Dizionario di Chimica e di Chimica Industriale

Z

Zama - Zyklon

 

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ZAMA

Il nome deriva da  Zinco,  Alluminio,   Magnesio. Si tratta di un gruppo di leghe a elevato tenore di zinco, che deve essere puro al 99,99%, contenenti in proporzioni variabili alluminio, rame e magnesio. Sono utilizzate, dopo pressofusione, per rubinetterie, maniglie, corpi di pompe e di carburatori.

ZEEMAN (effetto)
Effetto magneto-ottico per cui le righe di uno spettro di emissione di un gas eccitato aumentano di numero in presenza di un campo magnetico.

ZEOLITE
Materiale cristallino, naturale o di sintesi, con porosità controllata, data da un sistema di canali mono-, bi- o tridimensionali. Le zeoliti sono definite anche come dei setacci molecolari, poichè le dimensioni dei canali permettono l'entrata solo alle molecole aventi un diametro più piccolo di quello dei pori. Zeoliti sintetiche trovano importante applicazione in catalisi, in quanto all'interno dei canali possono essere contenuti i siti catalitici. Zeoliti naturali sono importanti in detergenza, dove agiscono come sequestranti nei confronti del calcio.

ZINCO 

Metallo bianco bluastro, poco alterabile all'aria, che può essere lucidato. Chimica. Lo  zinco è l'elemento chimico di numero atomico 30 e di peso atomico 65,37, di simbolo Zn. È fragile a freddo, ma diviene malleabile e duttile fra i 100 °C e i 150 °C. Fonde a 419,5 °C e bolle a 906 °C; ha densità 7,14. Inalterabile a freddo in aria secca, all'aria umida si ricopre di un leggero strato di idrogenocarbonato che ne fa incupire il colore e lo protegge da un'ossidazione più profonda. Al calor rosso brucia con fiamma verde dando l'ossido ZnO. È riducente e decompone il vapore acqueo. Lo zinco comune viene facilmente attaccato, a causa delle impurezze che contiene, dagli acidi diluiti, con generazione di idrogeno e di sale di zinco. Precipita i metalli più nobili, come rame, piombo, argento, ecc. dalle loro soluzioni saline. Viene attaccato dalle soluzioni bollenti di idrossidi alcalini dando zincato solubile e idrogeno. Fra i suoi composti citiamo: l'ossido ZnO ottenuto per combustione del vapore di zinco. È una polvere bianca usata in pittura col nome di bianco di zinco o di bianco neve; non è tossico e non annerisce a contatto con l'idrogeno solforato. Il solfuro ZnS, che costituisce la blenda naturale, è bianco. La varietà cristallina è fosforescente alla luce o in presenza di sostanze radioattive. Il solfato ZnSO4, ottenuto per azione dell'acido solforico sul metallo, cristallizza con sette molecole di acqua (vetriolo bianco). È un disinfettante. I sali di zinco sono incolori o bianchi. Le loro soluzioni forniscono con gli alcali un precipitato bianco di idrossido, solubile in un eccesso di reattivo. Il solfuro di ammonio produce un precipitato di solfuro bianco. Derivati organometallici. I primi derivati organici dello zinco, come il dimetilzinco e il dietilzinco, vennero ottenuti nel 1849 da Frankland. Si conoscono gli zincoalchili del tipo ZnR2, in cui R è un residuo idrocarburico e gli alogenuri di alchil- o arilzinco, come gli ioduri di alchilzinco R—ZnI. Gli zincoalchili sono liquidi di odore sgradevole, vescicanti; sono in generale molto facilmente infiammabili all'aria e possono essere manipolati solo in una corrente di gas inerti, come l'azoto. Vengono preparati facendo reagire lo zinco, puro o in lega, con uno ioduro alchilico. Lo ioduro di alchilzinco, che si forma come intermedio, si decompone, per aumento della temperatura, nello zincoalchile generando ioduro di zinco. Il dimetilzinco, di formula Zn(CH3)2, e il dietilzinco, di formula Zn(C2H5)2, bollono rispettivamente a 46 °C e a 118 °C. 

