Oxyde de zinc

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Oxyde de zinc
poudre d'oxyde de zinc
poudre d'oxyde de zinc
Identification
Nom UICPA Oxyde de zinc
Synonymes

Blanc de zinc
Monoxyde de zinc
Blanc permanent
C.I. 77947
C.I. pigment white 4

No CAS 1314-13-2
No EINECS 215-222-5
SMILES
InChI
Apparence poudre blanche à jaune
inodore,
cristaux hexagonaux
Propriétés chimiques
Formule brute OZnZnO
Masse molaire[1] 81,38 ± 0,02 g/mol
O 19,66 %, Zn 80,36 %,
Propriétés physiques
fusion décomposition du cristal à 1 975 °C[2], décomposition du corps amorphe moins stable au-dessus de 1 800 °C
Solubilité très faible, quasi nulle dans l'eau pure[2].
Soluble dans l'acide acétique dilué,
les acides minéraux forts
les alcalis forts, l'ammoniaque, le carbonate d'ammonium et le chlorure d'ammonium
mais insoluble dans l'ammoniac liquide et l'éthanol
Masse volumique 5,6 g·cm-3[2] pour le cristal hexagonal, 5,47 g·cm-3 pour le corps amorphe
Thermochimie
S0solide 43,65 ± 0,40 J·K-1·mol-1 [3]
ΔfH0solide -350,46 ± 0,27 kJ·mol-1 [3]
Δfus 4 470 calth·mol-1
Propriétés électroniques
Bande interdite EgA 3,437 eV (à 1.6K), 3.37 (à 300K)
Cristallographie
Structure type wurtzite[4]
Propriétés optiques
Indice de réfraction indice 2,008 2,029 (biaxial)
Précautions
SGH[5]
SGH09 : Danger pour le milieu aquatique
Attention
H410,
SIMDUT[6]

Produit non contrôlé
Directive 67/548/EEC
Dangereux pour l’environnement
N



Considérations thérapeutiques
Classe thérapeutique astringent, filtre ultraviolet
Unités du SI et CNTP, sauf indication contraire.


L’oxyde de zinc est un composé chimique d'oxygène et de zinc, corps ionique de formule chimique ZnO.

Présentation, préparation[modifier | modifier le code]

Cet oxyde quasiment insoluble dans l'eau se présente généralement sous la forme d'une poudre blanche infusible communément appelée « zinc blanc », « blanc de zinc » ou « fleur de zinc ». ce corps blanc pulvérulent se nommait autrefois pour ses aspects floconneux et légers en latin pompholix, nihil album (blanc de rien des alchimistes), lana philosophica (laine philosophique). Il était alors considéré comme un corps "infusible et fixe".

Au laboratoire, il peut s'obtenir par calcination de carbonate de zinc ou de nitrate de zinc, induisant un dégagement respectivement de dioxyde de carbone et de dioxyde de azote, le dernier nettement plus explosif.

ZnCO3 carbonate de zinc (smithsonite) chauffé vers 300 °C → ZnO poudre + CO2 gaz carbonique

Mais le simple chauffage du corps simple métal zinc au rouge, dans un creuset ouvert, donne par réaction exothermique des flocons d'oxyde de zinc, puisque la vapeur de zinc brûle à l'air à une température proche de sa température d'ébullition. Le procédé industriel des années 1880 reposait sur ce principe pour obtenir divers blancs d'oxydes de zinc ː en effet, le métal zinc placé dans des cornues de terre était fortement chauffé, et la vapeur de zinc était ensuite dans un courant d'air. Des caisses successives recueillaient les flocons, le premier dépôt formait le "blanc de zinc pulvérulent ou poudreux", la couche supérieure constituée des plus légers était nommée "blanc de neige".

Zn vapeur métal + 1/2 O2 gaz dioxygène de l'air → ZnO agrégat pulvérulent avec

Ce solide blanc peut être amorphe ou cristallin. L'oxyde de zinc de structure cristalline hexagonale est présent dans la nature sous forme de zincite, minéral comportant souvent du manganèse et ayant une coloration jaune à rouge de ce fait[7] mais la majorité de l'oxyde de zinc utilisé est produit industriellement dans des grandes usines[8].

Structure cristallographique[modifier | modifier le code]

Structure cristalline de ZnO (maille hexagonale triple)

Dans les conditions ambiantes, l'oxyde de zinc cristallise dans le groupe d'espace P63mc (structure de type wurtzite), avec pour paramètres de maille a = 3,250 Å et c = 5,207 Å [9].

Propriétés physiques[modifier | modifier le code]

L'oxyde de zinc est blanc à froid, mais il devient jaune à chaud. La coloration est réversible avec la température.

