Zn элемент – Цинк | Virtual Laboratory Wiki

alexxlab | 19.08.2019 | 0 | Вопросы и ответы

Содержание

Цинк | Virtual Laboratory Wiki

Цинк(Zn)кусочки цинка
Атомный номер	30
Внешний вид простого вещества	вязкий металл голубовато-серого цвета
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	65,39 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	138 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	905,8(9,39) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d¹⁰ 4s²
Химические свойства
Ковалентный радиус	125 пм
Радиус иона	(+2e) 74 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,65
Электродный потенциал	-0,763
Степени окисления	2
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	7,133 г/см³
Удельная теплоёмкость	25,470 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	116 Вт/(м·K)
Температура плавления	692,73 K
Теплота плавления	7,28 кДж/моль
Температура кипения	1180 K
Теплота испарения	114,8 кДж/моль
Молярный объём	9,2 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Период решётки	2,660 Å
Отношение c/a	n/a
Температура Дебая	234,00 K

Сплав цинка с медью — латунь — был известен еще в Древней Греции, Древнем Египте, Индии (VII в.), Китае (XI в.). Долгое время не удавалось выделить чистый цинк. В 1746 А. С. Маргграф разработал способ получения чистого цинка путём прокаливания смеси его окиси с углём без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров цинка в холодильниках. В промышленном масштабе выплавка цинка началась в XVII в.

Происхождение названия Править

Латинское zincum переводится как «белый налет». Происхождение этого слова точно не установлено. Предположительно, оно идет от персидского «ченг», хотя это название относится не к цинку, а вообще к камням. Слово «цинк» встречается в трудах Парацельса и других исследователей 16-17 вв. и восходит, возможно, к древнегерманскому «цинко» — налет, бельмо на глазу. Общеупотребительным название «цинк» стало только в 1920-х гг.

Нахождение в природе Править

В природе встречается только в виде соединений, важнейшим из которых является цинковая обманка ZnS и цинковый шпат ZnСО3.

Цинк в природе как самородный метал не проявляется, рудообразующий минерал цинка — сфалерит ZnS и цинковый спат ZnCO

Физические свойства Править

В чистом виде — довольно пластичный серебристо-белый металл. Обладает гексагональной решеткой с параметрами а = 0,26649 нм, с = 0,49468 нм. При комнатной температуре хрупок, при сгибании пластинки слышен треск от трения кристаллитов (обычно сильнее, чем «крик олова»). При 100—150°C цинк пластичен. Примеси, даже незначительные, резко увеличивают хрупкость цинка.

Химические свойства Править

Типичный амфотерный металл. Стандартный электродный потенциал −0,76 В, в ряду стандартных потенциалов расположен до железа.

На воздухе цинк покрывается тонкой пленкой оксида ZnO. При сильном нагревании сгорает с образованием амфотерного белого оксида ZnO:

2Zn + O₂ = 2ZnO.

Оксид цинка реагирует как с растворами кислот:

ZnO + 2HNO₃ = Zn(NO₃)_₂ + H₂O

так и щелочами:

ZnO + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + Н₂О,

Цинк обычной чистоты активно реагирует с растворами кислот:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑,

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑

и растворами щелочей:

Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂↑,

образуя гидроксоцинкаты. С растворами кислот и щелочей очень чистый цинк не реагирует. Взаимодействие начинается при добавлении нескольких капель раствора сульфата меди CuSO₄.

При нагревании цинк реагирует с галогенами с образованием галогенидов ZnHal₂. С фосфором цинк образует фосфиды Zn₃P₂ и ZnP₂. С серой и ее аналогами — селеном и теллуром — различные халькогениды, ZnS, ZnSe, ZnSe₂ и ZnTe.

С водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором цинк непосредственно не реагирует. Нитрид Zn₃N₂ получают реакцией цинка с аммиаком при 550—600°C.

