هر آنچه باید در رابطه با فلز روی بدانید

در این مقاله، هرآنچه باید در مورد این فلز همه کاره و اهمیت آن در جنبه‌های مختلف زندگی بدانید را بررسی خواهیم کرد. اهمیت روی بسیار فراتر از نقش آن به عنوان یک پوشش محافظ است. این فلز نقش حیاتی در فرآیندهای بیولوژیکی مختلف ایفا می‌کند و به عنوان یک جزء ضروری برای آنزیم‌ها و پروتئین‌های متعدد در بدن انسان عمل می‌کند. پس با ما همراه باشید تا طبیعت پیچیده این عنصر را کشف کنیم!

فلز روی چیست؟

روی (به انگلیسی Zinc) یک بازیگر ضروری در صنایع متعدد و سیستم‌های بیولوژیکی است. این عنصر به عنوان فلز واسطه طبقه بندی می‌شود و در جدول تناوبی با نماد اتمی Zn نشان داده می‌شود. روی عمدتاً از مواد معدنی سولفید روی مانند اسفالریت توسط فرآیندی به نام ذوب تولید می‌شود. این فلز همه کاره به دلیل خواص منحصر به فرد و طیف گسترده‌ای از کاربردها محبوبیت قابل توجهی به دست آورده است.

روی دارای رنگ آبی مایل به سفید با ظاهری براق است. این فلز نقطه ذوب نسبتا پایین تقریباً 419.5 درجه سانتیگراد و نقطه جوش حدود 907 درجه سانتیگراد دارد. روی دارای چگالی متوسط در حدود 7.14 گرم بر سانتی متر مکعب است. این چگالی نسبتا کم آن را برای کاربردهایی که وزن یک فاکتور حیاتی است مناسب می‌کند.

روی به مقاومت عالی در برابر خوردگی شناخته شده است که آن را به یک ماده با ارزش در صنایع مختلف تبدیل می‌کند. هنگامی که در معرض هوا یا رطوبت قرار می‌گیرد یک لایه محافظ از اکسید روی یا کربنات روی در سطح خود ایجاد کرده و از خوردگی بیشتر جلوگیری می‌کند. این ویژگی همراه با مقرون به صرفه بودن، روی را به گزینه‌ای محبوب برای گالوانیزه کردن فلزات دیگر مانند فولاد تبدیل می‌کند تا از زنگ زدگی محافظت کند و طول عمر آنها را افزایش دهد.

روی شکل پذیری غیرمعمولی از خود نشان می‌دهد و به این ماده اجازه می‌دهد به راحتی به اشکال مختلف مانند ورق، سیم و میله تبدیل شود. این عنصر رسانایی حرارتی و الکتریکی خوبی نیز از خود نشان می‌دهد و در کاربردهای الکتریکی و الکترونیکی مفید است. علاوه بر این، روی را می‌توان با فلزات دیگر از جمله مس، آلومینیوم و منیزیم آلیاژ کرد تا خواص آن را ارتقا داد و آلیاژهایی با استحکام، دوام و ویژگی‌های خاص متناسب با کاربردهای خاص ایجاد کرد.

فلز روی چند ظرفیتی است؟

روی ویژگی‌های ظرفیتی جالبی را از خود نشان می‌دهد. ظرفیت به تعداد الکترون‌هایی اطلاق می‌شود که یک اتم می‌تواند از دست بدهد، به دست آورد یا به اشتراک بگذارد تا پیوندهای شیمیایی تشکیل دهد. روی در درجه اول یون‌هایی با بار 2+ تشکیل می‌دهد که به نام Zn2+ شناخته می‌شود. این بدان معنی است که روی دو الکترون را از بیرونی ترین لایه خود از دست می‌دهد تا به آرایش الکترونیکی پایدار دست یابد. یون‌های Zn2+ به دست آمده بسیار پایدار هستند و نقشی محوری در واکنش‌های شیمیایی و فرآیندهای بیولوژیکی مختلف دارند.

علیرغم تشکیل غالب یونهای Zn2+، روی همچنین می‌تواند یونهای دیگری را تحت شرایط خاص تشکیل دهد. یکی از این نمونه‌ها، تشکیل یون‌های Zn+ در حضور عوامل کاهنده قوی یا در محیط‌های با دمای بالا است. یون Zn+ دارای بار ۱+ است و در مقایسه با Zn2+ کمتر رایج است. وقوع آن اغلب به شرایط آزمایشگاهی خاص یا واکنش‌های شیمیایی تخصصی محدود می‌شود.

