦和硫化鋅的一半。著色力是堿式碳酸鉛的2倍。
化學(xué)性質(zhì)
防曬機(jī)理
氧化鋅是一種重要而且使用廣泛的物理防曬劑，屏蔽紫外線的原理為吸收和散射。氧化鋅屬于N型半導(dǎo)體，價(jià)帶上的電子可以接受紫外線中的能量發(fā)生躍遷，這也是它們吸收紫外線的原理。而散射紫外線的功能就和材料的粒徑相關(guān)，當(dāng)尺寸遠(yuǎn)小于紫外線的波長(zhǎng)時(shí)，粒子就可以將作用在其上的紫外線向各個(gè)方向散射，從而減小照射方向的紫外線強(qiáng)度。此外，如果這原料的粒徑過(guò)大，涂在皮膚上會(huì)出現(xiàn)不自然的白化現(xiàn)象。因此納米級(jí)微粒與通常尺寸相比有著顯著的優(yōu)勢(shì)。
納米氧化鋅是穩(wěn)定的化合物，可以提供廣譜的紫外保護(hù)（UVA和UVB），同時(shí)還有抗菌和抗炎的作用，幾乎在各國(guó)對(duì)防曬劑的評(píng)價(jià)中都是目前為止最安全有效的成分。但它們特別小的尺寸，使得它們有更高的化學(xué)活性，也可能被人體吸收，從而對(duì)人體和環(huán)境有著潛在的危害，因此對(duì)于納米級(jí)氧化鋅的使用還存在著很大的爭(zhēng)議。比如歐盟在2004年的時(shí)候說(shuō)納米氧化鋅會(huì)被吸收，而且可能會(huì)引起DNA損傷。澳大利亞在2006年一份綜述中稱(chēng)不認(rèn)為納米粒子在皮膚中有吸收。而美國(guó)DNA1999年批準(zhǔn)氧化鋅的使用，但認(rèn)為納米氧化鋅存在安全問(wèn)題而不允許使用，而在2006年批準(zhǔn)納米氧化鋅作為一個(gè)新的有效成分。
納米微粒最令人擔(dān)憂(yōu)的地方就是它會(huì)釋放出自由基，這會(huì)增加氧化壓力，從而損傷體內(nèi)的蛋白、酯類(lèi)和DNA。鈦產(chǎn)生的氫氧自由基可能會(huì)對(duì)DNA和細(xì)胞產(chǎn)生損傷，鋅產(chǎn)生氫氧自由基可能會(huì)損害皮膚中的DNA和細(xì)胞結(jié)構(gòu)。另外，當(dāng)你抹了防曬霜洗臉或是游泳，又或者是使用帶防曬系數(shù)的唇膏，就存在著很大的可能將其中含有的納米級(jí)的防曬劑直接通過(guò)吃下去，這樣人體是可以直接吸收的。有研究表明腸子能夠吸收二氧化鈦粒子的直徑在150-500nm（略高于納米水平，相當(dāng)于微米粒子，這種尺寸的粒子防曬劑中也有使用），隨后這些粒子還可以到達(dá)肝臟和脾臟。關(guān)于納米粒子是否能通過(guò)皮膚直接進(jìn)入血液還存在爭(zhēng)議。通過(guò)在動(dòng)物和人手上的實(shí)驗(yàn)表明，納米氧化鋅有1.5-2.3%的吸收。但也有人認(rèn)為人手上的皮膚遠(yuǎn)比嘴唇、眼瞼、大腿內(nèi)側(cè)、腋下等地方要厚實(shí)的多，而且如果皮膚破損處的吸收狀況也會(huì)不同，很快下結(jié)論這種粒子幾乎零吸收是過(guò)于草率的，缺乏更多的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。
應(yīng)用領(lǐng)域
2、在化肥工業(yè)中對(duì)原料氣作精脫硫用
7、用于塑料行業(yè)、防曬化妝品系列產(chǎn)品、特殊陶瓷制品、特種功能涂料以及紡織衛(wèi)生加工等
9、用作收斂藥，用于制軟膏或橡皮膏
