Zinc

Le zinc (prononciation /zɛ̃g/ en France, /zɛ̃k/ au Canada, /zɛ̃/ en Suisse) est l'élément chimique de numéro atomique 30 et de symbole Zn. Le corps simple zinc est un métal.

Zinc
Cuivre ← Zinc → Gallium —     30 Zn                                                                                                                                                                                                                                                                                           ↑ Zn ↓ Cd Tableau complet • Tableau étendu
Position dans le tableau périodique
Symbole	Zn
Nom	Zinc
Numéro atomique	30
Groupe	12
Période	4e période
Bloc	Bloc d
Famille d'éléments	Métal pauvre ou métal de transition
Configuration électronique	[Ar] 3d10 4s2
Électrons par niveau d’énergie	2, 8, 18, 2
Propriétés atomiques de l'élément
Masse atomique	65,409 ± 0,004 u
Rayon atomique (calc)	135 pm (142 pm)
Rayon de covalence	122 ± 4 pm
Rayon de van der Waals	139 pm
État d’oxydation	2
Électronégativité (Pauling)	1,65
Oxyde	amphotère
Énergies d’ionisation
1re : 9,394 199 eV	2e : 17,964 39 eV
3e : 39,723 eV	4e : 59,4 eV
5e : 82,6 eV	6e : 108 eV
7e : 134 eV	8e : 174 eV
9e : 203 eV	10e : 238 eV
11e : 274 eV	12e : 310,8 eV
13e : 419,7 eV	14e : 454 eV
15e : 490 eV	16e : 542 eV
17e : 579 eV	18e : 619 eV
19e : 698 eV	20e : 738 eV
21e : 1 856 eV
Isotopes les plus stables
Iso AN Période MD Ed PD MeV 64Zn 48,2 % >4,3×1018 a ε β+ 65Zn {syn.} 244,26 j ε β+ 1,352 65Cu 66Zn 28,0 % stable avec 36 neutrons 67Zn 4,1 % stable avec 37 neutrons 68Zn 19,0 % stable avec 38 neutrons 70Zn 0,6 % >1,3×1016 a 2β-
Propriétés physiques du corps simple
État ordinaire	solide (diamagnétique)
Masse volumique	7,134 g·cm-3 (25 °C)
Système cristallin	Hexagonal compact
Dureté (Mohs)	2,5
Couleur	Gris-bleuté
Point de fusion	419,527 °C (congélation)
Point d’ébullition	907 °C
Énergie de fusion	7,322 kJ·mol-1
Énergie de vaporisation	115,3 kJ·mol-1
Volume molaire	9,16×10-6 m3·mol-1
Pression de vapeur	192,2 Pa à 419,53 °C
Vitesse du son	3 700 m·s-1 à 20 °C
Chaleur massique	390 J·kg-1·K-1
Conductivité électrique	16,6×106 S·m-1
Conductivité thermique	116 W·m-1·K-1
Solubilité	sol. dans HCl
Divers
No CAS	7440-66-6
No ECHA	100.028.341
No CE	231-175-3
Précautions
SGH
État pulvérulent : Danger H250, H260, H410, P210, P222, P273, P280, P231+P232 et P370+P378 H250 : S'enflamme spontanément au contact de l'air H260 : Dégage, au contact de l'eau, des gaz inflammables qui peuvent s'enflammer spontanément H410 : Très toxique pour les organismes aquatiques, entraîne des effets à long terme P210 : Tenir à l’écart de la chaleur/des étincelles/des flammes nues/des surfaces chaudes. — Ne pas fumer. P222 : Ne pas laisser au contact de l’air. P273 : Éviter le rejet dans l’environnement. P280 : Porter des gants de protection/des vêtements de protection/un équipement de protection des yeux/du visage. P231+P232 : Manipuler sous gaz inerte. Protéger de l’humidité. P370+P378 : En cas d’incendie : utiliser … pour l’extinction.
Transport
État pulvérulent : X423    1436    Code Kemler : X423 : matière solide inflammable, réagissant dangereusement avec l'eau en dégageant des gaz inflammables) Numéro ONU : 1436 : ZINC EN POUDRE ; ou ZINC EN POUSSIÈRE Classe : 4.3 Étiquettes : 4.3 : Matières qui, au contact de l'eau, dégagent des gaz inflammables 4.2 : Matières sujettes à l'inflammation spontanée Emballage : Groupe d'emballage I : matières très dangereuses ; 423    1436    Code Kemler : 423 : matière solide réagissant avec l'eau en dégageant des gaz inflammables Numéro ONU : 1436 : ZINC EN POUDRE ; ou ZINC EN POUSSIÈRE Classe : 4.3 Étiquettes : 4.3 : Matières qui, au contact de l'eau, dégagent des gaz inflammables 4.2 : Matières sujettes à l'inflammation spontanée Emballage : Groupe d'emballage II/III : matières moyennement/faiblement dangereuses.
Unités du SI & CNTP, sauf indication contraire.

Généralités sur l'élément zinc, histoire et lexicographie

Le zinc est par certains aspects semblable au magnésium dans la mesure où son état d'oxydation courant est +2, donnant un cation de taille comparable à celle de Mg²⁺. C'est le 24^e élément le plus abondant dans l'écorce terrestre. Il possède cinq isotopes naturels stables.

Le zinc est un élément du groupe 12 et de la période 4. Stricto sensu, c'est un métal pauvre, qui ne répond pas à la définition des éléments de transition par l'IUPAC ; en pratique cependant, il est très souvent assimilé aux métaux de transition dans les manuels et de très nombreux ouvrages. Il fait partie du « groupe du zinc », ou groupe IIB, qui comprend, par numéro atomique croissant, ₃₀Zn, ₄₈Cd et ₈₀Hg, éléments caractérisés par deux électrons sur la sous-couche s au-delà d'une sous-couche d complète. La configuration électronique du zinc est [Ar] 3d¹⁰ 4s². Zinc et cadmium Cd sont des métaux électropositifs assez semblables, alors que le mercure Hg présente une réactivité encore plus faible et un caractère métallique encore plus noble. Pour les chimistes, le groupe du zinc se distingue nettement des alcalino-terreux, avec des métaux insolubles dans l'eau, ayant des points de fusion et d'ébullition assez bas, de faibles rayons ioniques, et ayant tendance à former des complexes.

Dans le milieu naturel, le zinc est environ 600 fois plus abondant que le cadmium, environ 1 500 fois plus abondant que le mercure.

Histoire

Les minéralogistes considèrent l'espèce minérale, le corps simple ou « métal au sens moderne » connu avant l'Antiquité. Le zinc cassant à température ambiante et qui s'oxyde facilement n'a jamais été considéré comme un « métal antique ». De plus, il n'avait pas grand intérêt directement. De manière pratique, les métallurgistes de l'Antiquité employaient ses minerais mélangés à d'autres minerais de cuivre et/ou d'étain qui permettaient de fabriquer divers laitons et/ou des bronzes ou airains sophistiqués.

Les Anciens qui connaissaient la cadmeia (en grec ancien : καδμεία), petra cadmeïana ou pierre cadméenne, la cadmia déjà extraite dans les mines de la cité thébaine, dénommée en français du XVIII^e siècle la « cadmie », pierre calaminaire ou « calamine », un minéral ou minerai carbonaté de zinc, paraissent avoir connu le corps simple zinc obtenu dans des conditions strictement réductrices. Homère cite ce composant du laiton, et, des idoles principalement à base de zinc probablement mises en forme à chaud ne sont pas inconnues aux temps homériques en Grèce continentale ou îlienne. Il existe aussi des bracelets remplis de zinc, par exemple ceux découverts sur l'île de Rhodes dans l'antique cité de Camiros ou Cadmeiros détruite au V^e siècle av. J.-C., ce qui a permis de donner une estimation bornée sur la période de leur fabrication.

La métallurgie indienne produit abondamment du zinc purifié dès le XII^e siècle, à partir de carbonate de zinc et de matières organiques réductrices, comme de la laine usagée. Les marchands arabes, en contact avec les Indiens du Nord l'exportent vers l'Occident et l'Orient. L'Indonésie, puis la Chine semblent en fabriquer de même qualité respectivement un et deux siècles plus tard. Les navigateurs portugais cassent le monopole des caravaniers ou navigateurs arabes. Ils sont bientôt concurrencés par les compagnies hollandaises.

