Fosfato de zinc (Zn3(PO4)2): estructura, propiedades, usos
El fosfato de zinc es un compuesto inorgánico cuya fórmula química es Zn3(PO4)2, pero se presenta en la naturaleza en su forma tetrahidratada, Zn3(PO4)2·4H2O, en los minerales de hopeíta y parahopeíta. Asimismo, una variedad básica del mismo se encuentra en el mineral tarbutita, Zn2(PO4)(OH). Estos minerales se forman por la oxidación de la esfalerita en aguas ricas de fosfato.
Todos los usos que se le conocen a este compuesto se basan en el Zn3(PO4)2·4H2O, pues sus moléculas de agua le confieren la propiedad de ser un buen agente fijante. Por lo tanto, su forma anhidra como tal carece de usos de gran demanda económica.
Como se aprecia en la imagen superior, el fosfato de zinc es un sólido de color blanco, presente en forma de polvo o apelmazado en pequeños fragmentos. Su color blanco se ha aprovechado en la formulación de productos cosméticos, así como en la preparación de cementos dentales y cementos puzolánicos fosfatados.
El fosfato de zinc es un agente anticorrosivo que se ha utilizado en procesos de electrodeposición de minerales de zinc (hopeíta y fosfofilita) sobre la superficie de los aceros.
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La fórmula Zn3(PO4)2 indica que los iones Zn2+ y PO43- componen la sal en una relación 3:2, lo que significa que por cada tres cationes Zn2+ hay dos aniones PO43-. Estos iones interaccionan entre sí electrostáticamente, por lo que establecen un enlace iónico fuerte debido a la magnitud de sus cargas. Ambos iones son polivalentes.
Así, el Zn2+ y PO43- se terminan orientando en el espacio hasta definir una estructura ordenada y repetitiva: un cristal de fosfato de zinc. Este cristal adopta una estructura monoclínica, α-Zn3(PO4)2. Esta al parecer es capaz de sufrir transiciones de fase a otras formas polimórficas: β-Zn3(PO4)2 y γ- Zn3(PO4)2, todas dependientes de la temperatura.
Los tres polimorfos son isoestructurales, diferenciándose únicamente en la orientación espacial de sus iones; es decir, tienen grupos espaciales distintos.
Por otro lado, el fosfato de zinc tiende a presentarse mayoritariamente como un hidrato: Zn3(PO4)2·4H2O, cuya estructura cristalina también es monoclínica. Esta vez los iones están acompañados por cuatro moléculas de agua, las cuales interaccionan con ellos mediante fuerzas dipolo-ión y puentes de hidrógeno.
Sólido blanco polvoriento.
454,11 g/mol
900 ºC
No hay información al respecto. Esto pudiera deberse a una posible descomposición térmica, o a la indisponibilidad de las condiciones de presión para que hierva el líquido salino.
3,998 g/cm3
1,595.
Insoluble. Esto se debe en parte al enlace iónico existente entre los iones Zn2+ y PO43-, el cual incrementa la energía reticular cristalina frente a disolución de la sal en agua.
El fosfato de zinc es una sustancia no inflamable.
Los usos del fosfato de zinc corresponden a los de su tetrahidrato, Zn3(PO4)2·4H2O, ya que es su forma predominante e incluso se consigue en los minerales hopeíta y parahopeíta. Por lo tanto, se desconoce si su forma anhidra, Zn3(PO4)2, tenga un uso específico.
El fosfato de zinc se ha utilizado como pigmento de color blanco, sustituyendo a los óxidos de zinc y titanio en productos cosméticos y de belleza. El material, suave al tacto, de partículas pequeñas y redondas para cubrir la superficie de la piel sin colarse por sus poros, se sintetiza a partir de una mezcla de ácido fosfórico, H3PO4, y nitrato de zinc, Zn(NO3)2.
Así, pigmentos blancos de fosfato de zinc se preparan variando las proporciones Zn/P. Para esto, al mezclar los reactivos se añaden cantidades variables de H3PO4 y Zn(NO3)2, hasta obtener el producto con las mejores propiedades cosméticas.
En un estudio realizado por la Universidad de la Prefectura de Kyoto, encontraron que los pigmentos preparados con una proporción Zn/P igual a 2/1, 1/1 y 3/2 mostraron las mejores reflectancias; por lo tanto, iluminaban más los rostros de quienes se aplicaban el cosmético en comparación al brillo de otras formulaciones.
Las nanopartículas de fosfato de zinc están dentro del arsenal destinado para combatir los microbios y, así, ser una alternativa al uso de los antibióticos. De esta manera, se reduce la constante y progresiva resistencia que desarrollan las bacterias hacia los antibióticos, a la vez que se busca aminorar los gastos en el tratamiento de las enfermedades infecciosas.
Estas nanopartículas han mostrado gran actividad antibacteriana contra las bacterias coliformes, estudio que se comprobó en ratas sin que se les provocara un estrés oxidativo.
El fosfato de zinc se utiliza para preparar cemento fosfatado, el cual se emplea en las restauraciones de numerosos materiales; entre ellos, nuestros propios dientes, comportándose como un cemento dental bastante popular en odontología desde hace tiempo. Este cemento fosfatado sirve para fijar y unir varios sólidos a la vez.
Se prepara disolviendo los óxidos de zinc y magnesio en ácido fosfórico, por lo que están presentes los iones Zn2+ y Mg2+, formando estructuras complejas. Este cemento dental es primordial para la cementación final de los dientes. Sin embargo, debido a su acidez, para pacientes demasiado sensibles a él se utiliza en su lugar el cemento de policarboxilato.
Similar a como sucede con el cemento, la superficie de los aceros también puede fosfatarse.
Para ello, las piezas de acero se introducen en un baño de ácido fosfórico alcalinizado, y tras suministrarse una corriente eléctrica, se forma sobre su superficie una película protectora compuesta por hopeíta (Zn3(PO4)2·4H2O) y fosfofilita (Zn2Fe(PO4)2·4H2O), siendo este último compuesto el más resistente frente a medios fuertemente alcalinos.
Las reacciones químicas involucradas son las siguientes:
3Zn2+ + 2H2PO4– + 4H2O → Zn3(PO4)2·4H2O + 4H+
2Zn2+ + Fe2+ + 2H2PO4– + 4H2O → Zn2Fe(PO4)2·4H2O + 4H+
El problema de estos revestimientos radica en su grado de porosidad, pues deja flancos expuestos por donde el acero puede sufrir corrosiones.
Por otro lado, se ha empleado cemento puzolánico conteniendo fosfato de zinc para el desarrollo de concretos más resistentes a la corrosión.
En general, la propiedad anticorrosiva del fosfato de zinc ha venido destinándose para servir como recubrimientos para las paredes antes de aplicárseles las capas de pintura, de manera que estas sean más longevas y muestren mejores colores.
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