10、用作白色顏料，用于印染、造紙、火柴及醫(yī)藥工業(yè)。在橡膠工業(yè)中用作天然橡膠、合成橡膠及乳膠的硫化活性劑、補(bǔ)強(qiáng)劑及著色劑。也用于顏料鋅鉻黃、醋酸鋅、碳酸鋅、氯化鋅等的制造。此外還用于電子激光材料、熒光粉、飼料添加劑、催化劑、磁性材料制造飼料添加劑在飼料加工中作鋅的補(bǔ)充劑。
11、無(wú)機(jī)白色顏料。著色力不及二氧化鈦及立德粉。廣泛用于ABS樹(shù)脂、聚苯乙烯、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、氨基樹(shù)脂和聚氯乙烯及油漆和油墨的著色。另外，在橡膠工業(yè)也可用作橡膠的硫化活性劑、補(bǔ)強(qiáng)劑和著色劑。還用于漆布、化妝品、搪瓷、紙張、皮革、火柴、電纜等的生產(chǎn)。也可用于印染、玻璃工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)等。也用作合成氨的脫硫劑。還用作電子激光材料、熒光粉、飼料添加劑、磁性材料制造等。
12、營(yíng)養(yǎng)增補(bǔ)劑（鋅強(qiáng)化劑）。
13、氧化鋅是飼料營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化劑。
14、主要用作橡膠或電纜的補(bǔ)強(qiáng)劑，以使橡膠具有良好的耐腐蝕性，抗撕裂性和彈性。也用作天然橡膠的硫化活化劑，白色橡膠的著色劑和填料，氯丁橡膠的硫化劑。顆粒細(xì)小者（粒徑0.1μm左右）可用作聚烯烴或聚氯乙烯等塑料的光穩(wěn)定劑。
15、用于合成氨原料氣的脫硫。
16、用作油漆的顏料和橡膠的填充料， 醫(yī)藥上用于制軟膏、鋅糊、橡皮膏等。
17、適用于在飼料加工中作鋅的補(bǔ)充劑。
18、主要用作白色顏料，橡膠硫化活性劑、補(bǔ)強(qiáng)劑，有機(jī)合成催化劑、脫硫劑。
19、用于合成氨、石油、天然氣化工原料氣的脫硫。
20、用作分析試劑、基準(zhǔn)試劑、熒光劑和光敏材料的基質(zhì)。
21、主要用于橡膠或電纜工業(yè)作補(bǔ)強(qiáng)劑和活性劑，也作白色膠的著色劑和填充劑，在氯丁橡膠中用作硫化劑等。
22、日本島根大學(xué)開(kāi)發(fā)發(fā)光氧化鋅納米粒子。氧化鋅常被用于生產(chǎn)嬰兒爽身粉等產(chǎn)品，是一種無(wú)毒的無(wú)機(jī)物，人體不會(huì)對(duì)其產(chǎn)生排異反應(yīng)，因而安全性高。此外，氧化鋅納米粒子的體積小，具有不妨礙細(xì)胞活動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。
毒理數(shù)據(jù)
制備方法
一、直接法：
3、由粗氧化鋅冶煉成鋅，再經(jīng)高溫空氣氧化而成。
4、由熔融鋅氧化而得。
二、間接法。反應(yīng)方程式：2Zn+O2=2ZnO
操作方法：將電解法制得的鋅錠加熱至600～700℃熔融后，置于耐高溫坩堝內(nèi)，使之1250～1300℃高溫下熔融氣化，導(dǎo)入熱空氣進(jìn)行氧化，生成的氧化鋅經(jīng)冷卻、旋風(fēng)分離，將細(xì)粒子用布袋捕集，即制得氧化鋅成品。
直接法。反應(yīng)方程式：
C+O2=CO2
CO2+C=2CO
ZnO+CO=Zn（蒸氣）+CO2
Zn（蒸氣）+CO+O2=ZnO+CO2
操作方法：將焙燒鋅礦粉（或含鋅物料）與無(wú)煙煤（或焦炭悄）、石灰石按1：0.5：0.05比例配制成球。在1300℃經(jīng)還原冶煉，礦粉中氧化鋅被還原成鋅蒸氣，再通入空氣進(jìn)行氧化，生成的氧化鋅經(jīng)捕集，制得氧化鋅成品。
以碳酸鋅為原料，經(jīng)水洗、干燥、煅燒、粉碎制得產(chǎn)品氧化鋅。ZnCO3→ZnO+CO2↑