Ce corps simple, autrefois confondu parfois avec de mauvaises variétés d'étain, mais permettant la fabrication directe des laitons, est présenté dans le « livre des forges » de Georgius Agricola qui l'observe fondu près des mines de Silésie en 1546, comme il semble aussi apparaître dans les écrits abscons de Basile Valentin, vers 1650. Il faut attendre en 1695 la préparation publique du zinc à partir de la calamine ou carbonate de zinc, ou à défaut la blende, par le chimiste batave Guillaume Homberg, professeur de chimie du généreux futur duc d'Orléans, et futur régent Philippe. Au XVII^e siècle, la plupart des bronzes d'art sont des « bronzes au zinc », en réalité des bronzes fortement cuivrés avec plus de zinc que d'étain ou de plomb. Le métal zinc favorisant le coulage dans des moules est souvent présent, mais en faible quantité, dans les objets d'art obtenu par moulage

L'industrie du zinc se développe progressivement du milieu du XVIII^e siècle à 1820, où il existe une véritable industrie du zinc. La première fonderie de zinc, procédant par réduction d'oxyde de zinc à l'abri de l'air, est installée par Andreas Margraff entre 1746 et 1749. Les métallurgistes anglais investissent dans la production du zinc, à l'exemple de William Champion fabricant de laitons. Le chimiste liégeois Jean-Jacques Dony perfectionne avant 1810 les procédés à l'usine de la Vieille-Montagne près de Liège.

ZnO _{poudre blanche à froid, jaune à chaud} + C _{charbon de bois, chauffage minimal vers 950 °C} → Zn _{métal distillé en retour, puis obtenu à l'état fondu} + CO _{gaz monoxyde de carbone}

Le métal zinc est utilisé comme anode dans les premières piles à empilement métallique, par exemple les piles voltaïques au début du XIX^e siècle. Les premiers alliages de zinc, plomb et étain sous pression sont mis au point entre 1804 et 1814 : ils permettent d'obtenir des caractères d'imprimerie plus résistants.

Le chimiste britannique Edward Frankland découvre les premiers composés organométalliques à base de zinc (à liaison C - Zn) vers 1850, en appliquant et maîtrisant des techniques de chauffage à reflux et de distillation sous vide ou atmosphère inerte.

L'utilisation du zinc pour le zincage du fer par bain liquide de Zn fondu ou par galvanisation (dépôts d'électrolyse), comme matériau en feuille ou plaque de couverture ou pour système d'évacuation d'eaux de pluie, a permis l'essor de l'architecture de fer, ainsi les halles centrales de Paris, le palais de l'industrie, les nombreux théâtres et gares monumentales de chemin de fer entre 1860 et 1880. Encore dans les années 1980, la moitié du zinc employé dans le monde servait à protéger le fer, aisément dégradé par la corrosion. La recherche sur les alliages de zinc sous pression se poursuit durant l'entre-deux-guerres et débouchent sur des applications industrielles massives.

Tranche de zinc à côté d'une pièce d'un cent (zinc recouvert de cuivre).

L'adjectif zincifère qualifie un corps ou une matière qui contiennent du zinc de manière significative, par exemple un minerai zincifère, un sol zincifère. Le zinc est une ressource non renouvelable. Le zingueur, souvent un couvreur-zingueur dans le secteur du bâtiment est l'ouvrier qui manipule et façonne à la bonne mesure les feuilles ou plaques de zinc. Il taille ou coupe avec une pince coupante, maintient avec une pince large, plie à la plieuse ou à la presse-plieuse lourde, martèle ou façonne, met en forme et soude, adapte ces montages à un support plan léger, par exemple sur les tasseaux en bois, en fixant avec des crampons sur rails ou par des lamelles chevauchantes, avec le moins de clous possibles pour éviter les contraintes de dilatation. Le plombier-zingueur désigne un plombier qui est également zingueur, la zinguerie désigne l'ensemble des activités concernant le zinc.

Lexicographie

Ce métal importé d'Asie lointaine dès le XII^e siècle se nommait en pratique « étain des Indes ».

C'est le savant Paracelse, tenant de l'iatrochimie, qui donne avant 1526 le nom latin et savant zincum, à ce qu'il affirme désormais être un métal par l'étude de ses qualités chimiques et sa nouvelle classification. Le mot latin est le décalque du terme alémanique Zinke ou Zinken qui signifie « pointe acérée » ou « dent » dans la théorie iatrochimique des pointes acides (expliquant l'acidité avec la sensation sur la langue), et « fourchon », « structure fourchée » ou « forme hachée, découpée ou hachurée » dans la vie paysanne. Une autre explication complémentaire proposée par Paracelse, friand d'association de « morphologies naturelles », est liée à l'apparence de la matière fondue après refroidissement, le zinc refroidi dans un récipient de coulée présentant ces excroissances nommées aujourd'hui dendrites. Ces dépôts de zinc métallique en forme de dendrites ou Zinken, bien connus sous le nom de barbes en cristallographie, apparaissaient lors de la fusion réductrice des minerais de plomb.

Si le mot allemand Zink provient du latin zincum, le mot français est emprunté à l'allemand. Jean de Thévenot, dans ses Relations de divers voyages curieux en 1666, le nomme zinch. Le dictionnaire de Richelet, en respectant la prononciation française courante vers 1680, le simplifie provisoirement en zin ou zain.

Mais la prononciation académique ou technique zɛ̃ɡ (« zing' ») s'impose et se retrouve dans la famille de ce mot qui s'élargit de la fin du XVIII^e siècle au début du XX^e siècle, avec le verbe « zinguer », les mots dérivés (parfois de plus en plus polysémiques) zingueur, zinguerie (1870, Larousse), « zincage » ou zingage, zincographie (1852, Dumont), l'adjectif zincifère (1840, Académie)... sans oublier les termes de minéralogie zincite, zincosite, et surtout de chimie comme zincate (prononcé zɛ̃ɡat, « zingat' »), zincide, zincique.

Dans les années 1873 à 1876, les écrivains français consignant l'expression populaire, aussi bien Zola que Huysmans, nomment zinc la surface propre des bars anglais ou le revêtement brillant des comptoirs souvent étamés ou cuivrés, plus rarement zingués.

Il est possible que le mot persan zangâr : rouille ; vert-de-gris [Azagar, asugar, asingar, zingar, ziniar (vert-gris) ; de ar. al-zanjâ, qui est le persan zangâr, même signification, puisse être associé à la même racine indo-européenne.

Isotopes

Le zinc possède 30 isotopes connus, de nombre de masse variant de 54 à 83, ainsi que dix isomères nucléaires. Parmi ces isotopes, cinq sont stables, ⁶⁴Zn, ⁶⁶Zn, ⁶⁷Zn, ⁶⁸Zn et ⁷⁰Zn, et constituent l'ensemble du zinc, le plus abondant étant ⁶⁴Zn (48,6 % d'abondance naturelle). Sa masse atomique standard est de 65,409(4) u.

Vingt-cinq radioisotopes ont été caractérisés, le plus abondant et le plus stable étant ⁶⁵Zn avec une demi-vie de 244,26 jours, suivis du ⁷²Zn avec une demi-vie de 46,5 heures. Tous les autres radioisotopes ont une demi-vie de moins de 14 heures, la majorité d'entre eux inférieure à une seconde.

Occurrences dans les milieux naturels, minéralogie et géologie, gîtes et gisements

Le zinc est un élément moyennement abondant dans l'écorce terrestre. Le clarke s'élève entre 70 g et 132 g par tonne selon les estimations. L'élément zinc est présent dans de très nombreux minéraux.

Le zinc natif est un métal natif très rare. Au milieu du XIX^e siècle, il est recensé en Australie.

Le sulfate de zinc figure parmi les sulfates d'altération les plus solubles, provenant par exemple des couches oxydées de roches sulfures portées en surface. Il percole dans ce cas sous le « chapeau de fer » et entre dans des réactions complexes au voisinage de la zone de cémentation, fournissant le plus souvent du gypse, et aussi du carbonate de zinc, qui correspond à l'antique « cadmeïa » ou à notre minéral smithsonite.

Le principal minerai de zinc est la « blende » au sens générique, minerai à base de sphalérite, le sulfure de zinc ZnS α.

Minéraux de base et minerais de zinc

Le minerai qui est le plus utilisé est à base de sulfure de zinc appelé sphalérite ou autrefois blende (ZnS). Ce mot de mineur blende est désormais abandonné par la littérature minéralogique. Ce sulfure — le plus répandu dans la lithosphère — cristallise dans le système cubique. Il peut contenir des impuretés métalliques, telles que celles du fer (blendes foncées) : la marmatite, (Zn, Fe)S, contient jusqu’à 14 % de fer. Dans la nature, la sphalérite est associée à d’autres sulfures, comme la galène (sulfure de plomb : PbS).

La wurtzite ZnS β a la même composition chimique mais cristallise dans le système hexagonal : c'est le polymorphe de haute température de ZnS.

Minerai de zinc des mines de Franklin au nord du New Jersey (marbre cambro-ordovicien à base de calcite blanche, parsemée de zincite rouge et franklinite noire).