Metallurgia. Sembra che in Cina lo zinco fosse già noto dai tempi più antichi. In Europa leghe di zinco col rame (ottone, oricalco) furono usate antecedentemente al   I millennio a.C., ma lo zinco come elemento metallico fu preparato da Marggraf nel 1746. Il procedimento industriale di estrazione dello zinco dai suoi minerali ebbe inizio attorno al 1800 in Slesia. Per l'estrazione del metallo si sfruttano due gruppi di minerali: i minerali tipo calamina (metasilicato idrato di zinco) e i minerali tipo blenda(solfuro di zinco) nei quali il tenore di zinco è generalmente del 40- 50%. Essendo i minerali di zinco generalmente associati con minerali di piombo è necessario l'arricchimento preventivo del minerale che si effettua per separazione magnetica e flottazione. Per facilitare la separazione delle parti utili da quelle sterili si addiziona olio o acido solforico diluito che, attaccando superficialmente il minerale, provoca una liberazione di gas che favorisce la flottazione. A seconda dei paesi e della composizione dei minerali vengono seguiti due diversi processi di estrazione: 1. Processo termico. In una prima fase si ottiene ossido di zinco, per decomposizione del silicato (calamina) mediante riscaldamento a modesta temperatura, oppure per arrostimento della blenda a 900 ºC circa. Una successiva fase porta al metallo, per riduzione dell'ossido con carbone. L'operazione (attualmente eseguita in storte verticali o in forni a tino) deve essere compiuta a una temperatura superiore a quella di ebollizione dello zinco (906 °C) al fine di separare il metallo dalle impurezze per distillazione (salvo che dal cadmio, più volatile). Lo zinco viene raccolto allo stato liquido a una temperatura di 500 °C circa. La parte di zinco che verrebbe perduta per fughe di vapore viene recuperata in uno spegnitoio. Il metallo così ottenuto contiene, come impurezze principali, cadmio, piombo, rame, ferro. Esso viene affinato per rifusione in un forno a riverbero ottenendo una purezza del 99%; per successiva distillazione frazionata si raggiunge il 99,99%. 2. Processo per via umida. Il minerale (blenda) concentrato, finemente macinato e arrostito a bassa temperatura, viene immesso in una soluzione di acido solforico; mediante opportune reazioni chimiche vengono quindi eliminati il ferro, il cadmio e il rame. La soluzione purificata viene sottoposta all'elettrolisi con un anodo insolubile di piombo e un catodo costituito da una lastrina di alluminio. Lo zinco elettrolitico viene quindi separato dal supporto di alluminio e fuso in un forno a riverbero. Con tale metodo lo zinco ha una purezza del 99,995%.

Applicazioni. In  ragione della sua inalterabilità all'aria lo zinco è utilizzato in piastre o in fogli per la copertura di tetti; allo stato di fogli o di lamiere viene anche impiegato nelle arti grafiche e nelle pile a secco. Allo stato di getto fuso serve alla fabbricazione di oggetti vari che vengono poi rivestiti per galvanoplastica da una speciale lega che conferisce loro l'aspetto di bronzi d'arte. Lo zinco ha un'efficace azione protettiva sul ferro e sull'acciaio esposti in determinati ambienti, come acqua, vapore acqueo, sostanze organiche, solventi benzenici o clorati. Tale protezione viene realizzata mediante vari procedimenti.

Leghe dello zinco. Lo  zinco entra nella composizione di numerose leghe di rame: ottoni, bronzi speciali, maillechort. Lo zinco è il costituente principale delle leghe Zama.

