اکسید روی

اکسید روی

1-مقدمه

اکسید روی یک ترکیب معدنی با فرمول شیمیایی ZnO می باشد. این ماده ی شیمیایی پودری سفید رنگ است که در آب نامحلول است. ZnO دارای کاربردهای فراونی می باشد, برای مثال به عنوان یک افزودنی در محصولاتی مانند لوازم آرایشی، مکمل های غذایی، لاستیک، پلاستیک، سرامیک، شیشه، سیمان، روان کننده ها، رنگ ها، پمادها، چسب ها، درزگیرها، رنگدانه ها، غذاها، باتری ها، فریت ها، مواد ضد حریق و غیره استفاده می شود؛ با توجه به این کاربرد های گسترده, میزان برداشت طبیعی این نمک پاسخگو نبوده و بیشتر اکسید روی مصرفی به صورت مصنوعی تولید و سنتز می شود.

ZnO یک نیمه رسانای شکاف پهن باند از گروه نیمه هادی II-VI می باشد. (منظور از شکاف, همان شکاف های سطوح الکترونی است). سایر خواص مطلوب این ترکیب عبارتند از: شفافیت خوب، تحرک الکترون بالا، شکاف باند وسیع و درخشندگی قوی در دمای اتاق. این ویژگی ‌ها ZnO را برای انواع کاربردهای نوظهور ارزشمند می‌سازد: الکترودهای شفاف در نمایشگرهای کریستال مایع، پنجره‌ های صرفه‌ جویی در انرژی یا محافظ گرما، و الکترونیک به عنوان ترانزیستورهای لایه نازک و دیودهای ساطع کننده ی نور و غیره از جمله این موارد می باشند.

2- تاریخچه

به طور کاربردی، ترکیبات روی احتمالاً توسط انسان های اولیه، به شکل های فرآوری شده و فرآوری نشده، به عنوان رنگ یا موادی با خاصیت دارویی استفاده می شده است. استفاده از ماده ای به نام پوشپنجان، که احتمالاً همان اکسید روی بوده است، به‌عنوان مرهم و دارویی برای چشم ‌ها و زخم‌ های باز، در متون پزشکی هندی مربوط به 500 سال قبل از میلاد یا قبل تر از آن، ذکر شده است. 
از جهت تولید نیز رومی ها در اوایل 200 سال قبل از میلاد مسیح مقادیر قابل توجهی برنج (آلیاژی از روی و مس) را با فرآیند سیمان سازی تولید کردند که در آن مس با اکسید روی واکنش داده می شده است. 

3- کاربرد ها

1-3- تولید لاستیک

بیش از نیمی از اکسید روی مصرفی در صنعت لاستیک استفاده می شود. اکسید روی همراه با اسید استئاریک در فرایند ولکانیزه کردن لاستیک ها استفاده می‌ گردد. افزودنی‌ های ZnO همچنین از لاستیک در برابر قارچ ‌ها و نور UV محافظت می کنند.

2-3- صنعت سرامیک

در ترکیبات لعاب سرامیکی و فریت از این نمک روی استفاده می گردد. ظرفیت گرمایی نسبتاً بالا، رسانایی حرارتی و پایداری دمایی بالای اکسید روی همراه با ضریب انبساط نسبتاً پایین از خواص مطلوب در تولید سرامیک است. ZnO بر نقطه ذوب و خواص نوری لعاب ها و فرمولاسیون های سرامیکی تأثیر می گذارد. 

3-3- دارو

ترکیب اکسید روی به صورت مخلوط با حدود 0.5 درصد اکسید آهن (III) (Fe2O3) کالامین نامیده می شود و در لوسیون کالامین استفاده می شود. هنگامی که با اوژنول مخلوط می شود، اکسید روی اوژنول تشکیل می شود که به عنوان یک ماده ی ترمیمی و پروتز در دندانپزشکی کاربرد دارد.
ZnO، ذرات ریز اکسید دارای خواص بو زدایی و ضد باکتریایی هستند و به همین دلیل به موادی از جمله پارچه پنبه ای، لاستیک، محصولات مراقبت از دهان و بسته بندی مواد غذایی اضافه می شوند.
اکسید روی در محصولات دهانشویه و خمیردندان ها به عنوان یک عامل ضد باکتری برای جلوگیری از تشکیل پلاک و تارتار و برای کنترل بوی بد دهان با کاهش گازهای فرار و ترکیبات گوگردی فرار در دهان استفاده می گردد.
اکسید روی به طور گسترده ای برای درمان انواع بیماری های پوستی، از جمله درماتیت آتوپیک، درماتیت تماسی، خارش ناشی از اگزما، بثورات پوشک و آکنه استفاده می شود. اکسید روی نیز اغلب به کرم های ضد آفتاب اضافه می شود.

بسیاری از کرم های ضدآفتاب از نانوذرات اکسید روی (همراه با نانوذرات دی اکسید تیتانیوم) استفاده می کنند، زیرا چنین ذراتی, سبب پراکنده شدن نور نمی شوند و بنابراین سفید به نظر نمی رسند. نانوذرات بیشتر از ذرات اکسید روی با اندازه معمولی جذب پوست نمی‌شوند و فقط در بیرونی ‌ترین لایه ی پوست جذب می ‌شوند اما در بدن جذب نمی ‌شوند. برای اطالاعات بیشتر در ارتباط با مواد نانو, می توانید به مقالات نانو مواد در سایت فروشگاه مواد شیمیایی اُشیم مراجعه نمایید.