Sous l'ancien vocable de calamine, par ailleurs impropre en minéralogie, ont été rassemblées la smithsonite (carbonate de zinc : ZnCO₃) et l'hémimorphite (silicate de zinc : Zn₄Si₂O₇(OH) ₂, H₂O), mais aussi l'hydrozincite Zn₅(CO₃)₂(OH)₆, autrefois parfois dénommée zinconise, ou des willemites hydratée ou altérée. Les deux premiers minéraux peuvent être associés. Si historiquement la calamine fut utilisée au début du développement industriel de ce métal, elle est maintenant peu exploitée.

Parmi la soixantaine de minéraux, plus rares, autrefois recherchés ou aujourd'hui moins facilement exploitables par leurs minerais, citons la franklinite (Zn, Fe, Mn)(Fe, Mn)₂O₄, de structure spinelle, la willemite Zn₂SiO₄ ou 2(ZnO) . SiO₂ un nésosilicate, la zincite ou oxyde de zinc ZnO, encore dénommée « zinc rouge ».

Il reste le sulfate naturel de zinc zincosite, les carbonates minrecordite, aurichalcite et claraïte, les phosphates hopéite et tarbuttite, les arséniates adamite, austinite, legrandite, leiteite, stranskiite, tsumcorite et warikahnite, le silicate hodgkinsonite, le sulfure kësterite, voire les cuivres gris...

Gisements de zinc

Ce sont des gisements d'origines magmatiques, dits primaires ou bien sédimentaires, dits secondaires. Les minerais de zinc sont souvent associés à ceux de plomb, de cuivre, de fer. Les principaux gisements de minerais de zinc se situent en Chine et en Australie.

En 1990, les gisements exploités se situaient également au Pérou, aux États-Unis (notamment la mine de Red Dog en Alaska), au Canada, au Mexique, en Russie (CEI), en république démocratique du Congo, au Zimbabwe et en Afrique du Sud, au Japon, au Maroc, en Espagne, en Irlande, en Suède, en Suisse, en Pologne et dans les Balkans, comme en Bulgarie. Leurs teneurs minimales étaient de 40 kg par tonne.

Zinc, métal pur à 99,995 %

Au XIX^e siècle, les minerais de zinc, à base de carbonates de zinc ou de blende, encore dénommée autrefois « fausse galène », était considérés comme abondants en Europe, notamment en Angleterre, en Allemagne et en Belgique, en particulier entre Liège et Aix-La-Chapelle, en Haute-Silésie, mais aussi en France dans le département du Lot ou au sud des Cévennes, dans le département du Gard.

Propriétés physiques et chimiques, préparation du corps simple, alliages

Caractéristiques notables du corps simple métal

Le zinc est un métal brillant, gris bleuté à blanc légèrement teinté en bleu-gris, de blanc bleuâtre à gris blanc métallique. Sa texture cristalline est nette, le cristal a une maille hexagonale compacte, sa densité avoisine 7,14. Le réseau hexagonal est souvent allongé, ce qui confère au corps simple des propriétés anisotropes.

Allotropie

On connaît trois allotropes du zinc : le zinc α (dont le zinc natif), stable à basse pression aux températures inférieures à 175 °C, le zinc β stable entre 175 °C et 300 °C, et le zinc γ stable aux plus fortes températures.

Le métal est dur et assez peu tenace, fragile et cassant à température ordinaire. Le métal est cassant à froid. Les couvreurs zingueurs savent en outre que les larges plaques ou les feuilles en zinc autrefois pur des toitures manipulées en période de gel, vers −10 °C, se déchirent.

Il n'est ductile, malléable et laminable qu'entre 105 °C et 130 °C, voire 150 °C. Dans ces domaines contrôlé de température, le laminage en feuille mince s'opère facilement. Dans la pratique, la densité d'un morceau de zinc obtenu après fusion avoisine 6,8 et elle peut s'élever par martelage jusqu'à 7,2 (zinc écroui, martelé à chaud), valeur légèrement supérieure à la densité normale. Mais au-delà de 200 °C, la matière zinc redevient cassante et il est alors aisé vers 250 °C de la pulvériser dans un mortier.

Flamme verte du zinc

Le polissage du métal permet d'obtenir de belles surfaces réfléchissantes, avec une réflectance visible de l'ordre de 57 % et assez constante. Ce métal est inaltérable à l'air sec et même dans le gaz dioxygène, en absence stricte d'humidité et de dioxyde de carbone. Il est assez bon conducteur de la chaleur et de l'électricité, de l'ordre de 27 % des conductivités thermique et électrique du cuivre.

Le corps simple zinc fond au-dessus de 419 °C et bout vers 907 °C. La plage liquide assez étendue s'explique par la force interatomique non négligeable et les possibilités de caténation.

Chauffé à l'air, largement au-dessus de sa température de fusion, il brûle générant une lumière bleue-verte caractéristique du test de flamme, laissant un oxyde ZnO infusible sous forme de flocons légers dans l'air, blanc à basses températures, jaunes à hautes températures. Les vapeurs de zinc s'enflamment à l'air vers 500 °C en laissant des flammèches blanches éclatantes qu'utilisent les « étoiles » des feux d'artifice.

2 Zn _{solide cristal} + O_{2 gaz} → 2 ZnO _{flocons blancs légers dans l'air ou poudre blanche dans les parties froides confinées} avec $\Delta H=-698kJ/mol~$

Feuille et poudre de zinc

Les poussières de zinc qui apparaissent par condensation des vapeurs de zinc dans une phase gazeuse chimiquement inerte, comme l'azote ou le dioxyde de carbone, peuvent avoir de grandes surfaces spécifiques. Ces poudres de zinc présentent alors une réactivité accrue ou exacerbée par rapport au zinc métal, corps solide compacte ou matière condensée massive. C'est ce zinc pulvérisé à plus grande réactivité qui est employé pour produire les « étoiles brillantes » des feux d'artifice.

Dissolution en milieu aqueux

L'eau distillée apparaît sans action sur le zinc, même à ébullition.

Il est insoluble dans l'eau, mais assez facilement soluble dans les acides et les alcalis, de même que dans l'acide acétique. Les solutions aqueuses de chlorure de sodium NaCl, des sulfates alcalins ou alcalino-terreux, comme Na₂SO₄ ou CaSO₄ attaquent le métal.

Le zinc est soluble facilement dans les bases fortes, avec dégagement de gaz hydrogène. Il l'est aussi soluble dans les acides forts. Il peut être assez facilement soluble dans les acides faibles surtout si le zinc n'est pas très pur (effet de pile en milieu aqueux).

Lorsque le zinc est très pur, la réaction est lente, mais elle peut être vive avec quelques impuretés :

Zn _{corps simple métal blanc} + 2 HCl_{aqueux liquide acide fumant} → ZnCl_{2 aqueux} + H_{2 gaz}

2 Zn _{corps simple métal blanc} + 2 NaOH _{aqueux soude caustique en excès} + 2 H₂O → Zn(OH)_{2 aqueux} + 2 NaOH _aqueux + H_{2 gaz}

Le dégagement de gaz dihydrogène est plus important en cas de chauffage à ébullition avec la soude ou la potasse caustique. Poussé jusqu'à dessication du mélange, il ne reste plus que ce qu'on prenait autrefois pour un résidu d'oxyde de zinc et d'alcalis solides (soude ou potasse caustique), mais qui est en fait un zincate soluble de formule type Na₂ZnO₂ ou K₂ZnO₂.

Le zinc réagit avec l'eau bouillante sous pression, à une température supérieure à 100 °C ou bien avec la vapeur d'eau surchauffée en libérant de l'hydrogène.

2 Zn _{corps simple métal} + H₂O _{vapeur d'eau très chaude sous pression (steam)} → H_{2 gaz} + ZnO _{oxyde de zinc}

La réaction de décomposition existe pourtant à froid dans l'eau, mais elle est très lente, elle n'est concrètement observée qu'en présence d'acide. En réalité, la passivation est d'abord due à des bulles d'hydrogène qui empêche la poursuite de la réaction, c'est une passivation par adsorption du gaz hydrogène en surface du métal (potentiel hydrogène).

Pour favoriser la réaction par exemple avec l'eau acidulée à l'acide sulfurique, il suffit de mettre le zinc au contact du cuivre ou du plomb, en créant un effet de pile. Le résultat est le même si le métal ordinaire zinc employé contient des impuretés significatives de métaux plus électronégatifs.

L'addition de copeaux de zinc à une solution aqueuse stable d'ions métalliques, par exemple de cuivre, de plomb, de mercure ou d'argent, métaux plus nobles que le zinc, provoque par un effet redox la précipitation des métaux nobles et la dissolution du zinc en solution. C'est le principe des réactions de cémentation.