В водных растворах ионы цинка Zn²⁺

₂

₄

²⁺

₂

₆

²⁺

Цинкование 45-60%
В медицине(оксид цинка как антисептик) 10%
Производство сплавов 10%
Производство резиновых шин 10%
Масляные краски 10%

Применяется для защиты стали от коррозии (оцинковка, которая хорошо известна всем, кто видел оцинкованное ведро, или металлизация — для мостов, емкостей, металлоконтрукций). Также используется в качестве материала для отрицательного электрода в химических источниках тока, то есть в батарейках и аккумуляторах, например: Марганцево-цинковый элемент, серебряно-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,85 В, 150 Вт·ч/кг, 650 Вт·ч/дм³, малое сопротивление и колоссальные разрядные токи, ртутно-цинковый элемент (ЭДС 1,35 В, 135 Вт·ч/кг, 550—650 Вт·ч/дм³), диоксисульфатно-ртутный элемент, йодатно-цинковый элемент, медно-окисный гальванический элемент (ЭДС 0,7—1,6 Вольт, 84—127 Вт·ч/кг, 410—570 Вт·ч/дм³), хром-цинковый элемент, цинк-хлоросеребряный элемент, никель-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,82 Вольт, 95—118 Вт·ч/кг, 230—295 Вт·ч/дм³), свинцово-цинковый элемент, цинк-хлорный аккумулятор, цинк-бромный аккумулятор и др). Очень важна роль цинка в цинк-воздушных аккумуляторах, в последние годы интенсивно разрабатываются на основе системы цинк-воздух — аккумуляторы для компьютеров (ноутбуки) и в этой области достигнут значительный успех (большая, чем у литиевых батарей энергия, ресурс и они дешевле в 3 раза), так же эта система очень перспективна для пуска двигателей (свинцовый аккумулятор — 55 Вт·ч/кг, цинк-воздух — 220—300 Вт·ч/кг) и для электромобилей (пробег до 900 км). Входит в состав многих твёрдых припоев для снижения их температуры плавления. Цинк — важный компонент латуни. Окись цинка широко используется в медицине как антисептическое и противовоспалительное средство. Также окись цинка используется для производства краски — цинковых белил.

Хлорид цинка — важный флюс для пайки металлов и компонент при производстве фибры.

Теллурид, селенид, фосфид, сульфид цинка — широко применяемые полупроводники.

Селенид цинка используется для изготовления оптических стёкол с очень низким коэффициентом поглощения в среднем инфракрасном диапазоне, например, в углекислотных лазерах.

Список стран по производству цинка в 2006 году (на основе «Геологического обзора Соединенных Штатов»)^[1]:

Место	Страна	Производительность (тонн)
—	22x20px Планета	10,000,000
1	22x20px Китай	2,600,000^[2]
2	22x20px Австралия	1,380,000
3	22x20px Перу	1,201,794
4	США	727,000
5	22x20px Канада	710,000
6	22x20px Мексика	480,000^[2]
7	Республика ИрландияИрландия	425,700
8	22x20px Индия	420,800
9	22x20px Казахстан	400,000^[2]
10	22x20px Швеция	192,400
11	22x20px Россия	190,000 ^[2]
12	22x20px Бразилия	176,000^[2]
13	22x20px Боливия	175,000^[2]
14	22x20px Польша	135,600
15	22x20px Иран	130,000^[2]
16	22x20px Морокко	73,000^[2]
17	22x20px Намибия	68,000^[2]^[3]
18	22x20px Северная Корея	67,000^[2]
19	22x20px Турция	50,000^[2]
20	22x20px Вьетнам	48,000^[2]
21	22x20px Таиланд	45,000^[2]
22	22x20px Гондурас	37,646
23	22x20px Финляндия	35,700
24	22x20px ЮАР	34,444
25	22x20px Чили	31,725
26	22x20px Аргентина	30,300^[2]
27	22x20px Болгария	17,300^[2]
28	22x20px Румыния	9,600^[2]
29	22x20px Япония	7,169
30	22x20px Алжир	5,000^[2]
31	22x20px Саудовская Аравия	1,500^[2]
32	22x20px Грузия	400^[2]
33	22x20px Босния и Герцеговина	300^[2]
34	22x20px Мьянма	100^[2]

Биологическая роль Править

Цинк:

необходим для продукции спермы и мужских гормонов.
необходим для метаболизма витамина E, который является предшественником половых гормонов и включается в продукцию тестостерона.
важен для нормальной деятельности простаты.
участвует в синтезе разных анаболических гормонов в организме, включая инсулин, тестостерон и гормон роста.

Среди продуктов, употребляемых в пищу человеком, наибольшее содержание цинка — в устрицах. Однако в тыквенных семечках содержится всего на 26 % меньше цинка, чем в устрицах. Например, съев 45 грамм устриц, человек получит столько же цинка, сколько содержится в 60 граммах тыквенных семечек.

