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 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 Mg. C'est le le plus abondant dans l'écorce terrestre. Il possède cinq isotopes naturels stables.
Le zinc est un élément de la première série des éléments de transition, un élément du groupe 12 et de période 4. Il fait partie du "groupe du zinc" ou groupe IIB qui comprend par ordre de numéro atomique Zn, Cd et Hg caractérisés par deux électrons s au-delà d'un niveau d complet. La configuration électronique du cadmium est [Ar](3d)(4s). Zinc et cadmium sont des métaux électropositifs assez similaires, alors que le mercure présente une réactivité encore plus faible et un caractère métallique encore plus noble. Pour les chimistes, le groupe du zinc, comportant des métaux insolubles dans l'eau aux points de fusion et d'ébullition assez bas, aux petits rayons ioniques, ayant tendance à former des complexes se distinguent nettement des alcalino-terreux.
Le zinc est environ 600 fois plus abondant que le cadmium, environ 1500 fois plus abondant que le mercure.
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'autre minerais de cuivre et/ou d'étain qui permettaient de fabriquer divers laitons et/ou des bronzes sophistiqués.
Les Anciens qui connaissaient la cadmeia, cadmia ou calamine (minerai carbonaté de zinc) paraissent avoir connu le corps simple zinc obtenu dans des conditions strictement réductrice, Homère cite ce composant du laiton, et des bracelets de zinc probablement mis en forme à chaud ne sont pas inconnus en Grèce continentale, par exemple ceux découverts dans les mines de Camaros, .
La métallurgie indienne produit abondamment du zinc purifié dès le . 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 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. L'industrie du zinc se développe progressivement du milieu du 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 Vielle-montagne près de Liège. 
Le métal zinc est utilisé comme anode dans les premières piles à empilement métallique, par exemple les piles voltaïques au début du .
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 de conduction d'eau 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.
L'adjectif zincifère qualifie corps ou matière qui contiennent du zinc de manière significative. Le zinc est une ressource non renouvelable. Le zingueur est l'ouvrier qui manipule, taille et met en forme les feuilles de zinc, dans le bâtiment. Le "plombier-zingueur" désigne un plombier qui est également zingueur, la zinguerie désigne l'ensemble des activités concernant le zinc .
Ce métal importé d'Asie lointaine dès le se nomme en pratique "étain des Indes".
C'est le savant Paracelse tenant de l'iatrochimie qui donne le nom latin et savant "zincum", à ce qu'il affirme être désormais un métal par l'étude de ces qualités chymiques et sa nouvelle classification. Le mot latin est le calque du terme alémanique ' ou ' qui signifie « pointe acérée » ou « dent », dans la théorie iatrochimique des pointes acides, expliquant l'acidité avec la sensation sur la langue, et concrètement dans la vie paysanne fourchon, structures fourchées ou formes hachée, découpées ou hachurées. Une autre explication complémentaire proposé par Paracelse, friand d'association de "morphologies naturelles", est lié 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 dentrites ou "Zinken" 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 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 au début du , avec le verbe zinguer, les mots dérivés (parfois de plus en plus polysémiques) "zingueur", "zinguerie" (1870, Larousse), "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' »).
Dans les années 1873 à 1876, les écrivains français consignant l'expression populaire, aussi bien Zola que Huysmans, nomme "zinc" la surface propre de bar anglais ou le revêtement brillant de comptoir souvent étamé ou cuivré, plus rarement zingué.
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.
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, Zn, Zn, Zn, Zn et Zn, et constituent l'ensemble du zinc, le plus abondant étant Zn (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 Zn avec une demi-vie de 244,26 jours, suivis du Zn 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.
Le zinc est un élément moyennement abondant. 
Le clarke s'élève entre et par tonne selon les estimations.
Le zinc natif est un métal natif très rare. L'élément zinc est présent dans de très nombreux minéraux.
Le principal minerai est la "blende" au sens générique, minerai à base de sphalérite, le sulfure de zinc α. 