Corrosion et couches passivantes d'hydroxy-carbonates de zinc

Le zinc est inaltérable à froid dans l'air sec. La surface du zinc se ternit à l'air, du fait de la présence de dioxyde de carbone et de vapeur d'eau (humidité relative). Le zinc peut réagir avec les facteurs ambiants : vapeur d'eau ou humidité, condensat aqueux, oxygène, dioxyde de carbone, carbonate basique formé en milieu aqueux, etc., pour former une patine ou couche blanche couvrante. Cette patine se traduit par une diminution progressive de l'éclat métallique de la surface. La couche formée, insoluble, adhérente et protectrice, a comme constituant principal du carbonate basique de zinc.

L'altération superficielle à l'air humide est drastiquement limitée, voire arrêtée par une patine légèrement grise ou blanchâtre que les Anciens appelaient « hydrocarbonate d'oxyde de zinc ». Cette couche passivante est formée de carbonates basiques ou hydroxy-carbonates de zinc peu soluble, couvrant, de formule générique Zn(OH)_x(CO₃)_y. Le composé le plus connu est l'hydrozinguite Zn₅(OH)₆(CO₃)₂. La couche formée est en pratique passivante parce qu'elle présente une bonne adhésion au support métallique, stable autant en milieu aqueux salé qu'en milieu acide et que son coefficient de dilatation reste proche de celui du métal.

Cette propriété justifie l'usage du zinc en feuille mince ou plaque en zinguerie et en zingage des couvertures de toit, en gouttière pour l'évacuation des eaux, en baignoire ou bassin de rétention d'eau ou bien son emploi pour la protection anti-corrosion du fer, par exemple le « fer galvanisé » (obtenu par immersion de pièce dans un bain de zinc fondu ou par dépôts électrochimiques).

En contact avec de l'eau stagnante, il forme des taches blanchâtres constituées notamment d'hydroxyde et d'oxyde de zinc, produits pulvérulents généralement peu adhérents et non protecteurs, parfois appelés rouille blanche.

L'altération d'une couche de zinc pur à l'air sec est plus nette car la surface de zinc résiste modérément à la corrosion en milieu neutre ou alcalin.

Production de zinc

La métallurgie ancienne du zinc comportait trois étapes clefs, après l'extraction du minerai, puis triage et broyage fin :

• le grillage à l'air pour obtenir l'oxyde de zinc. Le carbonate de zinc dégage de la vapeur d'eau et du dioxyde de carbone. Mais la blende grillée relargue du gaz dioxyde de soufre, qui pouvait être utilisé par une « chambre de plomb » ou une unité de production associée d'acide sulfurique.

2 ZnS _blende + O_{2 gaz oxygène de l'air, chauffage minimal vers 900 °C} → 2 ZnO _{oxyde de zinc} + SO_{2 gaz anhydride sulfureux}

• la réduction de l'oxyde de zinc plus ou moins impur par le carbone (charbon de bois, charbon ou houille sèche avec quelques fragments) à plus de 1 200 °C avec libération de monoxyde de carbone.
• la distillation en cornues ou fours spécifiques du zinc impur selon deux grandes techniques dénommées per ascensum (cornues de cylindres de terres réfractaires de l'usine de la Vieille-Montagne, près de Liège, cornues en forme de moufles en Silésie) ou per descensum (Angleterre).

La production de zinc à partir de minerai (blende), préalablement broyé et concentré par différents procédés, est aujourd'hui effectuée dans deux filières technologiques distinctes:

• la pyrométallurgie ;
• l’hydrométallurgie suivie d’une électrolyse.

Les opérations du procédé pyrométallurgique sont :

• grillage du minerai type blende ou sulfure de zinc (ZnS) pour obtenir idéalement l'oxyde de zinc ZnO et en réalité un mélange d'oxydes (ZnO impur, avec l'oxyde de cadmium CdO, l'oxyde de plomb PbO, les oxydes de fer) ;
• réduction par exemple par le carbone C, de la masse d'oxyde pour obtenir du zinc métallique (Zn) ;
• affinage du zinc par liquation et distillation fractionnée pour en séparer les impuretés comme le plomb, le cadmium ou le fer.

Les opérations du procédé hydrométallurgique sont :

• grillage du sulfure de zinc (ZnS) pour obtenir un oxyde de zinc (ZnO) et supprimer certaines impuretés (fer) ;
• lixiviation pour solubiliser le zinc sous forme de sulfate de zinc (ZnSO₄) ;
• cémentation pour éliminer les impuretés : cobalt, nickel, plomb, cadmium et cuivre de la solution de sulfate de zinc ;
• électrolyse pour transformer le sulfate de zinc en zinc métal.

Cuivre, cadmium, plomb, cobalt et nickel peuvent être des sous-produits de la production de zinc.

L'injection d'air inerte dans les étapes ultimes de fusion permet d'obtenir des poussières de zinc. De même l'injection d'eau produit des granulés de zinc.

Le zinc peut être filé et vendu en bobines de fil de différents diamètre. Le zinc est laminé en feuilles minces, qui peuvent atteindre 0,87 mm d'épaisseur. Il peut alors être vendu en feuilles, en bobines de diverses caractéristiques, en profilés, en pièces spécifiques, en éléments ou composants de surface prépatinés...

Plaque de zinc centimétrique

Les tôles minces ou feuillards de zinc peuvent être caractérisées par un coefficient d'anisotropie moyen r_m de l'ordre d'un demi (0,5) et un coefficient d'écrouissage d'un dixième (0,1). Le premier coefficient indique que le zinc est très peu apte à l'emboutissage profond, à l'instar des plus médiocres feuillards d'aluminium soumis à une mise en forme à froid. Le second coefficient montre la faible déformation plastique du zinc dans les mêmes conditions. Les alliages métalliques s'imposent, en particulier, pour garantir des propriétés mécaniques convenables ou même inespérées, comme avec les matériaux superplastiques obtenus avec le cuivre.

Alliages

Il existe des alliages importants, comme les laitons ou le cuivre jaune principalement à base de cuivre et de zinc, le tombac, les maillechorts ZnCuNi, le virenium à base de cuivre, nickel et zinc, le bronze doré ou ormolu à base de cuivre, zinc et étain, le zicral à base d'aluminium et de zinc, le prestal Zn_0.78Al_0.22 très résistant, le zamak alliage à base de zinc, aluminium, magnésium et cuivre comme le rappelle la concaténation des initiales formant la dénomination des alliages en métallurgie allemande, voire les nombreux alliages pour soudures ou pour les caractères d'imprimerie à base de plomb, de bismuth et d'étain, les zinc alliés, les alliages de zinc à très faibles teneurs de titane et de cuivre pour le bâtiment, le « chrysocale » ou « chrysocalque » à base de cuivre, étain et zinc, l'« argentan » à base de cuivre, nickel et zinc ou encore le « pacfung » ou « cuivre chinois » à base de cuivre, zinc et nickel en bijouterie et orfèvrerie, les bronzes au zinc.

La formation d'amalgame est facile.

Certains alliages sont conçus pour le moulage sous pression, par exemple dans l'industrie automobile. Les alliages de cuivre, d'argent, d'étain et de cadmium sont employés pour certaines brasures, ainsi le Cu_0.45Zn_0.30Ag_0.20Cd_0.05 fond vers 615 °C ou le Ag_0.35Cu_0.26Ag_0.22Cd_0.18 à 607 °C.

L'alliage « gun metal », appelé aussi bronze autrichien, mis au point au XIX^e siècle sous l'autorité de l'amirauté britannique était un bronze technique au zinc du type Cu_0.88Sn_0.10Zn_0.02. Mais la Royal Navy constate assez vite l'usure de l'alliage d'armement, la perte de résistance et même la lente perte systématique du zinc au contact de l'eau de mer et des embruns. Une solution métallurgique fut l'addition de 0,04 % d'arsenic à l'alliage pour restreindre l'évolution néfaste.

Les pièces britanniques d'un penny ou deux pennies, à valeur de pence(s), étaient également du cuivre légèrement bronzé au zinc et à l'étain Cu_0.97Zn_0.025Sn_0.005

Chimie, corps composés, complexes de l'élément zinc

Le zinc existe principalement aux états d'oxydation 0, I et II.

À l'état 0, c'est presque exclusivement un réducteur. L'état I concerne quelques composés organozinciques.

À l'état II, l'élément possède des propriétés acidobasiques, il intervient dans des complexes et de nombreux composés, et possède encore une plus vaste chimie organométallique.

Le zinc est moyennement réactif, il se combine assez facilement avec l'oxygène, vigoureusement avec le soufre et d'autres non-métaux comme le phosphore et les halogènes. Le zinc est chalcophile. Il réagit avec des acides dilués en dégageant de l'hydrogène.