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Fatti e dati dello zinco

 

 

ZIRCONIO

Lo zirconio è l'elemento di numero atomico 40, di peso atomico 91,22 e di simbolo Zr. Il suo ossido fu caratterizzato nel 1789 da Klaproth, e il metallo fu estratto nel 1824 da Berzelius. È un solido bianco-grigiastro, di densità 6,49, che fonde a 1852 ºC. Riscaldato all'aria, brucia con luce viva; si combina al rosso con l'idrogeno e l'azoto. Resiste all'attacco degli acidi e degli alcali. Il suo composto più importante è il biossido ZrO2, detto zirconia, che si ritrova in natura. È un solido bianco, ottimo refrattario, con punto di fusione prossimo ai 2.700 ºC. Per tale ragione viene impiegato per la fabbricazione di crogioli. Il biossido si combina con le basi per dare zirconati, come Na2ZrO3, e con gli acidi per dare sali di zirconio. Il fluoruro di zirconio ZrF4, che si ottiene per azione dell'acido fluoridrico sul biossido, può dare con i fluoruri metallici esafluorozirconati, come K2ZrF6. Il principale cloruro, ZrCl4, proviene dall'azione del cloro sul metallo. È un solido bianco, che si idrolizza al contatto dell'aria, con formazione di cloruro di zirconile ZrOCl2, composto cristallino. Il minerale più importante dello zirconio è lo zircone, silicato di formula ZrSiO4; esiste anche il biossido ZrO2 (baddeleyite). Lo zircone viene trasformato in esafluorozirconato di potassio, questo viene calcinato e il residuo, idrolizzato con acqua bollente, origina il biossido. Il metallo in polvere si prepara per riduzione del biossido con calcio e può essere agglomerato per sinterizzazione. In ragione del suo potere di assorbire i gas, lo zirconio è utilizzato puro come "getter" nelle valvole radio; in forma di sottili foglioline serve come filtro nei tubi di emissione dei raggi X. Costituisce infine le guaine di talune barre di elementi combustibili di pile atomiche, e spesso viene usato nei tubi elettronici a vuoto per eliminare tracce di gas come ossigeno e azoto. È inoltre impiegato in lega, sotto forma di ferro-zirconio o di ferro-silicio-zirconio al 13% di zirconio, per affinare i bagni di acciaio fuso. Essendo inalterabile all’azione degli agenti atmosferici, entra nella composizione di taluni acciai al nichelmanganese per lamiere da corazza e, con un tenore dello 0,3%, nella composizione di talune ghise, per affinarne la grana e accelerare la grafitizzazione del carbonio (ghise a grafite nodulare), nella composizione di leghe di magnesio per migliorarne le caratteristiche meccaniche, in particolare la resistenza allo scorrimento. Il biossido ha varie applicazioni come refrattario agli agenti chimici; viene anche usato come abrasivo. Il solfato di zirconio è dotato di proprietà concianti, sfruttate per poter ottenere un cuoio bianco, morbido e assai resistente.

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Fatti e dati dello zirconio

 

