Vật lý

Kẽm có màu trắng xanh, óng ánh và nghịch từ,[9] mặc dù hầu hết kẽm phẩm cấp thương mại có màu xám xỉn.[10] Phân bố tinh thể của kẽm loãng hơn sắt và có cấu trúc tinh thể sáu phương[11] với một kết cấu lục giác không đều, trong đó mỗi nguyên tử có sáu nguyên tử gần nhất (cách 265,9 pm) trong mặt phẳng riêng của chúng và sáu nguyên tử khác tại khoảng cách lớn hơn 290,6 pm.[12]

Kẽm kim loại cứng và giòn ở hầu hết cấp nhiệt độ nhưng trở nên dễ uốn từ 100 đến 150 °C.[9][10] Trên 210 °C, kim loại kẽm giòn trở lại và có thể được tán nhỏ bằng lực.[13] Kẽm dẫn điện khá.[9] So với các kim loại khác, kẽm có độ nóng chảy (419,5 °C, 787,1F) và điểm sôi (907 °C) tương đối thấp.[14] Điểm sôi của nó là một trong số những điểm sôi thấp nhất của các kim loại chuyển tiếp, chỉ cao hơn thủy ngân và cadmi.[14]

Một số hợp kim với kẽm như đồng thau, là hợp kim của kẽm và đồng. Các kim loại khác có thể tạo hợp kim 2 phần với kẽm như nhôm, antimon, bitmut, vàng, sắt, chì, thủy ngân, bạc, thiếc, magiê, coban, niken, telua và natri.[15] Tuy cả kẽm và zirconi không có tính sắt từ, nhưng hợp kim của chúng ZrZn2 lại thể hiện tính chất sắt từ dưới 35 K.[9]

Phân bố

Kẽm chiếm khoảng 75 ppm (0,0075%) trong vỏ Trái Đất, là nguyên tố phổ biến thứ 24. Đất chứa 5-770 ppm kẽm với giá trị trung bình 64 ppm. Nước biển chỉ chứa 30 ppb kẽm và trong khí quyển chứa 0,1-4 µg/m3.[16]

Nguyên tố này thường đi cùng với các nguyên tố kim loại thông thường khác như đồng và chì ở dạng quặng.[17] Kẽm là một nguyên tố ưa tạo quặng (chalcophile), nghĩa là nguyên tố có ái lực thấp với ôxy và thường liên kết với lưu huỳnh để tạo ra các sulfua. Các nguyên tố ưa tạo quặng hình thành ở dạng lớp vỏ hóa cứng trong các điều kiện khử của khí quyển Trái Đất.[18] Sphalerit là một dạng kẽm sulfua, và là loại quặng chứa nhiều kẽm nhất với hàm lượng kẽm lên đến 60-62%.[17]

Các loại quặng khác có thể thu hồi được kẽm như smithsonit (kẽm cacbonat), hemimorphit (kẽm silicat), wurtzit (loại kẽm sulfua khác), và đôi khi là hydrozincit (kẽm cacbonat).[19] Ngoại trừ wurtzit, tất cả các khoáng trên được hình thành từ các quá trình phong hóa kẽm sulfua nguyên sinh.[18]

Tổng tài nguyên kẽm trên thế giới đã được xác nhận vào khoảng 1,9 tỉ tấn.[20] Các mỏ kẽm lớn phân bố ở Úc và Mỹ, và trữ lượng kẽm lớn nhất ở Iran, trong đó Iran có trữ lượng lớn nhất.[18][21][22] Với tốc độ tiêu thụ như hiện nay thì nguồn tài nguyên này ước tính sẽ cạn kiệt vào khoảng năm từ 2027 đến 2055.[23][24] Khoảng 346 triệu tấn kẽm đã được sản xuất trong suốt chiều dài lịch sử cho đến năm 2002, và theo một ước lượng cho thấy khoảng 109 triệu tấn tồn tại ở các dạng đang sử dụng.[25]

Đồng vị

Kẽm trong tự nhiên là hỗn hợp của 5 đồng vị ổn định 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn và 70Zn, trong đó đồng vị 64 là phổ biến nhất (48,6% trong tự nhiên)[26] với chu kỳ bán rã &0000000000009000.0000004.3×1018 năm,[27] do đó tính phóng xạ của nó có thể bỏ qua.[28] Tương tự, 7030Zn (0,6%), có chu kỳ bán rã &3000000000000090.0000001.3×1016 năm thường không được xem là có tính phóng xạ. Các đồng vị khác là 66Zn (28%), 67Zn (4%) và 68Zn (19%).

Một số đồng vị phóng xạ đã được nhận dạng. 65Zn có chu kỳ bán rã 243,66 ngày, là đồng vị tồn tại lâu nhất, theo sau là 72Zn có chu kỳ bán rã 46,5 giờ.[26] Kẽm có 10 đồng phân hạt nhân.69mZn có chu kỳ bán rã 13,76 giờ.[26] (tham số mũ m chỉ đồng vị giả ổn định). Các hạt nhân của đồng vị giả ổn định ở trong trạng thái kích thích và sẽ trở về trạng thái bình thường khi phát ra photon ở dạng tia gamma. 61Zn có 3 trạng thái kích thích và 73Zn có 2 trạng thái.[29] Mỗi đồng vị 65Zn, 71Zn, 77Zn và 78Zn chỉ có một trạng thái kích thích.[26]

Cơ chế phân rã phổ biến của đồng vị phóng xạ kẽm có số khối nhỏ hơn 66 là bắt electron, sản phẩm tạo thành là một đồng vị của đồng.[26]

Cơ chế phân rã phổ biến của đồng vị phóng xạ kẽm có số khối lớn hơn 66 là phân rã beta (β-), sản phẩm tạo ra là đồng vị của gali.[26]