L'état d'oxydation le plus commun du zinc est +II, l'ion Zn²⁺ de faible rayon ionique 0,74 Å est parfois appelé ion zincique. Il est incolore et peu acide. Dans le solvant eau, le cation zinc divalent est présent sous forme d'un hydrate complexe Zn(H₂O)₄²⁺

L'obtention d'un précipité de ZnS, par exemple par ajout d'une solution d'hygrogénosufure d'ammonium à un échantillon de zinc solubilisé, permet une analyse pondérale de la quantité de zinc de l'échantillon.

Zinc métal réducteur

Avec un potentiel d'électrode normal d'hydrogène (ENH) E° = -0,7628 volt en solution aqueuse à 24,85 °C pour la réaction

Zn²⁺ + 2 e⁻ → Zn⁰ _solide,

le zinc est un métal plus réactif que le mercure. Il peut réduire l'eau et de nombreux autres ions métalliques. La réduction est lente à pH neutre, mais assez rapide en milieux très acides ou très basiques, comme décrit précédemment.

La réduction d'autres ions métalliques est utilisée dans les piles (anode des piles Daniell et Leclanché, premières piles alcalines avec cathodes CuO, MnO₂, AgO, Ag₂O, HgO, ONi(OH) notamment; en termes de puissance unitaire développée ou de densité énergétique, les piles zinc-air l'emportent devant les piles AgZn puis NiZn...

Zn⁰ _{anode consommée} + Cu²⁺ _{aqueux environnant la cathode} → Zn²⁺ _{aqueux environnant l'anode} + Cu⁰ _{métal déposé sur la cathode} avec Δε⁰ de la pile mesuré à l'équilibre ≈ 1,10 V

Notons aussi l'intérêt de cette propriété dans des procédés industriels d'hydrométallurgie ou avec les plaques pour clichage galvanoplastique...

Comme le zinc est souvent le premier métal présent à réagir, il peut protéger d'autres métaux plus nobles, ainsi les anodes sacrificielles en zinc.

Chimie acidobasique à l'état II

Les ions Zn²⁺ réagissent vers pH 5 - 6 avec les ions hydroxydes pour donner un précipité d'hydroxyde de zinc Zn(OH)₂. L'hydroxyde formé réagit avec des ions H⁺ pour redonner Zn²⁺ (à ce titre Zn(OH)₂ est une base) mais aussi avec des ions HO⁻ pour donner l'ion zincate Zn(OH)₄²⁻ (à ce titre Zn(OH)₂ est un acide).

ZnO _{oxyde blanc} + 2 OH⁻ _{aqueux soude caustique en excès} + H₂O → Zn(OH)₄²⁻_aqueux

L'hydroxyde de zinc (et l'oxyde ZnO dont il dérive par hydratation) est donc un hydroxyde (un oxyde) amphotère.

Précipitation de Zn²⁺ et test d'identification

Quelques anions précipitent les ions Zn²⁺, comme les anions HO⁻ (sans excès), CO₃²⁻, S²⁻, PO₄²⁻...

De même, l'ion ferrocyanure Fe(CN)₆⁴⁻ et l'ion potassium K⁺ piègent fortement le cation zincique.

3 Zn²⁺ _{ion zincique aqueux} + 2 Fe(CN)₆⁴⁻ + 2 K⁺ → K₂Zn₃[Fe (CN)₆]_{2 précipité} avec pKs = 95

Mais les précipités du cation zinc avec l'ion tétracyanatomercurate constituent un test d'identification décisif, à condition d'avoir des traces d'ions cobalt Co²⁺ (précipité de couleur bleu) ou d'ions cuivre Cu²⁺ (couleur mauve).

Complexation de Zn²⁺

Les ions Zn²⁺ peuvent donner des complexes généralement incolores avec des corps solvants, eau H₂O, ammoniac NH₃... avec la plupart des ligands ou agents complexants courants que sont les amines, les anions cyanures CN⁻, les anions halogénures, les anions thiocyanates SCN⁻, oxalates, tartrates, l'EDTA...

Ainsi les ions complexes Zn(NH₃)₄²⁺, Zn(CN)₄²⁻, Zn(C₂O₄)₂²⁻, Zn(C₄H₄O₆)₂²⁻, Zn(EDTA)²⁻...

L'ion Zn²⁺ existe également dans des métalloprotéines, telles que certaines histone désacétylases.

Corps composés

L'oxyde de zinc est plus stable que l'oxyde de cadmium. L'oxyde de zinc est amphotère, c'est-à-dire qu'il se dissout dans les solutions d'acides forts et les solutions de bases fortes, alors que l'oxyde de cadmium est basique. Mais les deux corps (à caractères covalents croissants) se subliment alors que l'oxyde de mercure HgO se décompose vers 500 °C en libérant son oxygène et le corps simple mercure métal.

Le zinc n'est attaqué par les corps simples halogènes qu'à des températures assez élevées. Les halogénures de zinc ont une structure ionique, un point de fusion assez peu élevé et un net caractère hygroscopique. Ces corps ioniques à lacunes tétraédriques sont des conducteurs à l'état fondu.

Les corps composés les mieux connus sont :

• oxydes

oxyde de zinc ZnO hexagonal ou minéral naturel zincite

oxyde de zinc ZnO amorphe

Oxyde de zinc

• oxydes

peroxyde de zinc ZnO₂

• hydroxydes

hydroxyde de zinc Zn(OH)₂ blanc gélatineux

hydroxyde de zinc tétragonal ou minéral naturel sweetite

hydroxyde de zinc tétragonal ou minéral naturel ashoverite

hydroxyde de zinc orthorhombique ou minéral naturel wülfingite

• fluorures

fluorure de zinc ZnF₂ monoclinique ou triclinique, minéral correspondant « fluorine de zinc »

Dihydrate de fluorure de zinc ZnF₂. 2 H₂O orthorhombique

• chlorures

chlorure de zinc ZnCl₂

• bromures

bromure de zinc ZnBr₂

• iodures

iodure de zinc ZnI₂ hexagonal

• hydrures

ZnH₂

• sulfures

sulfure de zinc ZnS amorphe (artificiel)

sulfure de zinc ZnS hexagonal (minéral naturel alias wurtzite)

sulfure de zinc ZnS cubique (minéral naturel alias sphalérite)

• séléniures

séléniure de zinc ZnSe cubique

• tellurures

tellurure de zinc ZnTe

• nitrures

nitrure de zinc Zn₃N₂

• phosphures

phosphure de zinc Zn₃P₂

• silicates

silicate de zinc ZnSiO₃ orthorhombique

hexafluorosilicate de zinc

• aluminates

aluminate de zinc ZnAl₂O₄ cubique (minéral naturel alias gahnite)

alun naturel de zinc ou zincalaluminate

• chromates

chromate de zinc (en) ZnCrO₄

• chlorates

chlorate de zinc Zn(ClO₃)₂

chlorate de zinc tétrahydraté Zn(ClO₃)₂. 4 H₂O cubique

• perchlorates

Zn(ClO₄)₂

Zn(ClO₄)₂. 6 H₂O

• bromates

bromate de zinc Zn(BrO₃)₂

bromate de zinc heptahydraté Zn(BrO₃)₂. 6 H₂O cubique

• borates

Zn(BO₂)₂

• carbonates

carbonate de zinc ZnCO₃ trigonal

Cristaux de sulfate de zinc

• nitrates

Zn(NO₃)₂

Zn(NO₃)₂. 6 H₂O quadratique

• sulfates

sulfate de zinc ZnSO₄

ZnSO₄. H₂O

ZnSO₄. 6 H₂O

ZnSO₄. 7 H₂O (naturel alias goslarite). Il s'agit du vitriol blanc ou couperose blanche des Anciens.

• sulfites

sulfite de zinc ZnSO₃

sulfite de zinc hydraté ZnSO₃. 5/2 H₂O monoclinique

• phosphates

phosphate de zinc ZnPO₄

orthophosphate hydraté de zinc Zn₃(PO₄)₂. 4 H₂O orthorhombique (minéral naturel alias α hopéite)

phosphate hydraté de zinc Zn₃(PO₄)₂. 4 H₂O orthorhombique (minéral naturel alias β hopéite)

phosphate hydraté de zinc Zn₃(PO₄)₂. 4 H₂O triclinique (minéral naturel alias parahopéite)

• pyrophosphates
• arséniates

arséniate de zinc Zn₃(AsO₄)₂ monoclinique

Zn₃(AsO₄)₂. 2 H₂O triclinique ou minéral warikahnite

Zn₃(AsO₄)₂. 4 H₂O orthorhombique ou minéral arsénohopéite

• arsénites

méta-arsénite de zinc Zn(AsO₂)₂

• molybdates

ZnMoO₄

• cyanures

cyanure de zinc Zn(CN)₂ orthorhombique

• thiocyanates

thiocyanate de zinc Zn(SCN)₂

• formiates

formiate de zinc Zn(HCO₂)₂

formiate de zinc dihydraté Zn(HCO₂)₂. 2 H₂O monoclinique

Gros cristaux d'acétate de zinc

• acétates

acétate de zinc Zn(CH₃COO)₂ monoclinique

acétate de zinc dihydraté Zn(CH₃COO)₂. 2 H₂O monoclinique

• stéarates
• oxydes de mercapto-2 pyridine

zinc pyrithione ou Pyridine-2-thiol-1-oxyde de zinc

Chimie organométallique ou organozinciques

Le zinc fut un des tout premiers métaux dont la chimie organométallique fut en particulier étudiée en France à la suite de Philippe Barbier. Il permet par exemple la réaction éponyme.