ZOLFO  

Elemento non metallico della famiglia dell'ossigeno. Chimica. Lo  zolfo è l'elemento chimico di numero atomico 16 e di peso atomico 32,064, di simbolo S. È un solido di color giallo limone, privo di odore e sapore di densità 2,07. È un cattivo conduttore del calore e dell'elettricità. Fonde a 119 °C formando un liquido giallo chiaro, che con l'aumentare della temperatura diventa più scuro e più viscoso; a 200 °C è nero e pastoso; a temperatura maggiore ritorna fluido pur restando nero; bolle a 444,6 °C. La densità del suo vapore varia con la temperatura. Il comportamento dello zolfo liquido e di quello gassoso si interpreta attribuendo allo zolfo appena al di sopra del punto di fusione una molecola ciclica costituita da otto atomi S8, indicata anche come Sm. All'aumentare della temperatura si formerebbero lunghe catene di atomi di zolfo, chiamate Sl, che giustificano sia l'elevata viscosità sia il forte assorbimento della luce. A 200 °C i polimeri hanno la loro massima lunghezza e, intrecciandosi, assorbono completamente le radiazioni. Al di sopra di tale temperatura le catene diventano sempre più corte e al punto di ebollizione il vapore è costituito da molecole S8; queste, all'aumentare della temperatura, diventano S6, poi S4 e infine S2. Anche allo stato solido si conoscono varie forme di zolfo. La forma stabile a temperatura ambiente è lo zolfo rombico o a- zolfo, di grandezza molecolare S8, le cui caratteristiche fisiche sono riportate sopra. È insolubile in acqua, poco solubile in benzene, molto solubile in solfuro di carbonio. Riscaldato lentamente, si trasforma a 95,5 °C nello zolfo monoclino o b-zolfo che si può ottenere anche facendo raffreddare lentamente lo zolfo fuso. Si presenta in aghi quasi incolori, di densità 1,96 e punto di fusione 119,3 °C. Raffreddando rapidamente lo zolfo fuso e vicino al punto di ebollizione, si ottiene una forma amorfa e plastica, detta g- zolfo, formata in parte da molecole S8(solubili in solfuro di carbonio) e da catene polimere (insolubili in solfuro di carbonio). Questa modificazione si trasforma in a- zolfo per lungo riposo. Raffreddando vapori di zolfo formati da molecole S2 con azoto liquido, cioè a ­195 °C, si ottiene il cosiddetto zolfo purpureo, instabile, che riscaldato a temperatura ambiente si trasforma in a-zolfo. Addizionando idrogeno solforato a una soluzione acquosa di biossido di zolfo, si ottiene il d-zolfo o zolfo colloidale, dispersione colloidale di zolfo in acqua, mentre il latte di zolfo, sospensione di zolfo in acqua, si prepara aggiungendo un acido minerale diluito a una soluzione di polisolfuro alcalino. 

Chimicamente lo zolfo presenta molte analogie con l'ossigeno, che può sostituire nei composti. Si unisce a caldo con l'idrogeno e con il carbonio per dar luogo rispettivamente al solfuro di idrogeno o idrogeno solforato H2S e al solfuro di carbonio CS2, di gran lunga meno stabili dell'acqua e del biossido di carbonio. I metalli bruciano nei vapori di zolfo, come nell'ossigeno, formando solfuri; così il miscuglio di limatura di ferro e di fiori di zolfo diventa incandescente quando viene appena riscaldato e si trasforma in solfuro FeS. Meno elettronegativo degli alogeni e dell'ossigeno, lo zolfo si combina direttamente con il fluoro, il cloro, il bromo, e brucia in aria con fiamma azzurra generando biossido di zolfo SO2. È di conseguenza un riducente. Gli alcali fusi lo trasformano in tiosolfato e polisolfuro, l'acido nitrico in acido solforico. con i clorati o con i nitrati forma miscele esplosive. Lo zolfo è un elemento diffuso in natura; si trova allo stato nativo in vicinanza degli antichi vulcani, in mezzo a strati di gesso o di calcare, soprattutto in Sicilia, nella Louisiana, nel Texas e in Giappone, dove esistono i maggiori giacimenti. Più spesso lo zolfo si ritrova combinato con vari metalli, come pirite FeS2, blenda ZnS e galena PbS. Come solfato si ritrova nello spato pesante BaSO4, infine come idrogeno solforato è presente nelle emanazioni vulcaniche, in alcuni gas naturali e in alcune acque, cui conferisce il caratteristico odore di uova marce, oltre che nel gas naturale e nel petrolio.