以氫氧化鋅為原料，經(jīng)水洗沉淀、干燥、煅燒、冷卻、粉碎制得產(chǎn)品氧化鋅。Zn（OH）2→ZnO+H2O
安全措施
眼睛防護(hù)：必要時(shí)可采用安全面罩。
防護(hù)服：穿緊袖工作服，長(zhǎng)筒膠鞋。
手防護(hù)：戴防護(hù)手套。
侵入途徑：吸入、食入。
滅火方法：不燃。火聲周?chē)捎玫臏缁鸾橘|(zhì)。
其它：工作現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁吸煙、進(jìn)食和飲水。工作后，淋浴更衣。注意個(gè)人清潔衛(wèi)生。
注意事項(xiàng)
泄漏處理
隔離泄漏污染區(qū)，周?chē)O(shè)警告標(biāo)志，建議應(yīng)急處理人員戴好口罩、護(hù)目鏡，穿工作服。小心掃起，避免揚(yáng)塵，倒至空曠地方深埋。也可以用大量水沖洗，經(jīng)稀釋的洗水放入廢水系統(tǒng)。如大量泄漏，收集回收或無(wú)害處理后廢棄。
皮膚接觸：用肥皂水及清水徹底沖洗。就醫(yī)。
眼睛接觸：拉開(kāi)眼瞼，用流動(dòng)清水沖洗15分鐘。就醫(yī)。
吸入：脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新鮮處。就醫(yī)。
食入：誤服者，口服牛奶、豆?jié){或蛋清，洗胃。就醫(yī)。
急性毒性LD50：7950mg/kg（小鼠經(jīng)口）
燃燒（分解）產(chǎn)物：自然分解產(chǎn)物未知。
運(yùn)輸注意事項(xiàng)：起運(yùn)時(shí)包裝要完整，裝載應(yīng)穩(wěn)妥。運(yùn)輸過(guò)程中要確保容器不泄漏、不倒塌、不墜落、不損壞。嚴(yán)禁與氧化劑等混裝混運(yùn)。運(yùn)輸途中應(yīng)防曝曬、雨淋，防高溫。
儲(chǔ)存事宜
儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源。應(yīng)與氧化劑分開(kāi)存放，切忌混儲(chǔ)。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有合適的材料收容泄漏物。
安全術(shù)語(yǔ)
S60：該物質(zhì)及其容器須作為危險(xiǎn)性廢料處置。（This material and its container must be disposed of as hazardous waste.）
S61：避免釋放至環(huán)境中。參考特別說(shuō)明/安全數(shù)據(jù)說(shuō)明書(shū)。（Avoid release to the environment. Refer to special instructions / safety data sheets.）
風(fēng)險(xiǎn)術(shù)語(yǔ)
R50/53：對(duì)水生生物有極高毒性，可能對(duì)水體環(huán)境產(chǎn)生長(zhǎng)期不良影響。（Very toxic to aquatic organisms， may cause long-term adverse effects in the aquatic environment.）
法規(guī)信息