L'oxyde de zinc est un semi-conducteur de largeur de bande 3,3 eV [10]. Il n'absorbe donc pas la lumière visible, ce qui explique sa transparence. Sous la forme de poudre, la lumière est réfléchie à la surface de chaque cristal, et le matériau est donc perçu comme blanc. Néanmoins, des lacunes d'oxygène peuvent se former dans ce matériau, surtout à haute température, ce qui explique que l'oxyde de zinc vire au jaune lorsqu'il est chauffé. Cet effet est appelé thermochromie.

Par ailleurs, l'oxyde de zinc présente un effet piézoélectrique.

Propriétés chimiques[modifier | modifier le code]

L'oxyde de zinc est quasi insoluble dans l'eau. Ce corps est un pigment blanc stable, il n'absorbe pas le dioxyde de carbone de l'air et il est très faiblement soluble dans l'eau pure, de l'ordre du millionième en proportion massique ou de 0,42x10-3 g pour 100 g d'eau pure. Il se forme des traces de précipité d'hydroxyde de zinc Zn(OH)2, corps hygroscopique qui absorbe de l'eau[11].

Néanmoins, il s'agit d'un oxyde amphotère qui est soluble dans les solutions acides (sous forme Zn2+) et basiques (sous forme d'anions zincates Zn(OH)42-) [12]. ZnO est amphotère, c'est-à-dire présente des propriétés à la fois acides et basiques. Il est toutefois plus facilement attaqué en milieu acide fort qu'en milieu basique fort[13].

L'oxyde de zinc est peu attaqué par les bases fortes, comme l'hydroxyde de sodium ou l'hydroxyde de potassium. Il est par contre, en absence d'eau, facilement dissous dans les alcalis secs fondus.

L'oxyde de zinc, à l'instar de l'hydroxyde de zinc sec, libère l'ion zincique Zn2+ après dissolution dans les acides forts concentrés, comme l'acide chlorhydrique, l'acide sulfurique ou l'acide nitrique.

L'oxyde de zinc est facilement réductible.

ZnO poudre blanche + C charbon actif chauffage au rouge blanc vers 950 °C → Zn vapeur stable en atmosphère réductrice ou inerte, puis métal fondu après condensation + CO gaz monoxyde de carbone

L'oxyde de zinc se décompose, en un sens "se réduit tout seul", en zinc gazeux et en gaz dioxygène sous pression ambiante et à une température de 1 975 °C[14].

Toxicité[modifier | modifier le code]

L'oxyde de zinc est un corps toxique bien connu. Ses vapeurs sont très dangereuses. Les traces d'oxyde de zinc, dégagé lors de la soudure des métaux, provoquent la fièvre des métaux.

Utilisation sous forme de nano-particules[modifier | modifier le code]

L'agence nationale de sécurité du médicament et des produits de santé, saisie par la Direction générale de la santé (DGS) a estimé que la pénétration des nanoparticules d'oxyde de zinc était limitée aux couches superficielles de la peau saine mais qu'il manquait de donnée sur la peau lésée (par exemple après un coup de soleil). Elle recommande également d'éviter d'utiliser ces particules sur le visage ou dans des locaux fermés[15].

Usages[modifier | modifier le code]

Il est utilisé dans de nombreuses applications, telle que la fabrication de verres, de céramiques, dans la formation d'eugénate, dans la composition d'aliments et de crèmes solaires.

Il s'agit d'abord d'un pigment stable en peinture, employé depuis la fin du XVIIIe siècle en remplacement de la céruse ou oxyde de plomb PbO sur proposition du chimiste et salpêtrier Jean-Baptiste Courtois, reprise par Guyton de Morveau. L'oxyde de plomb est un composé chimique certes beaucoup plus toxique, à l'origine d'intoxications saturnines douloureuses (coliques), sévères, rapidement incurables (saturnisme) et de plus un pigment qui noircit facilement en présence de H2S ou sensible en milieu de décomposition organique dégageant ce gaz, mais il résistait mieux aux intempéries. L'oxyde de zinc ou blanc de zinc est toujours utilisé pour la peinture à l'huile. Il ne noircit pas ou très peu en présence de sulfures car le sulfure de zinc éventuellement formé est un pigment blanc ou gris-blanc.

Ce pigment ZnO sert dans l'industrie verrière et céramique à la préparation des verres blancs opaques et des émaux. Il entre aussi directement dans la composition des ferrites.

Il s'agit d'un produit de l'industrie pharmaceutique et cosmétique, antiseptique connu bien avant le XIXe siècle, où les chimistes pharmaciens s'occupaient de sa préparation. Il était employé en poudre, ou encore incorporé à des onguents ou des pommades pour les affections de la peau. Dans les années 1880, l'oxyde de zinc était employé sur la peau en tant qu'anti-transpirant, car il neutralise les productions acides tout en détruisant le plus grand nombre de bactéries présentes sur la peau.