↑ Minerals Yearbook 2006
↑ ^2,00^2,01^2,02^2,03^2,04^2,05^2,06^2,07^2,08^2,09^2,10^2,11^2,12^2,13^2,14^2,15^2,16^2,17^2,18^2,19^2,20ориентировочно
↑ does not include ores sent to solvent extraction-electrowinning plant

Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Цинк. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .

ru.vlab.wikia.com

Элемент цинк zn

Элемент цинк (Zn) в таблице Менделеева имеет порядковый номер 30. Он находится в четвертом периоде второй группы. Атомный вес – 65,37. Распределение электронов по слоям 2-8-18-2.

Цинк представляет собой синевато – белый металл, плавящийся при 419° С, а при 913° С превращающийся в пар; плотность его равна 7,14 г/см³. При обыкновенной температуре цинк довольно хрупок, но при 100-110° С он хорошо гнется и прокатывается в листы. На воздухе цинк покрывается тонким слоем окиси или основного карбоната, предохраняющим его от дальнейшего окисления. Вода почти не действует на цинк, хотя он и стоит в ряду напряжений значительно левее водорода. Это объясняется тем, что образующаяся на поверхности цинка при взаимодействии его с водой гидроокись практически нерастворима и препятствует дальнейшему течению реакции. В разбавленных же кислотах цинк легко растворяется с образованием соответствующих солей. Кроме того, цинк подобно бериллию и другим металлам, образующим амфотерные гидроокиси, растворяется в щелочах. Если нагреть цинк на воздухе до температуры кипения, то пары его воспламеняются и сгорают зеленовато-белым пламенем, образуя окись цинка.

Немного истории.
Соединения цинка и его сплавы известны человечеству с глубокой древности, металлический же цинк был получен значительно позднее, чем железо, свинец и олово. Это обстоятельство объясняется тем, что обычные способы плавки руды с углем здесь не достигали цели; чтобы восстановить цинк, его надо быстро нагреть до температуры около 1000 градусов, но при этом он кипит и в виде паров теряется вместе с дымовыми газами. Только после того как научились конденсировать пары цинка в глиняных сосудах, стало возможных получение металла в свободном состоянии. Полагают, что такой дистилляционный способ получения свободного цинка впервые был изобретен в Китае.

Латунь (сплав меди с цинком) была известна грекам, индусам и другим народам Востока, употреблявшим ее для изготовления различных предметов домашнего обихода, художественного литья и украшений. Отдельные предметы из латуни, относящиеся к периоду за 1500 лет до н.э., были найдены в Палестине. Приготовление латуни восстановлением особой земли кадмия (так назывались в древности многие минералы, содержащие цинк, отличие между которые не делали) углем в присутствии меди описывают Аристотель (384- 322 гг. до н.э.), Плиний Старший (23-79 гг. н.э.) и Гомер. Плиний Старший и Диоскрид из Аназарбуса описывают лекарственные средства, содержащие соединения цинка. Лекарства эти употреблялись для заживления ран и при лечении глазных болезней.

В доисторических дакийских развалинах в Трансильвании был найден идол, отлитый из сплава, содержащего около 87% цинка. Получение металлического цинка из галмея Zn₄(Si₂O₇)*H₂O впервые описывает Страбон (60-20 гг. до н.э.). Цинк в этот период называли тутией или фальшивым серебром.

Благодаря довольно сложной выработке цинка из руд в X-XI вв. н.э. искусство получения цинка в Европе было утрачено и он ввозился сюда под названием индийского олова из Китая и Индии.

В конце XIII в. н.э. итальянский путешественник Марко Поло описал способ получения металлического цинка в Персии. В 1637 году метод выплавки цинка и его свойства описываются в китайской книге “Циен конг кан у”. Казалось бы, что раз метод получения описан в литературе, то его легко могли перенять другие народы и применить у себя на родине. Но этого не случилось. Экономическая и культурная разобщенность народов, слабые транспортные связи, а главное, стремление многих ученых описывать свои открытия на непонятном языке – все это препятствовало быстрому распространению технических достижений.

Вторично получение цинка в Европе стало известно в начале XVI века, когда о способе его выплавки упоминают в своих сочинениях Георг Агрикола (1494-1555) и Теофраст Парацельс. Однако и после этого цинк в Европе был большой редкостью, что продолжалось почти до конца XVIII в.

Название же “цинк” происходит от латинского слова, обозначающего бельмо или белый налет, и впервые встречается у Парацельса в 1530 году. Роберт Бойль назвал цинк “спелтером”. У нас цинк И.Шлаттер (1736) называл “туцией”, Ломоносов (1742) ввел название “цинк”, но оно не пользовалось успехом и цинк чаще всего называли “шпиаутер”.