Citons parmi les corps organozinciques :

• diméthylzinc Zn(CH₃)₂
• diéthylzinc Zn(C₂H₅)₂ autrefois zinc-éthyl
• dibenzylzinc Zn(C₆H₅)₂

Utilisations

Seau en zinc, ustensile agricole

Les utilisations peuvent être classées en fonction de leur importance décroissante du zinc exploité dans le monde :

• galvanisation (protection du fer) : 50 % ;
• fabrication de laiton et du bronze : 17 % ;
• alliages d'aluminium (Zamaks, Kayems) : 17 % ;
• produits semi-finis à base de zinc : 6 %
• produits chimiques : 6 %
• autres : 4 %

Protection du fer

Le dépôt d'une mince couche de zinc en surface de l'acier ou du matériau fer le protège de la corrosion : c'est le zingage ou zincage, voire au sens générique la galvanisation. L'acier galvanisé est utilisé dans l'automobile, la construction, l'électroménager, les équipements industriels, etc. Le zingage du fer est la plus grosse utilisation du zinc.

Les deux principales techniques qui permettent de produire l'acier zingué ou du fer galvanisé sont :

• Le zincage ou « galvanisation à chaud » de produits finis correspond au trempage de l'acier ou du fer préalablement décapé, dans un bain de métal fondu, ici du zinc en fusion à 450 °C. Ce procédé d'immersion dans le métal fondu, analogue au principe traditionnel d'étamage, a été adapté, amélioré, et breveté par l'ingénieur français Stanislas Sorel en 1837 ; l'alliage de surface a une épaisseur de 40 à 200 μm en quelques minutes ; la couche ainsi formée est dure mais ne supporte pas d'être déformée, par exemple par pliage ou emboutissage.
• L'électrozingage, ou zincage par galvanoplastie ou encore « galvanisation » au sens strict ou premier, consiste en une électrolyse en solution aqueuse où l'acier ou le fer à zinguer sont placés à la cathode (pôle négatif) dans un bain type de chlorure de zinc contenant des ions Zn²⁺, très souvent complexés par un ligand type cyanure, à une concentration allant de 30 à 40 g·L⁻¹. Les cations conducteurs du bain d'électrolyse se déposent sous forme de zinc à la surface de l'acier (et non d'un alliage comme avec le processus du trempage). Les cations Zn²⁺ sont régénérés à l'anode de zinc qui s'oxydent simultanément au cours du processus. Ce procédé de dépôt d'une mince couche de zinc sur une tôle ou plaque de fer s'est surtout développé après 1880. Son intérêt est de maîtriser l'épaisseur de la couche de zinc qui se dépose, souvent limitée à 10 µm, au choix sur une seule face de la pièce ou sur les deux.

Citons également parmi d'autres techniques de dépôt, la shérardisation, c'est-à-dire le chauffage du fer dans du zinc pulvérulent, c'est-à-dire de la poudre fine de zinc, et la « métallisation Schoop », c'est-à-dire la pulvérisation de fines particules chauffées de zinc sur le métal à recouvrir.

La phosphatation au zinc ou « phosphatation cristalline » consiste à effectuer un dépôt superficiel d'une couche, protectrice et adhérente au métal, de phosphate de zinc. La pièce métallique d'acier ou à base de fer est par exemple placée en immersion dans une solution aqueuse acide d'hydrophosphate de zinc Zn(H₂PO₄) et d'acide phosphorique H₃PO₄, bain préalablement chauffé à une température entre 40 °C et 100 °C, en présence d'agent(s) oxydant(s).

Piles et batteries électriques

Le corps simple métal zinc est un des deux composants permettant le fonctionnement des piles tant salines qu'alcalines. Une batterie zinc-ion (aussi dite batterie Zn-ion ou ZIB en abrégé) est en développement depuis les années 2010, à base d'ions zinc (Zn ²⁺) comme porteurs de charge. Plus précisément, les ZIB utilisent du Zn comme anode, des matériaux d'intercalation de Zn comme cathode et un électrolyte, éventuellement aqueux contenant du Zn offrant une sécurité très élevé, une faible toxicité et laissant espérer des coûts finaux plus bas.

Monnaie

Des pièces de monnaie ont été ou sont encore en zinc ; ce sont surtout des pièces frappées pendant la Seconde Guerre mondiale et des monnaies de nécessité.

En 1943, la pièce américaine d'un penny est simplement une rondelle d'acier emboutie et zinguée. Au cours des décennies de croissances ultérieures, le « one pence » est entièrement en cuivre pur. Après 1982, la petite pièce pesant 2,5 g n'est plus fabriquée seulement en cuivre. Il s'agit d'un cœur en zinc, en réalité un alliage de zinc à 0,8 % de cuivre, placé dans une coquille protectrice de cuivre, le zinc représentant 97,5 % de la masse totale.

Alliage

Le zinc est utilisé pur ou bien pour réaliser divers alliages, dont les principaux sont :

• avec le cuivre : le laiton connu depuis la préhistoire ; les maillechorts avec le nickel.
• avec l'aluminium : le Zamak nom déposé avec le brevet en 1926 par la New Jersey Zinc Company ou le Kayem de l'Imperial Smelting Company. Ces produits ne diffèrent que par leur teneur en cuivre et la présence ou non de magnésium. Ils sont utilisés pour confectionner des pièces moulées (automobile, équipements ménagers, pièces industrielles, carters).

Couverture et construction

Couverture en zinc à joint-debout (Toruń, Pologne).

On emploie et façonne le zinc pour la couverture des bâtiments et en zinguerie, pour les abergements, brisis, les chéneaux et les descentes d'eaux pluviales, les faîtières, les gouttières, les noues, les revêtements de toit ou couverture en joint debout, les rives, les solins.

Agriculture

Il est aussi utilisé en agriculture, comme apport d'oligo-élément, essentiellement en zone de sols fortement calcaires.

La culture la plus sensible à la carence ou insuffisance en zinc est probablement le maïs.

Des symptômes d'insuffisance apparaissent aussi sur la plupart des arbres fruitiers, plus rarement sur la vigne. Les légumes sont moins sensibles, hormis les asperges, les aubergines, les oignons et les pommes de terre.

Les apports, préventifs ou curatifs, se font sur le sol — et il faut alors veiller à la durée de la disponibilité pour les plantes — ou par pulvérisation foliaire.

Pour exemple, les besoins annuels pour le maïs se situent autour de 300 à 500 grammes de zinc par hectare.

Traitement du bois

L'arséniate de cuivre et de zinc ammoniacal ACZA ou d'autres dérivés similaires sont utilisés en traitement du bois pour sa préservation.

Thérapeutique

Grâce à ses vertus thérapeutiques, le zinc peut être utilisé pour le traitement des dermatoses (acné, érythème fessier), en particulier sous forme d'oxyde de zinc, car il possède des propriétés cicatrisantes et anti-inflammatoires.

Sous le nom de zincum metallicum, il est utilisé en homéopathie.

Matériau pour récipients et ustensiles divers

Le zinc a été utilisé pour transporter divers liquides ou solides.

Seau à charbon.

Agent métallique réducteur

Le zinc peut précipiter l'or ou l'argent des cuves de cyanuration, lors des traitements métallurgiques finaux du minerai aurifère ou argentifère. Il s'agit d'une réaction de déplacement.

2 Na[Ag(CN)₂] _{complexe de cyanure d'argent} + Zn _{métal poudre} → Na₂[Zn(CN)₄] _{complexe de zn} + 2 Ag _{argent métal naissant qui précipite}

Le zinc est faiblement présent, souvent à hauteur d'une teneur de 1 % à 2 %, dans certaines préparations d'alliages dentaires, du type Ag₃Sn. Le zinc présent durant le procédé d'élaboration, piège l'oxygène.

Toxicologie, écotoxicologie

Tous les sels de zinc, obtenus par contact du métal avec des acides ou matières organiques, sont toxiques. C'est pourquoi le métal zinc a été proscrit très tôt en cuisine.

Si le zinc est un oligoélément à faible dose, il reste un élément toxique à fortes doses, autant que par ses poussières métalliques, ses vapeurs d'oxyde de zinc, le chlorure de zinc irritant pour les muqueuses et la peau, ses divers sels solubles vénéneux qui induisent par ingestion diarrhées, vomissements, nausées...