Estrazione e usi. I solfuri servono per ricavare i corrispondenti metalli e lo zolfo in essi contenuto viene trasformato in biossido e poi in acido solforico. Lo zolfo nativo si ottiene con metodi che consistono nel separarlo dalla ganga per fusione. In Sicilia e in Romagna si usarono per lungo tempo i calcaroni, forni scavati nel terreno, di solito in collina a mezza costa, a cielo aperto, in cui parte dello zolfo brucia formando biossido di zolfo e fornendo calore che fonde il rimanente, che cola in stampi. Verso la fine del   XIXsec. si diffusero i forni Gill, insieme di camere circolari in muratura, a funzionamento continuo, basate sullo stesso principio dei calcaroni, ma il cui rendimento era migliore. Lo zolfo fuso veniva poi purificato per distillazione ottenendo, per raffreddamento sotto i 100 °C, lo zolfo sublimato o fiori di zolfo, oppure, raffreddando a temperatura sopra i 119 °C, lo zolfo fuso, che si colava in lingottiere per ottenere zolfo in bastoni. L'ottenimento dello zolfo con i forni Gill presenta molti inconvenienti; a parte la dura necessità di ottenere il minerale per escavazione diretta, molto zolfo si disperde nell'atmosfera sotto forma di biossido, che è un potentissimo fitotossico. Nel Texas e in alcuni giacimenti della Louisiana, la natura impermeabile del terreno dei giacimenti e la disponibilità di grandi quantità di combustibile a basso prezzo permettono di usare un procedimento di estrazione del tutto diverso e molto più conveniente, che consiste nel fondere lo zolfo nel giacimento stesso. Si utilizza il processo Frasch, consistente nell'introdurre alla profondità dello strato di zolfo una sonda costituita da tre tubi concentrici; attraverso due di essi si invia aria compressa e vapor d'acqua surriscaldato; questo fonde lo zolfo che, per azione dell'aria, si sospende nell'acqua e risale nel terzo tubo. La necessità di non inquinare l'aria con prodotti solforati provenienti dalla lavorazione del petrolio, nei quali la presenza di zolfo è altamente nociva, ha creato una nuova fonte di zolfo. I gas contenenti zolfo vengono bruciati con grande eccesso di aria per ottenere biossido di zolfo, mentre una parte viene trasformata in idrogeno solforato. I due gas si introducono in torri da cui piove acqua, ottenendo zolfo colloidale. Per quanto la maggior parte dello zolfo venga utilizzato per produrre biossido e quindi acido solforico, esistono numerosi altri impieghi dell'elemento. Serve nella vulcanizzazione della gomma e per la produzione di ebanite; entra nella composizione di alcuni esplosivi e dei fiammiferi; in agricoltura è utilizzato come anticrittogamico.

Il biossido di zolfo SO2, detto anche anidride solforosa, conosciuto da lungo tempo, fu studiato da Stahl; la sua composizione in volumi venne stabilita per sintesi da Gay-Lussac. È un gas incolore, dall'odore soffocante e dal sapore acido, di densità 2,3. Bolle a ­10 °C e viene commerciato in bombole di acciaio o di alluminio. È molto solubile in acqua a 0 °C, ma si libera completamente come gas dalla soluzione acquosa a 100 °C. A temperatura molto elevata si dissocia in zolfo e ossigeno. Viene ridotto da pochi reagenti e non mantiene la combustione, però al calor rosso l'idrogeno, il fosforo e il carbonio possono ridurlo a zolfo. Riscaldato con ossigeno a contatto di un catalizzatore a base di platino, il biossido di zolfo si trasforma in triossido SO3; l'ossidazione è molto più facile in soluzione; ha luogo a freddo in presenza di aria e dà acido solforico. Su queste reazioni è fondata la preparazione industriale di questo importantissimo composto. Ne risulta che il biossido di zolfo, e più ancora la sua soluzione nella quale è presente come acido solforoso, sono energici riduttori che agiscono sulle soluzioni degli alogeni e dei loro ossidi, sull'acido nitrico, sui sali ferrici e sui sali dei metalli preziosi. Il biossido di zolfo riduce, trasformandoli in sostanze incolori, anche molti coloranti. Il biossido di zolfo è fra i costituenti delle emanazioni vulcaniche ed è presente nell'atmosfera delle città perché è uno dei prodotti di combustione del carbone e della nafta. Tra le principali conseguenze della sua eccessiva concentrazione c’è anche il fenomeno delle piogge acide, tristemente noto in molte città fortemente industrializzate. 