化學(xué)品分類(lèi)和危險(xiǎn)性公示通則（2009年05月21日發(fā)布），原化學(xué)工業(yè)部、國(guó)務(wù)院經(jīng)貿(mào)辦《關(guān)于印發(fā)化學(xué)危險(xiǎn)物品安全管理條例實(shí)施細(xì)則>的通知》（化勞發(fā)[1992]677號(hào)），勞動(dòng)部、化學(xué)工業(yè)部關(guān)于頒發(fā)《工作場(chǎng)所安全使用化學(xué)品規(guī)定》的通知“勞部發(fā)（1996）423號(hào)”等法規(guī)，針對(duì)化學(xué)危險(xiǎn)品的安全使用、生產(chǎn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸、裝卸等方面均作了相應(yīng)規(guī)定。
相關(guān)實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)：氧化鋅的測(cè)定。
應(yīng)用范圍/：該方法采用滴定法測(cè)定氧化鋅的含量，該方法適用于氧化鋅。
實(shí)驗(yàn)原理：供試品加稀鹽酸使溶解，加0.025%甲基紅的乙醇溶液及氨試液，加氨-氯化銨緩沖液（pH值10.0）與鉻黑T指示劑，用乙二胺四醋酸二鈉滴定液（含量0.05mol/L）滴定至溶液由紫色轉(zhuǎn)變?yōu)榧兯{(lán)色。讀出乙二胺四醋酸二鈉滴定液使用量，計(jì)算氧化鋅的含量。
實(shí)驗(yàn)試劑：
1. 水（新沸放置至室溫）。
2. 乙二胺四醋酸二鈉滴定液（0.05mol/L）。
3. 基準(zhǔn)氧化鋅。
4. 稀鹽酸。
5. 甲基紅的乙醇溶液（0.025%）。
6. 氨試液。
7. 鉻黑T指示劑。
8. 氨-氯化銨緩沖液（pH10.0）。
實(shí)驗(yàn)制備：
1.乙二胺四醋酸二鈉滴定液（0.05mol/L）。
配制：取乙二胺四醋酸二鈉19g，加新沸過(guò)的冷水使成1000mL，搖勻。
標(biāo)定：取于800℃灼燒至恒重的基準(zhǔn)氧化鋅0.12g，精密稱(chēng)定，加稀鹽酸3mL使溶解，加水25mL，加0.025%甲基紅的乙醇溶液1滴，滴加氨試液至溶液顯微黃色，加水25mL與氨-氯化銨緩沖液（pH10.0）10mL，再加鉻黑T指示劑少量，用該液滴定至溶液由紫色變?yōu)榧兯{(lán)色，并將滴定結(jié)果用空白試驗(yàn)校正。每1mL乙二胺四醋酸二鈉滴定液（0.05mol/L）相當(dāng)于4.069mg的氧化鋅。根據(jù)該液的消耗量與氧化鋅的取用量，算出該液的濃度。
貯藏：置玻璃塞瓶中，避免與橡皮塞、橡皮管等接觸。
3. 氨試液：取濃氨溶液400mL，加水使成1000mL，即得。
5. 氨-氯化銨緩沖液（pH10.0）：取氯化銨5.4g，加水20mL溶解后，加濃氨溶液35mL，再加水稀釋至100mL，即得。
實(shí)驗(yàn)步驟：精密稱(chēng)取供試品約0.1g，加稀鹽酸2mL使溶解，加水為25mL，加0.025%甲基紅乙醇溶液1滴，滴加氨試液到溶液顯微黃色，加水25mL、氨-氯化銨緩沖液（pH值10.0）10mL與鉻黑T指示劑少許，用乙二胺四醋酸二鈉滴定液（0.05mol/L）滴定至溶液由紫色轉(zhuǎn)變?yōu)榧兯{(lán)色。記錄消耗乙二胺四醋酸二鈉滴定液的體積數(shù)（mL），每1mL乙二胺四醋酸二鈉滴定液（0.05mol/L）相當(dāng)4.069mg的ZnO。
注1：“精密稱(chēng)取”系指稱(chēng)取重量應(yīng)準(zhǔn)確至所稱(chēng)取重量的千分之一，“精密量取”系指量取體積的準(zhǔn)確度應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)該體積移液管的精度要求。
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