Un jus de fruit stocké inconsidérément au frais plus d'une journée dans un bac en tôle galvanisé ou en zinc peut capter par une lente action des acides organiques jusqu'à 500 mg de Zn assimilable par kilogramme. Ce qui est suffisant pour provoquer vomissement et nausées chez les enfants qui ont bu le breuvage.

L'oxyde de zinc dégagé lors de soudure provoque souvent des fièvres de métaux. Certains composés de zinc sont cancérigènes à fortes doses.

Le zinc est un élément trace dans les sols. Il est important pour la vie végétale. Mais un excès d'engrais superphosphates sur des sols pauvres amène immanquablement une déficience en zinc. Dans les terrains souillés par une surconcentration de zinc et/ou ses sels, voire dans les terrains gorgés d'engrais ou de composés zincifères, il est rare que la végétation puisse reprendre un aspect normal. Plutôt que de laisser des dépôts sauvages, il est impératif de recycler ce matériau, par ailleurs facilement recyclable.
En 2004, on a récemment découvert (à Lommel sur un site pollué par une ancienne raffinerie de zinc, la Société Métallurgique de Lommel dite «de Maatheide ») qu'il existe au moins un variant génétique d'un champignon (Suillus bovinus), naturellement résistant au zinc, et que ce champignon symbiote protège alors aussi les pins de l'écotoxicité de ce métal. Cette découverte a confirmé le rôle de champignons et des microbes symbiotes racinaires adaptés à la pollution comme « composante majeure de la stratégie de survie des arbres qui colonisent des sols contaminés ».

Oligo-élément indispensable à faible dose à la vie animale et humaine

En très faible quantité, le zinc sous forme assimilable est un oligo-élément important, indispensable aux organismes végétaux et animaux. Dûment assimilé par les organismes, il active en particulier les enzymes, influence la croissance, favorise les réactions et contrôles biochimiques au niveau des surfaces pulmonaires. Le corps humain en contient 2 à 4 g. Les besoins journaliers peuvent être estimés au moins à 15 mg pour un être humain adulte, et jusqu'à deux fois plus pour une femme allaitante.

Le zinc est contenu dans diverses levures (jusqu'à 100 mg par kilogramme), dans la viande rouge bovine (de l'ordre de 50 mg à 120 mg par kilogramme), mais aussi dans une multitude d'aliments commercialisés. La biodisponibilité du zinc d'origine végétale est parfois remise en cause. Or s'il est vrai que les végétaux contiennent des antinutriments qui diminuent l'absorption du zinc, les carences en zinc ne semblent pas plus courantes pour les véganes.

Les légers excès de Zn sont éliminés par la sueur, il ne semble pas exister de forme de stockage de ce métal dans l'organisme humain. Une carence patente en zinc est notée dans près d'un tiers de la population mondiale, essentiellement liée à la sous-nutrition.

Des données récentes montrent qu'il peut aussi y avoir des carences dans les populations de pays riches lié à une alimentation mal équilibrée, chez l'enfant et la personne âgée. De jeunes Américains, refusant la consommation de viandes sans rechercher les apports d'oligo-éléments appropriés et complémentaires des végétariens et végétaliens, présentaient une déficience en zinc avant les années 1990. Mais la plus grande zone de carences concernait les territoires ruraux de l'Égypte et de l'Iran où l'alimentation traditionnelle à base de céréales et de légumes rejetait l'intervention intermédiaire des levures et ferments (pain azyme, sans levain, pâtes non levées ou non fermentées)^{[réf. nécessaire]}. Certains composés chimiques des céréales, les composés phosphorés de fibres nommés phytates, tendent en effet à complexer différents métaux oligo-éléments comme le zinc, qui, même présent dans l'aliment céréale, ne devient plus assimilable (ou très peu assimilable). Les ferments agissant en amont libèrent a contrario le zinc des céréales et légumes^{[réf. nécessaire]}.

Dès les années 1980, le déficit en zinc est reconnu comme un problème de santé publique mondiale.^{[réf. nécessaire]}

Un déficit, même léger, a un impact sur certaines fonctions, dont immunitaires responsable de la défense vis-à-vis de certaines infections. Concrètement, les blessures guérissent difficilement. Le déficit chronique peut induire une sensibilité accrue à certaines infections bactériennes (pneumonie) ou virales (diarrhées, infections des voies respiratoires), des troubles de la croissance des enfants et adolescents, des retards sexuels.

Le zinc est important pour la santé reproductive (spermatogenèse) et peut être un traitement efficace dans certaines formes d'acné.

Les déficiences en zinc sont souvent préoccupantes dans les élevages de porcs et de volailles.

Enfin, les carences en zinc infligent une double peine aux patients exposés à la pollution des sols remis en culture par forçage productif, car le cadmium et autres métaux lourds fortement toxiques prennent facilement sa place dans l'organisme^{[réf. nécessaire]}. Ainsi les premières victimes nippones de la maladie de itai-itai étaient d'abord de pauvres personnes déficientes en Zn, risquant la dénutrition complète si elles ne suivaient pas l'ordre autoritaire de production moderne par des moyens chimiques et artificiels^{[réf. nécessaire]}.

Toxicité : au-delà d'une certaine dose, le zinc est toxique et polluant

Gruaux d'avoine empoisonnés au phosphate de zinc, colorés en gris par sécurité par rapport au produit de base à droite, utilisés dans les années 1970 pour détruire les colonies d'écureuils au voisinage des champs d'orge de Fresno (Californie).

Le zinc est l'un des éléments traces métalliques qui devient un contaminant et un polluant au-delà des doses qui le rendent écotoxique (qui varient selon les espèces, et le contexte ; par exemple il est plus mobile et biodisponible en milieu acide qu'en milieu basique). On l'a d'abord constaté dans et autour des raffineries de zinc où seules quelques espèces résistent bien aux sols contaminés par ce métal. Le zinc du sol (ou apporté par l'eau, l'air ou des boues d'épuration) peut à certaines doses s'avérer écotoxique pour des plantes cultivées PM(soja par exemple).

Des inquiétudes se sont récemment manifestées quant aux effets de nanoparticules d'oxyde de zinc sur les cultures. Elles se sont montrées (chez le soja) expérimentalement exposé — sous serre — à des nanoparticules de zinc) non toxiques pour la plante (à la différence du dioxyde de cérium), mais capables de s'y bioaccumuler dans les parties comestibles (feuilles et graine).

Le zinc est détecté et quantifié dans le sol, par des moyens de plus en plus précis.

Difficulté de la bioindication : cas des moules et des huîtres

Les huîtres, aux chairs à hautes teneurs en calcium, révèlent un puissant pouvoir de (sur)concentration des oligoélements et autres éléments disséminés dans les eaux de nourrissage. Au contraire, les moules, à l'instar d'autres coquilles, stockent le calcium dans leurs coquilles. Les deux espèces régulent parfois efficacement les teneurs des éléments en excès, surtout si ceux-ci sont potentiellement des oligo-éléments et non des éléments toxiques à facteur d'accumulation irrémédiable comme le plomb, le mercure ou le cadmium.

Le chimiste australien Ben Selinger a rapporté les rejets de zinc toxiques de la raffinerie industrielle de la compagnie Electrolytic Zinc Co, installée sur la rivière Derwent, près d'Hobart, en Tasmanie. En 1972, les eaux de la rivière étaient alors également polluées à moindre mesure par le cadmium (compagnon minier du zinc), le mercure des quelques industries papetières en amont. Et les huîtres à l'embouchure avaient mauvaise réputation, puisqu'une demi-douzaine bien fraîches pouvaient causer en pratique vomissements et nausées. La cause du rejet de l'organisme était la présence de Zn, en moyenne jusqu'à un maximum autour de 1 000 mg par kg, comme le prouvait l'analyse chimique.

Malgré le déni des autorités, l'accident du minéralier « Lake Illawara » s'écrasant le 5 janvier 1975 contre le pont de la Derwent et se cassant en deux alors qu'il était chargé de minerais enrichis de zinc n'était pas sans action sur le taux de polluants des eaux. Les milliers de tonnes de matière non draguées et dispersées contribuaient alors à augmenter, par dissolution et dilution lentes, la teneur du milieu ripuaire en aval du port, et surtout du milieu marin, parfois à des centaines de kilomètres via les courants, malgré la mise en place de zones théoriques d'observations et de contrôle biologiques considérablement plus réduites. En 1988, les concentrations des eaux dûment surveillées de l'estuaire du Derwent étaient redevenues officiellement légales, et les coquilles et mollusques consommables, d'après les mesures référentielles des moules affichant un supremum de zinc légèrement inférieur 40 mg par kg. En réalité, l'écosystème était revenu peu ou prou à l'état de pollution d'avant l'an 1975. Et le plus surprenant est que la population des huîtres de l'estuaire, dont une partie étaient toujours aussi immangeables à l'instar de celles de 1972, n'étaient pas mortes. Tout s'était passé comme si les fortes concentrations de Zn et de cuivre avaient protégées la population des mollusques bivalves des effets des teneurs en éléments encore plus toxiques, tels que le cadmium, mercure.