Lo zolfo è preparato industrialmente per combustione dello zolfo o per arrostimento dei solfuri metallici, in particolare della pirite. Questa, riscaldata a circa 600 °C in corrente d'aria, genera un miscuglio gassoso contenente l'8% di biossido di zolfo. Dal gas si eliminano le polveri e si fa assorbire il biossido di zolfo in acqua. La maggior parte del biossido preparato industrialmente viene trasformato in acido solforico; un'altra utilizzazione è la preparazione dei solfiti e dei tiosolfati. È usato in taluni tipi di macchine frigorifere perché ha un elevato calore di evaporazione; serve come candeggiante, specie della seta e della lana. Poiché è un antifermentativo, viene utilizzato per disinfettare le botti (solforazione) e, a ben fissate concentrazioni, come conservante di alimenti. Il triossido di zolfo o anidride solforica SO3, isolato da A. Bussy nel 1824, si presenta normalmente in cristalli trasparenti dall'aspetto setoso che fondono a 16,8 °C. In tal caso è un trimero, ma si conoscono due forme polimere cristalline; allo stato gassoso è un monomero. Per riscaldamento si dissocia in ossigeno e biossido. Avidissimo di acqua, si combina con essa violentemente dando acido solforico. È preparato industrialmente per ossidazione catalitica del biossido.

Petrolchimica. La  produzione di zolfo a partire dall'idrogeno solforato contenuto nel petrolio grezzo o nei gas naturali ha acquisito notevole importanza dopo la messa a punto di processi catalitici, che assicurano elevati rendimenti. Le rilevanti riserve mondiali di idrogeno solforato (solo quelle del Wyoming, negli Stati Uniti, sono stimate a 6 milioni e mezzo di t) e il basso costo dello zolfo così ottenuto hanno reso antieconomica l'escavazione del minerale. Tutti i processi di estrazione si basano sulla concentrazione dell'idrogeno solforato, per assorbimento su soluzioni di tioarseniato di sodio o di ortofosfato di potassio, con successivo recupero del reagente. Questo avviene rispettivamente per insufflazione d'aria, con produzione di zolfo elementare contenente molte impurezze, o con uno stripping in due stadi. La desolforazione di prodotti petroliferi col processo Girbotol utilizza invece una soluzione di etanolammina, che viene rigenerata in una colonna a parte. Per la conversione dell'idrogeno solforato in zolfo si usa ancora il processo scoperto da Claus nel 1883 e perfezionato da Baher nel 1937. L'idrogeno solforato viene bruciato in un forno con produzione di biossido di zolfo; la reazione è altamente esotermica e i fumi uscenti alla temperatura di 1.000 °C passano in uno scambiatore di calore per abbassarne la temperatura al valore optimum della reazione di conversione tra idrogeno solforato e biossido, ottenendo contemporaneamente produzione di vapore sufficiente al fabbisogno dell'intero impianto. La reazione

2 H2 S + SO2 D 3 S+2 H20+15.700 cal.

catalizzata da bauxite avviene in un reattore da cui il gas ricco di zolfo è inviato a una torre di lavaggio nella quale in controcorrente scorre zolfo liquido. Il rendimento del processo può raggiungere circa il 95%, con impurezze minori dello 0,03%.

 

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Fatti e dati dello zolfo

 

ZYKLON 

Denominazione corrente di un aggressivo chimico letale a base di esteri cianoformici, utilizzato dai Tedeschi durante la prima guerra mondiale e, in seguito, nei campi di sterminio nazisti.

 

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