4-3- سایر موارد

زمینه هایی چون تهیه ی رنگدانه ها, افزودنی مواد غذایی, فیلترهای سیگار, روکش کردن یا کوتینگ, وسایل الکترونیکی و ... نیز از کاربردهای این ماده ی شیمیایی می باشد.

4- واکنش ها

1-4- انحلال در اسید و باز

نمک اکسید روی یک اکسید آمفوتریک می باشد و تقریباً در آب نامحلول است، اما در اکثر اسیدها مانند اسید کلریدریک حل می شود:

همچنین این اکسید در قلیاها نیز حل می شود و ترکیبات حاوی روی محلول را به دست می آید:

2-4- واکنش با اسید های چرب

این نمک روی, به آرامی با اسید های چرب موجود در روغن واکنش می دهد و کربوکسیلات های مربوطه مانند اولئات یا استئارات را تولید می کند. 

3-4- واکنش با کلرید روی

هنگامی که این نمک معدنی با یک محلول آبی قوی از کلرید روی مخلوط می شود، محصولات سیمان مانندی را تشکیل می دهد. این ملات سیمانی در دندانپزشکی ها دارای کاربرد می باشد.

4-4- تجزیه

نمک اکسید روی در دمای حدود 1975درجه سانتیگراد با فشار اکسیژن استاندارد به بخار روی و اکسیژن تجزیه می گردد. 
در یک واکنش کربوترمیک (حرارت دادن با کربن) این اکسید را در دمای بسیار پایین‌ تر (حدود 950 درجه سانتیگراد) به بخار روی تبدیل می‌کنند.

5- روش تولید

نمک اکسید روی توسط سه فرآیند اصلی تولید می‌شود: 

1-5- فرآیند غیر مستقیم

در طی فرآیند غیرمستقیم یا روش فرانسوی، فلز روی در یک بوته گرافیتی ذوب شده و در دمای بالاتر از 907 درجه سانتیگراد (معمولاً حدود 1000 درجه سانتیگراد) تبخیر می شود. بخار روی با اکسیژن موجود در هوا واکنش داده و اکسید روی را حاصل می دهد که با کاهش دما و درخشندگی همراه است. سپس ذرات حاصل شده ی اکسید روی به داخل یک مجرای خنک کننده منتقل شده و در یک کیسه جمع آوری می شوند. محصول این فرایند معمولاً از ذرات اکسید روی آگلومره شده با اندازه متوسط 0.1 تا چند میکرومتر تشکیل شده است. بیشتر اکسید روی جهان از طریق این فرآیند تولید می شود.

2-5- فرآیند مستقیم

فرآیند مستقیم یا روش آمریکایی با کامپوزیت ‌های روی مختلف، مانند سنگ معدن روی یا محصولات فرعی ذوب آغاز می ‌شود. مواد پیش ساز حاوی روی با حرارت دادن توسط منبعی کربن مانند آنتراسیت جهت تولید بخار روی کاهش می یابند (کاهش کربوترمال) که در فرآیند غیرمستقیم اکسید می شود. به دلیل خلوص پایین تر ماده ی اولیه در این روش، محصول نهایی نیز در فرآیند مستقیم از کیفیت پایین تری نسبت به غیرمستقیم برخوردار است.

3-5- فرآیند شیمیایی مرطوب

این روش, مقدار کمی از تولیدات صنعتی را شامل می شود. این فرایند با محلول های آبی نمک روی شروع می شود که از آن کربنات روی یا هیدروکسید روی رسوب می شود, سپس رسوب جامد در دمای حدود 800 درجه سانتیگراد کلسینه می گردد.

6- تحقیقات جدید

همانطور که گفته شد امروزه با روی کار آمدن علم نانو, بسیاری از مطالعات علمی در این زمینه صورت می گیرد. محققان ایرانی نیز پژوهشی با عنوان " خاصیت ضدمیکروبی نانوذرات اکسید روی" در نشریه ی علمی بیماریهای عفونی و گرمسیری ایران به چاپ رسانده اند.

7- روش نگهداری

پودر بسیار ریز این ماده می تواند دچار اشتعال گردد, لذا در محل نگهداری این ماده بایستی حتما از تجهیزات اطفا حریق استفاده نمود. همچنین با توجه به اندک خطری که برای سلامتی دارد, بهتر است در محلی که دارای تهویه ی مناسب است نگهداری گردد.

8- ایمنی

نمک اکسید روی, ترکیبی غیر سمی است، با این حال، استنشاق بخارات اکسید روی، مانند زمانی که روی یا آلیاژهای روی ذوب شده و در دمای بالا اکسید می شوند، خطرناک است. قرار گرفتن در معرض اکسید روی موجود در هوا، که همچنین هنگام جوشکاری فولاد گالوانیزه (روکش شده) رخ می دهد، می تواند منجر به بیماری به نام تب دود فلز شود. به همین دلیل، معمولاً فولاد گالوانیزه جوش داده نمی‌شود، یا ابتدا روی موجود در آن حذف می‌ شود.