Économie du zinc : réserve, production

Le zinc est aujourd'hui un métal non-ferreux commun et important, mais souvent lointain troisième ou quatrième après l'aluminium, le cuivre et le plomb.

Les réserves mondiales estimées de zinc étaient de 250 millions de tonnes en 2010, détenues notamment par l'Australie (21,2 %) et la Chine (16,8 %). La production mondiale s'est élevée en 2010 à 12 millions de tonnes, assurée essentiellement par la Chine (29,2 %), le Pérou (12,7 %) et l'Australie (12,1 %). La mine de Red Dog, en Alaska, est l'une des plus grandes exploitations de zinc à ciel ouvert.

Environ 30 % du zinc mondial provient du recyclage.

Quelques données économiques

La production métallurgique mondiale en 2013 :

	Pays	Production	% mondial
1	Chine	5 300 000 t	40,8 %
2	Corée du Sud	885 000 t	6,8 %
3	Inde	760 000 t	5,8 %
4	Canada	651 600 t	5 %
5	Japon	587 300 t	4,5 %
6	Espagne	521 000 t	4 %
7	Australie	504 000 t	3,9 %
8	Pérou	346 800 t	2,7 %
9	Mexique	322 800 t	2,5 %
10	Kazakhstan	320 100 t	2,5 %
11	Finlande	311 700 t	2,4 %
12	Pays-Bas	257 000 t	2 %
13	Belgique	252 000 t	2 %
14	Brésil	242 000 t	1,9 %
15	États-Unis	233 000 t	1,8 %
Total monde		13 000 000 t	100 %

La production minière mondiale en 2022:

	Pays	Production	% mondial
1	Chine	4 200 000 t	32,3 %
2	Pérou	1 400 000 t	10,8 %
3	Australie	1 300 000 t	10,0 %
4	Inde	830 000 t	6,4 %
5	États-Unis	770 000 t	5,9 %
6	Mexique	740 000 t	5,7 %
7	Bolivie	520 000 t	4,0 %
8	Russie	280 000 t	2,2 %
9	Canada	250 000 t	1,9 %
10	Suède	240 000 t	1,8 %
11	Kazakhstan	200 000 t	1,5 %
12	Autres	2 270 000 t	17,5 %
Total monde		13 000 000 t	100 %

La consommation mondiale de zinc en 2022 a été de l'ordre de 13,5 millions de tonnes :

Tendance de la production mondiale

• Asie 5 057 kt (kt = milliers de tonnes)
• Europe 2 840 kt
• Amériques 2 113 kt
• Océanie 263 kt
• Afrique 193 kt

Total 10 466 kt

Au début des années 1990, le quart de la production mondiale de minerais de zinc était assuré par l'Amérique du Nord. La Chine, avec 16 % et l'Australie représentaient le second théâtre de cette production minière mondiale. Les premières places pour la production mondiale de zinc revenaient alors à la Chine avec 18 % et au Canada, avec 10 % de l'ensemble, deux pays par ailleurs fortement exportateurs.

Durant ces années, les États-Unis représentaient le premier consommateur et importateur de zinc, suivi par l'Europe occidentale avec en premier, l'Allemagne, en second l'Italie, en troisième place, la France.

Commerce

Le zinc est un des métaux non ferreux cotés à la bourse des métaux de Londres. Son prix au comptant, exprimé en $, est cyclique : entre 1994 et 2005, il a varié entre 725 $/t et 1 760 $/t. En 2006, il a dépassé les 3 000 $/t.

En 2014, la France est nette importatrice de zinc, d'après les douanes françaises. Le prix moyen à la tonne à l'import était de 600 €.

Calendrier

Dans le calendrier républicain, Zinc était le nom donné au 28^e jour du mois de nivôse.

Bibliographie

• David Van Reybrouck (trad. du néerlandais par Philippe Noble), Zinc [« Zink »], Arles, Actes Sud, 2016, 80 p. (ISBN 978-2-330-06920-9)
• Noël Dreulle, Paule Dreulle, Bernard Wojciekowski, article « zinc », Encyclopædia Universalis, 2002, en particulier sur le raffinage du zinc, sur les propriétés physiques et chimiques... Quelques parties en ligne
• Paule Dreulle, Dossier sur le Zinc, Techniques de l'Ingénieur, 1983.
• Alain Foucault, Jean-François Raoult, Fabrizio Cecca, Bernard Platevoet, Dictionnaire de Géologie - 8^e édition, Français/Anglais, édition Dunod, 2014, 416 pages. Avec la simple entrée « zinc » p. 373.
• Paul Pascal, Nouveau traité de chimie minérale, Paris, Masson, 1956 (réimpr. 1966), 32 vol. (BNF 37229023)

« 5. Zinc, cadmium, mercure ; 20.1. Alliages métalliques ; 20.2. Alliages métalliques (suite) ; 20.3 Alliages métalliques (suite) »

• (en) Frank C. Porter (dir.), Zinc Handbook: Properties, Processing, and Use In Design, CRC Press, 1991, 648 pages, (ISBN 9780824783402)

Voir aussi

Articles connexes

• Acétate de zinc
• Acétate d'uranyle et de zinc
• Accumulateur nickel-zinc
• Anode sacrificielle
• Bromure de zinc
• carence en zinc : dysgueusie, polydipsie
• Réaction carbothermique
• Chlorure de zinc
• Couvreur zingueur
• Dialkyldithiophosphate de zinc
• Diméthylzinc
• Diéthylzinc
• Doigt de zinc
• Élément trace métallique
• Extraction du zinc
• Galvanisation,
• Galvanisation à chaud, Procédé de Sendzimir
• Finition organo-minérale sur zinc
• Hydroxycarbonate de zinc
• Hydroxyde de zinc
• Iodure de zinc
• Iodate de zinc
• ions zinc piégés dans l'acide phytique
• Ionomère
• Isotopes du zinc
• Mancozèbe
• Métalloprotéinase
• Monnaie en zinc ou alliages non-ferreuxː Couronne de Bohême-Moravie, Kopecks, Pfennig, Groschen ou Schilling
• Nitrate de zinc
• firme suisse Nyrstar
• Oligo-élément
• Oxyde de zinc
• Pensée calaminaire parmi d'autres métallophytes
• Peroxyde de zinc
• Peste du zinc, corrosion destructrice
• Pile alcaline
• Pile au bichromate
• Pile au mercure
• Pile Leclanché
• Pile à l'oxyde d'argent
• Pile voltaïque, Pile à auge
• Pile Zamboni
• Pile zinc-air
• Préparation de Dalibour
• Pollution des sols
• Protoporphyrine zinc
• Phosphure de zinc
• Réaction de Barbier
• Réduction de Clemmensen
• Rouille blanche
• S.A. des Usines à Cuivre et à Zinc de Liège
• Séléniure de zinc
• Séléniate de zinc
• Société des Mines et Fonderies de Zinc de la Vieille-Montagne
• Stéarate de zinc
• Sulfate de zinc
• Sulfure de zinc
• Toiture
• Umicore
• Zinc (nutriment)
• Zinc allié
• Zinc natif
• Zinc pyrithione
• Zincographie
• Zingage ou Zincage

Liens externes

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• (fr) Tableau périodique des éléments : Zn
• (fr) Propriétés chimiques
• (fr) Courte présentation de l'élément zinc, propriétés, effet sur la santé, impact sur l'environnement
• (fr) Zinc sur Futura Sciences
• (en) International Zinc Association
• (en) ressource sur le zinc par le service géologique américain
• (en) Données sur le zinc
• (en) Images de zinc sous différentes formes
• (fr) Sculptures en fonte de zinc
• (en) « Technical data for Zinc » (consulté le 12 août 2016), avec en sous-pages les données connues pour chaque isotope
• (fr) Une petite histoire du zinc par un producteur européen
• (en) Petite initiation à la chimie du zinc, par exemple réaction du Zn avec S et I₂
• (en) Initiation au zinc pour anglophones, nommé "extraction of zinc" et commençant par l'extraction du minerai zincifère
• (en) Zinc works at Swansea, film britannique sur les anciennes techniques de fusion et la pénibilité du travail en procédé batch vers 1950

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Métaux alcalins	Métaux alcalino-terreux	Lanthanides	Métaux de transition	Métaux pauvres	Métalloïdes	Non-métaux	Halogènes	Gaz nobles	Éléments non classés
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