Le minerai qui est le plus utilisé est le sulfure de zinc appelé blende ou sphalérite (ZnS). Le mot blende, désormais abandonné dans la littérature minéralogique, provient du mot allemand "blenden" : « aveugler, éblouir, tromper ». 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 β a la même composition chimique mais cristallise dans le système hexagonal : c'est le polymorphe de haute température de ZnS.
Sous l’ancien vocable de calamine, par ailleurs impropre en minéralogie, ont été rassemblées la smithsonite (carbonate de zinc : ZnCO) et l'hémimorphite (silicate de zinc : ZnSiO(OH) , HO), mais aussi l'hydrozincite 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.
Autres minéraux plus rares ou parfois moins facilement exploitables : 
Ce sont des gisements magmatiques 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 aux États-Unis, au Canada, en Russie (CEI), en République Démocratique du Congo, au Zimbabwe, au Mexique, au Japon, au Maroc, en Espagne, en Suède et dans les Balkans. Leur teneur minimum était de 40 kg par tonne.
Le zinc est un métal brillant, gris bleuté à blanc légèrement teinté en bleu-gris, de 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 des propriétés anisotropes.
Le zinc est polymorphe, la forme α stable à températures inférieures à qui est celle du zinc natif, la forme β transitoire entre et , et la forme γ aux plus fortes températures. 
Le métal est fragile et cassant à température ordinaire. Il n'est ductile et malléable qu'entre et , voire . 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 6,87 et elle peut s'élever par martelage jusqu'à 7,2 (zinc écroui). Mais au-delà de , la matière zinc redevient cassante et il est alors aisée vers de la pulvériser dans un mortier.
Ce métal est assez bon conducteur de la chaleur et de l'électricité, de l'ordre de des conductivités thermique et électrique du cuivre. 
Le corps simple zinc fond au-dessus de et bout vers . 
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 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 en laissant des flammèches blanches éclatantes qu'utilisent les "étoiles" des feux d'artifices. 
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. Elle présente 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'artifices. 
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 , des sulfates alcalins ou alcalino-terreux, comme ou attaquent le métal. 
Le zinc est soluble facilement dans les acides forts et dans les bases fortes, avec dégagement de gaz hydrogène. 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 ː
Le dégagement de gaz dihydrogène est plus important en cas de chauffage à ébullition avec la soude ou la potasse caustique. Pousser jusqu'à dessication du mélange, il ne reste plus qu'un résidu d'oxyde de zinc et d'alcalis solides (soude ou potasse caustique). 
Le zinc réagit avec l'eau bouillante sous pression, à une température supérieure à , en libérant de l'hydrogène. 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.
Le zinc est inaltérable à froid dans l'air sec. La surface du zinc se ternit à l'air. Le zinc peut réagir avec les éléments ambiants : humidité, oxygène, dioxyde de carbone, etc, pour former une "patine". 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 . Le composé le plus connu est l'hydrozinguite . 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 sucré 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.
La production de zinc à partir de minerai (blende) est effectuée dans deux filières technologiques distinctes :
Les opérations du procédé pyrométallurgique sont : 
Les opérations du procédé hydrométallurgique sont :
Le zinc est laminé en feuilles minces, qui peuvent atteindre d'épaisseur. 
Il existe des alliages importants, comme les laitons ou le cuivre jaune, les maillechorts , les alliages pour soudures, le prestal très résistant, le tombac, le zamak, le zicral... voire les zinc alliés
Le zinc existe essentiellement aux états d'oxydation 0 et II. À l'état 0, c'est presque exclusivement un réducteur. À l'état II, il possède des propriétés acidobasique, il intervient dans des complexes, et possède une chimie organométallique.
Le zinc est moyennement réactif, qui se combine avec l'oxygène, le soufre et d'autres non-métaux, et qui réagit avec des acides dilués en dégageant de l'hydrogène. Le zinc est chalcophile.
L'état d'oxydation le plus commun du zinc est +II (appelé ion zincique). 