Il apporte encore une protection contre les brûlures, il peut être utilisé dans les préparations de ciment dentaire. Il sert à fabriquer des savons de zinc, utilisés comme siccatifs ou fongicides. Avec le dioxyde de titane, l'oxyde de zinc reste une charge opacifiante et protectrice des crèmes solaires.

C'est une charge active dans l'industrie du caoutchouc et celle des pneumatiques. L'oxyde de zinc favorise la cinétique de vulcanisation.

Histoire[modifier | modifier le code]

Au XIXe siècle, il servait à préparer deux types de peintures, une "peinture au blanc de zinc" employée en intérieur et une "peinture à l'oxyde de zinc" résistante à l'air humide.

La poudre fine de "blanc de zinc", précédemment décrit, était délayée dans une huile siccative, telle que l'huile de lin. Environ 5 à 10 pour cent de l'huile de lin employée était chauffé préalablement à 200 °C. Du dioxyde de manganèse ou un sel obtenu à partir de l'oxyde de manganèse était ajouté à la dispersion blanche de zinc/huile. Cette peinture blanche dite "au blanc de zinc" permettait la décoration des pierres, du bois et des métaux, à l'intérieur des maisons.

Une autre recette attribuée à Soret propose le mélange d'oxyde de zinc, de chlorure de zinc en solution aqueuse concentrée de l'ordre de 58° Baumé, avec une quantité très limitée de carbonate de sodium. La peinture blanche et couvrante, à séchage rapide (moins de deux heures après application) dite "à l'oxyde de zinc", résiste à l'air humide, car elle contient un oxychlorure de zinc blanc à la fois insoluble et couvrant. Cette peinture à l'oxyde de zinc a été très employé dans le port militaire de Brest, et pour protéger l'extérieur des entrepôts, des bâtiments en bois ou des toitures à la Belle Epoque. C'est aussi un "ciment métallique".

L'oxyde de zinc et le nitrate de cobalt servaient à la préparation du pigment vert de Rinman ou vert de cobalt.

ZnO poudre blanche + Co(NO3)2 chauffage au rouge → (ZnO,CoO) oxydes associés + 2 NO gaz + 3/2 O2 gaz

Voir aussi[modifier | modifier le code]

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Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]

Bibliographie[modifier | modifier le code]


Références[modifier | modifier le code]

  1. Masse molaire calculée d’après « Atomic weights of the elements 2007 », sur www.chem.qmul.ac.uk.
  2. a, b et c OXYDE DE ZINC, fiche de sécurité du Programme International sur la Sécurité des Substances Chimiques, consultée le 9 mai 2009
  3. a et b (en) « Zinc oxide » sur NIST/WebBook, consulté le 30 mai 2010
  4. (en) Bodie E. Douglas, Shih-Ming Ho, Structure and Chemistry of Crystalline Solids, Pittsburgh, PA, USA, Springer Science + Business Media, Inc., , 346 p. (ISBN 0-387-26147-8)
  5. Numéro index 030-013-00-7 dans le tableau 3.1 de l'annexe VI du règlement CE N° 1272/2008 (16 décembre 2008)
  6. « Oxyde de zinc » dans la base de données de produits chimiques Reptox de la CSST (organisme québécois responsable de la sécurité et de la santé au travail), consulté le 24 avril 2009
  7. (en) Klingshirn, C., « ZnO: Material, Physics and Applications », ChemPhysChem, vol. 8, no 6,‎ , p. 782–803 (PMID 17429819, DOI 10.1002/cphc.200700002)
  8. Marcel De Liedekerke, "2.3. Zinc Oxide (Zinc White): Pigments, Inorganic, 1" in Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2006, Wiley-VCH, Weinheim. DOI:10.1002/14356007.a20_243.pub2
  9. E.H. Kisi et coll., acta cristallographica C vol.45, p. 1867 (1989)
  10. U. Ozgur et al. "A comprehensive review of ZnO materials and devices" (103 pages) J. Appl. Phys. 98 (2005) 041301
  11. L'hydroxyde de zinc est le précipité obtenu par les sels solubles de zinc en présence d'ions hydroxyles OH-.
  12. Jacques Mesplède, Thermodynamique des matériaux, Bréal
  13. Attaqué par les acides, l'oxyde de zinc laisse des sels de zinc, isomorphes des sels de magnésium.
  14. (en) Greenwood, N. N.; & Earnshaw, A., Chemistry of the Elements, Oxford:Butterworth-Heinemann, (ISBN 0-7506-3365-4)
  15. Rapport annuel de l'Afssapshttp://ansm.sante.fr/var/ansm_site/storage/original/application/b4d448c76627d78f5385583a1fc2aa47.pdf