توانایی روی برای نشان دادن حالت‌های ظرفیت مختلف به آرایش الکترونیکی آن نسبت داده می‌شود. روی در حالت پایه خود دارای پیکربندی 3d10 4s2 با یک مدار 3d کاملاً پر شده است. این آرایش الکترونیکی پایدار باعث می‌شود روی دو الکترون خارجی خود را از دست بدهد و یون Zn2+ را تشکیل دهد. با این حال، هنگامی که در معرض شرایط خاص مانند گرمای شدید یا محیط‌های شیمیایی خاص قرار می‌گیرند، برخی از اتم‌های روی ممکن است تحت انتقال الکترونیکی قرار گیرند که منجر به تشکیل یون‌هایی با بارهای مختلف می‌شود.

فلز روی در جدول تناوبی

فلز روی در گروه 12 جدول تناوبی قرار دارد. این گروه شامل فلزات انتقالی است که دارای دو الکترون در لایه ظرفیت خود هستند. روی در جدول تناوبی به عنوان Zn نشان داده می‌شود. عدد اتمی روی 30 است و جرم اتمی آن 65.38 است. روی یک فلز نرم و براق با رنگ سفید متمایل به آبی است. روی یک فلز واکنش پذیر است و به راحتی با اکسیژن و سایر عناصر واکنش می‌دهد.

مشخصات فلز روی

در ادامه برخی از خواص فلز روی آورده شده است:

آیا فلز روی سمی است؟

روی یک ماده معدنی ضروری برای بدن انسان است که نقش مهمی در فرآیندهای فیزیولوژیکی مختلف دارد. با این حال مانند بسیاری از مواد، قرار گرفتن بیش از حد در معرض فلز روی می‌تواند اثرات نامطلوبی بر سلامت انسان داشته باشد.

مصرف مقادیر بالای روی می‌تواند منجر به سمیت روی شود. علائم سمیت روی می‌تواند شامل تهوع، استفراغ، درد شکم و اسهال باشد و در موارد شدید، می‌تواند باعث مشکلات جدی تری مانند کمبود مس، اختلال در عملکرد ایمنی و آسیب اندام شود. نهادهای نظارتی و سازمان‌های بهداشتی برای اطمینان از استفاده ایمن از روی دستورالعمل‌ها و محدودیت‌هایی را تعیین کرده‌اند. این محدودیت‌ها بسته به زمینه و کاربرد روی متفاوت است. به عنوان مثال، اداره ایمنی و بهداشت شغلی (OSHA) در ایالات متحده، حد مجاز قرار گرفتن در معرض 5 میلی گرم اکسید روی در هر متر مکعب هوای محل کار را برای یک روز کاری 8 ساعته تعیین کرده است.

در نظر گرفتن اثرات بالقوه سلامتی مرتبط با استفاده از روی در محصولات مصرفی نیز مهم است. اکسید روی و زینک پیریتیون معمولاً در محصولات مراقبت از پوست مانند کرم‌های ضد آفتاب و شامپوهای ضد شوره استفاده می‌شوند. این محصولات به طور کلی بی خطر در نظر گرفته می‌شوند اما قرار گرفتن بیش از حد و طولانی مدت با غلظت‌های بالای روی در این محصولات می‌تواند باعث تحریک پوست و واکنش‌های آلرژیک در برخی افراد شود.

استفاده ایمن به مصرف رژیم غذایی روی نیز مربوط می‌شود. مصرف روزانه توصیه شده روی به سن و جنسیت بستگی دارد. به عنوان مثال به مردان بالغ معمولاً توصیه می‌شود حدود 11 میلی گرم روی در روز مصرف کنند و زنان بالغ تقریباً به 8 میلی گرم روی نیاز دارند.

آیا فلز روی زنگ می‌زند؟

فلز روی به دلیل خواص محافظتی عالی از نظر زنگ زدگی بهتر از آلومینیوم عمل می‌کند. در این بخش مقاله فرق فلز روی و آلومینیوم را بررسی می‌کنیم و می‌بینیم که چرا روی اغلب به عنوان پوششی برای جلوگیری از خوردگی انتخاب می‌شود.