L'obtention d'un précipité de , 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. 
Avec un E° de -0,7 V ENH, le zinc est un métal qui réduit 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. 
La réduction d'autres ions métalliques est utilisée :
Les ions Zn réagissent vers pH 5 - 6 avec les ions hydroxydes pour donner un précipité d'hydroxyde de zinc Zn(OH). L'hydroxyde formé réagit avec des ions H pour redonner Zn (à ce titre Zn(OH) est une base) mais aussi avec des ions HO pour donner l'ion zincate ZnO (à ce titre Zn(OH) est un acide). L'hydroxyde de zinc (et l'oxyde ZnO dont il dérive par hydratation) et donc un hydroxyde (un oxyde) amphotère. 
Quelques anions précipitent les ions Zn, comme les ions HO ou CO.
Les ions Zn peuvent donner des complexes avec la plupart des ligands courant (HO, NH et les amines, les halogénures, SCN etc.).
L'ion Zn existe également dans des métalloprotéines, telles que certaines histone désacétylases.
Le zinc fut un des tout premiers métaux dont la chimie organométallique fut étudiée par Philippe Barbier. Il permet par exemple la réaction éponyme.
Le zinc n'est attaqué par les corps simples halogènes qu'à des températures assez élevées.
Tous les sels de zinc, obtenus par contact du métal avec des acides ou matières organiques, sont vénéneux. 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 forte dose, 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...
En très faible quantité, le zinc est un oligo-élément important, indispensable aux organismes végétaux et animaux. Dûment asimilé par les organismes, il active en particulier les enzymes, influence la croissance. Le corps humain en contient à . Les ouvriers des usines métallurgiques de zincage, plus souvent que les ouvriers zingueurs du bâtiment, affirment que la vie à proximité de dépôt de lames de zinc, ou de barres de zinc et/ou des cuves d'électrolyse confère une belle chevelure.
Le zinc est contenu essentiellement dans la viande rouge et 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 une alimentation mal équilibrée, chez l'enfant et la personne âgée. Un déficit, même léger, a un impact sur certaines fonctions, dont immunitaires responsable de la défense vis-à-vis de certaines infections. Il peut induire une sensibilité accrue à certaines infections bactériennes (pneumonie) ou virales (diarrhées, infections des voies respiratoires). Le zinc est important pour la santé reproductive (spermatogenèse) et peut être un traitement efficace dans certaines formes d'acné.
Le zinc est l'un des "éléments traces métalliques" qui devient un contaminant et un polluant au-delà des doses qui le rendent écotoxiques (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 ont récemment émergé quant aux effet 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.
Ces utilisations peuvent être classée en fonction de leur importance décroissante du zinc exploité dans le monde :
Le dépôt d'une mince couche de zinc en surface de l'acier le protège de la corrosion : c'est la galvanisation. L'acier galvanisé est utilisé dans l'automobile, la construction, l'électroménager, les équipements industriels, etc.
Les deux principales techniques qui permettent de produire l'acier zingué sont :
Le zingage du fer est la plus grosse utilisation du zinc.
Le zinc est un des deux composants permettant le fonctionnement des piles tant salines qu'alcalines.
Des pièces de monnaie sont en zinc ; ce sont surtout des pièces frappées pendant la Seconde Guerre mondiale et des monnaies de nécessité.
Le zinc est utilisé pur ou bien pour réaliser des alliages :
On l'emploie pour la couverture (toiture) des bâtiments, pour les brisis et pour les gouttières, les chéneaux, et les descentes d'eaux pluviales. 
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 de zinc par hectare.
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.
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 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 de tonnes, assurée essentiellement par la Chine (29,2 %), le Pérou (12,7 %) et l'Australie (12,1 %).
Environ 30 % du zinc mondial provient du recyclage.
La production métallurgique mondial en 2013 :
La production minière mondial en 2013 :
La consommation mondiale de zinc en 2004 a été de l'ordre de 10 millions de tonnes :
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 /t et /t. En 2006, il a dépassé les /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 .