آلومینیوم به وزن سبک و دوام آن شناخته شده است اما در مقایسه با روی بیشتر در معرض خوردگی است. وقتی آلومینیوم در معرض محیط‌های مرطوب قرار می‌گیرد، فرآیندی به نام اکسیداسیون را طی می‌کند و در نتیجه لایه نازکی از اکسید آلومینیوم روی سطح آن تشکیل می‌شود. این لایه اکسیدی به عنوان یک مانع محافظ در برابر خوردگی بیشتر عمل می‌کند اما به اندازه لایه محافظ تشکیل شده بر فلز روی موثر نیست.

فلز روی، یک لایه بسیار بادوام و خود ترمیم شونده از اکسید روی را تشکیل می‌دهد که به عنوان یک پوشش قربانی برای محافظت از فلز زیرین در برابر خوردگی عمل می‌کند. این فرآیند به عنوان حفاظت گالوانیکی شناخته می‌شود. وقتی روی در معرض رطوبت یا هوا قرار می‌گیرد، اکسید شده و لایه‌ای محکم از اکسید روی را تشکیل می‌دهد. این لایه به عنوان یک مانع فیزیکی و شیمیایی عمل می‌کند و از رسیدن رطوبت و اکسیژن به فلز زیرین جلوگیری کرده و احتمال تشکیل زنگ زدگی را کاهش می‌دهد.

به این ترتیب فلز روی به عنوان پوششی برای ورق‌های فلزی دیگر استفاده می‌شود. فرآیند گالوانیزه کردن شامل غوطه ور کردن ورق سیاه در حمامی از روی مذاب است که به لایه‌ای از روی اجازه می‌دهد تا با سطح فولاد پیوند بخورد و درنهایت ورق گالوانیزه را خواهیم داشت که قیمت ورق گالوانیزه در مقایسه با قیمت ورق سیاه نیز به مراتب بالاتر است. این پوشش یک دفاع قوی و طولانی مدت در برابر خوردگی ایجاد می‌کند. فولاد گالوانیزه معمولاً در سازه‌های بیرونی مانند نرده، سقف فلزی و تیرهای برق و همچنین در قطعات خودرو، خطوط لوله و کاربردهای مختلف صنعتی یافت می‌شود.

کاربرد فلز روی

فلز روی به لطف طیف گسترده‌ای از خواص مفیدی که دارد، راه خود را در صنایع و کاربردهای متعددی پیدا می‌کند. یکی از کاربردهای اولیه روی در صنعت گالوانیزه است. مقاومت عالی در برابر خوردگی روی آن را به انتخابی ایده آل برای پوشش فلزاتی مانند فولاد و آهن تبدیل می‌کند تا از زنگ زدگی محافظت کند. فولاد گالوانیزه معمولاً در ساخت و ساز، خودروسازی و پروژه‌های زیربنایی استفاده می‌شود. این ماده یک مانع بادوام را تشکیل می‌دهد که طول عمر و یکپارچگی ساختاری ساختمان، پل و سازه‌های مختلف فلزی را تضمین می‌کند.

نقش برجسته روی را می‌توان در تولید برنج که آلیاژی متشکل از روی و مس است نیز مشاهده کرد. برنج به دلیل ظاهر طلایی جذاب، چکش خواری و خواص آکوستیک عالی خود بسیار ارزشمند است و در نتیجه در آلات موسیقی مانند ترومپت، ساکسیفون و ترومبون استفاده می‌شود. علاوه بر این، اتصالات و وسایل برنجی به دلیل دوام و مقاومت در برابر خوردگی، اغلب در کاربردهای لوله‌کشی و الکتریکی استفاده می‌شوند.

صنعت برق و الکترونیک نیز برای اهداف مختلف به شدت به روی متکی است. فلز روی یک جزء ضروری در ساخت باتری ها، به ویژه باتری‌های قلیایی و روی-هوا است. این باتری‌ها برای تغذیه دستگاه‌های الکترونیکی، اسباب بازی، کنترل از راه دور و حتی سمعک استفاده می‌شوند. اکسید روی یک عنصر کلیدی در تولید وریستورها است که برای محافظت از مدارهای الکترونیکی در برابر نوسانات ولتاژ و رویدادهای گذرا استفاده می‌شود.

روی علاوه بر کاربردهای صنعتی، نقش مهمی در سلامت و تغذیه انسان دارد. این عنصر کمیاب برای عملکرد مناسب سیستم ایمنی، سنتز DNA و بهبود زخم ضروری است. مکمل‌های روی معمولاً برای درمان کمبود روی و تقویت سیستم ایمنی در تمام سنین استفاده می‌شوند.

فلز روی در چه مواد غذایی وجود دارد؟

روی نه تنها یک ماده معدنی ضروری برای بدن انسان است بلکه به طور طبیعی در طیف گسترده‌ای از منابع غذایی نیز وجود دارد. این ماده را می‌توان هم در غذاهای گیاهی و هم در غذاهای حیوانی یافت، اگرچه فراهمی زیستی روی بین آنها متفاوت است. منابع عالی روی عبارتند از گوشت قرمز، مرغ، صدف، محصولات لبنی، و حبوبات. این غذاها سرشار از روی هستند و می‌توانند به میزان قابل توجهی در تامین میزان توصیه شده روزانه کمک کنند.

غلات کامل، آجیل و دانه‌ها نیز حاوی روی هستند اما فراهمی زیستی آنها ممکن است به دلیل وجود فیتات‌ها که می‌توانند مانع جذب شوند کمتر باشد. با این حال روش‌های مناسب تهیه غذا مانند خیساندن، تخمیر، یا جوانه زدن می‌تواند به کاهش محتوای فیتات و افزایش فراهمی زیستی روی از این منابع کمک کند.

اهمیت روی را نمی توان در تغذیه نادیده گرفت. روی نقش حیاتی در فرآیندهای فیزیولوژیکی مختلف دارد و در بیش از 300 واکنش آنزیمی در بدن نقش دارد. این عنصر برای رشد و تکامل مناسب، عملکرد سیستم ایمنی، بهبود زخم، سنتز DNA و تقسیم سلولی بسیار مهم است.

مصرف ناکافی روی می‌تواند منجر به کمبود روی شود که می‌تواند اثرات نامطلوبی بر سلامتی داشته باشد. علائم کمبود روی عبارتند از اختلال در رشد، تأخیر در بهبود زخم، کاهش عملکرد سیستم ایمنی و تغییر ادراک طعم و بو. دریافت مقدار کافی روی به ویژه برای زنان باردار، نوزادان و کودکان برای رشد مناسب آنها بسیار مهم است.

فلز روی در چه وسایلی است؟

فلز روی به دلیل خواص منحصر به فرد و تطبیق پذیری آن در اقلام و محصولات مختلف روزمره استفاده می‌شود. یکی از قابل تشخیص ترین کاربردهای روی در تولید فولاد گالوانیزه است. این فرآیند طول عمر سازه‌های فولادی را افزایش می‌دهد و آنها را در برابر زنگ زدگی مقاوم و بادوام می‌کند.

یکی دیگر از کاربردهای قابل توجه روی در باتری‌ها است. به عنوان مثال، باتری‌های روی-هوا از روی به عنوان ماده آند استفاده می‌کنند. این باتری‌ها معمولاً در سمعک، ساعت مچی و دستگاه‌های الکترونیکی کوچک یافت می‌شوند. روی دارای چگالی انرژی بالایی است و به این باتری‌ها اجازه می‌دهد تا توان طولانی‌مدتی را ارائه کنند. علاوه بر این، باتری‌های روی-هوا در مقایسه با باتری‌های یکبار مصرف سنتی با محیط زیست سازگارتر هستند زیرا به جای استفاده از مواد شیمیایی سمی به اکسیژن هوا به عنوان کاتد متکی هستند.

فلز روی نیز در تولید آلیاژهای مختلف نقش دارد. برنج از ترکیب روی و مس ساخته می‌شود. این آلیاژ معمولاً در آلات موسیقی مانند ترومپت و ساکسیفون و همچنین در وسایل لوله کشی و وسایل تزئینی استفاده می‌شود. افزودن روی استحکام، چکش خواری و مقاومت در برابر خوردگی این آلیاژ را افزایش می‌دهد و آن را به گزینه‌ای ایده آل برای طیف وسیعی از کاربردها تبدیل می‌کند.

اکسید روی یک ماده کلیدی در حوزه لوازم آرایشی و محصولات مراقبت شخصی است. این ترکیب به دلیل خاصیت محافظتی در برابر آفتاب شناخته شده است و معمولاً در لوسیون‌ها و کرم‌های ضد آفتاب استفاده می‌شود. اکسید روی به عنوان یک مانع فیزیکی عمل می‌کند و اشعه‌های مضر فرابنفش (UV) را از پوست منعکس و پراکنده می‌کند. این محافظ طیف گسترده‌ای را در برابر اشعه‌های UVA و UVB ایجاد می‌کند و آن را به یک جزء ضروری در محافظت از پوست در برابر آفتاب سوختگی و سایر آسیب‌های مربوط به UV تبدیل می‌کند.

فلز روی از کجا تهیه کنیم

فلز روی را می‌توان از منابع مختلفی به دست آورد و در دسترس بودن آن هم به رویدادهای طبیعی و هم به فعالیت‌های انسانی بستگی دارد. یکی از منابع اصلی روی از طریق فرآیندهای استخراج است. سنگ معدن روی که به نام مخلوط روی یا اسفالریت شناخته می‌شود، ماده معدنی اولیه‌ای است که فلز روی از آن به دست می‌آید. این ذخایر زمین شناسی معمولاً در ارتباط با سایر مواد معدنی در توده‌های معدنی زیرزمینی یافت می‌شوند.

فرآیند به دست آوردن فلز روی شامل چندین مرحله است که با اکتشاف و شناسایی ذخایر بالقوه سنگ روی شروع می‌شود. زمین شناسان و کارشناسان معدن از تکنیک‌های مختلفی برای مکان یابی مناطق غنی از روی استفاده می‌کنند. پس از شناسایی ذخایر مناسب، عملیات معدنکاری برای استخراج سنگ معدن روی از زمین آغاز می‌شود. این فرآیند بسته به شرایط خاص زمین‌شناسی معمولاً شامل تکنیک‌های استخراج زیرزمینی مانند استخراج شفت یا معدن روباز است.

پس از استخراج سنگ معدن برای جداسازی کانی‌های حاوی روی از سایر ناخالصی‌ها فرآیندهای غنی‌سازی انجام می‌شود. این مرحله تضمین می‌کند سنگ معدن روی غنی شده و برای پردازش بیشتر آماده است. فاز بعدی شامل تبدیل سنگ معدن روی به اکسید روی از طریق فرآیندی به نام برشته کردن است. در طی این مرحله، سنگ معدن به شدت گرم می‌شود تا هر گونه ترکیب فرار را از بین ببرد و سولفیدهای روی موجود در سنگ معدن را به اکسید روی تبدیل کند.

پس از آن، اکسید روی تحت یک فرآیند احیا قرار می‌گیرد تا عنصر روی به دست آید. متداول ترین روش برای استخراج روی، روش الکترولیتی است. در این فرآیند، اکسید روی در محلول الکترولیت خاصی حل شده و تحت جریان الکتریکی قرار می‌گیرد. این فرآیند باعث مهاجرت یون‌های روی به سمت کاتد می‌شود و در نتیجه روی فلزی رسوب می‌کند. سپس فلز روی استخراج شده را می‌توان بیشتر تصفیه و پردازش کرد تا خلوص و استانداردهای کیفیت مطلوب را برآورده کند.

جدا از استخراج سنتی، فلز روی را می‌توان از منابع ثانویه مانند بازیافت نیز به دست آورد. بازیافت روی نقش حیاتی در کمک به استفاده پایدار از منابع و کاهش اثرات زیست محیطی دارد. صنایع مختلف از جمله خودروسازی، ساخت و ساز و الکترونیک و ضایعات، مواد حاوی روی تولید می‌کنند. این مواد را می‌توان برای بازیابی محتوای روی جمع آوری، پردازش و بازیافت کرد. فرآیند بازیافت شامل ذوب و تصفیه مواد قراضه برای استخراج روی و تولید فلز روی با کیفیت بالا است.

جمع‌بندی

در این مقاله مروری بر مشخصات فلز روی داشتیم و اهمیت آن در تغذیه با تاکید بر نقش آن در رشد و تکامل، عملکرد سیستم ایمنی، بهبود زخم، سنتز DNA و تقسیم سلولی مورد تاکید قرار گرفت. اهمیت این عنصر به عنوان یک آنتی اکسیدان و سهم آن در تولید انرژی و استفاده از مواد مغذی نیز بررسی شد. با اولویت دادن به تغذیه و قدردانی از ارزش روی، می‌توانیم به سلامتی مطلوب برسیم و از پتانسیل این فلز قابل توجه استفاده کنیم.

فلزات, مقالات در گروه صبا | نویسنده : امید مرادی | بروزرسانی : 14 آبان 1402