В 8-м издании “Основ химии” (1906) Д.И. Менделеев употребляет современное название цинка, но наряду с этим ставит в скобках и другое его название-”шпиаутер”. Из этого можно заключить, что во времена Менделеева старое название цинка было достаточно широко распространено.
Металлический цинк.
В XVI веке были предприняты первые попытки выплавлять цинк в заводских условиях. Но производство “не пошло”, технологические трудности оказались непреодолимыми. Цинк пытались получать точно также, как и другие металлы. Руду обжигали, превращая цинк в окись, затем эту окись восстанавливали углем…

Цинк, естественно, восстанавливался, взаимодействуя с углем, но … не выплавлялся. Не выплавлялся потому, что этот металл уже в плавильной печи испарялся – температура его кипения всего 906° С. А в печи был воздух. Встречая его, пары активного цинка реагировали с кислородом, и вновь образовывался исходный продукт-окись цинка.

Наладить цинковое производство в Европе удалось лишь после того, как руду стали восстанавливать в закрытых ретортах без доступа воздуха. Примерно так же “черновой” цинк получают и сейчас, а очищают его рафинированием. Пирометаллургическим способом сейчас получают примерно половину производимого в мире цинка, а другую половину – гидрометаллургическим.

Следует иметь в виду, что чисто цинковые руды в природе почти не встречаются. Соединения цинка (обычно 1-5% в пересчете на металл) входят в состав полиметаллических руд. Полученные при обогащении руды цинковые концентраты содержат 48-65% цинка, до 2% меди, до 2% свинца, до 12% железа. И плюс доли процента рассеянных и редких металлов…

Сложный химический и минералогический состав руд, содержащих цинк, был одной из причин, по которым цинковое производство рождалось долго и трудно. В переработке полиметаллических руд и сейчас еще есть нерешенные проблемы… Но вернемся к пирометаллургии цинка – в этом процессе проявляются сугубо индивидуальные особенности этого элемента.

При резком охлаждении пары цинка сразу же, минуя жидкое состояние, превращаются в твердую пыль. Это несколько осложняет производство, хотя элементарный цинк считается нетоксичным. Часто бывает нужно сохранить цинк именно в виде пыли, а не переплавлять его в слитки.

В пиротехнике цинковую пыль применяют, чтобы получить голубое пламя. Цинковая пыль используется в производстве редких и благородных металлов. В частности, таким цинком вытесняют золото и серебро из цианистых растворов. Как ни парадоксально, но при получении самого цинка (и кадмия) гидрометаллургическим способом применяется цинковая пыль – для очистки раствора сульфата меди и кадмия. Но это еще не все. Вы никогда не задумывались, почему металлические мосты, пролеты заводских цехов и другие крупногабаритные изделия из металла чаще всего окрашивают в серый цвет?

Главная составная часть применяемой во всех этих случаях краски – все та же цинковая пыль. Смешанная с окисью цинка и льняным маслом, она превращается в краску, которая отлично предохраняет от коррозии. Эта краска к тому же дешева, пластична, хорошо прилипает к поверхности металла и не отслаивается при температурных перепадах. Мышиный цвет скорее достоинство, чем недостаток. Изделия, которые покрывают такой краской, должны быть не марки и в то же время опрятны.

На свойствах цинка сильно сказывается степень его чистоты. При 99,9 и 99,99% чистоты цинк хорошо растворяется в кислотах. Но стоит “прибавить” еще одну девятку (99,999%), и цинк становится нерастворимым в кислотах даже при сильном нагревании. Цинк такой чистоты отличается и большой пластичностью, его можно вытягивать в тонкие нити. А обычный цинк можно прокатить в тонкие листы, лишь нагрев его до 100-150° С. Нагретый до 250° С и выше, вплоть до точки плавления, цинк опять становится хрупким – происходит очередная перестройка его кристаллической структуры.

Листовой цинк широко применяют в производстве гальванических элементов. Первый “вольтов столб” состоял из кружочков цинка и меди. И в современных химических источниках тока отрицательный электрод чаще всего делается из цинка.

Значительна роль этого элемента в полиграфии. Из цинка делают клише, позволяющие воспроизвести в печати рисунки и фотографии. Специально приготовленный и обработанный типографский цинк воспринимает фотоизображение. Это изображение в нужных местах защищают краской, и будущее клише протравливают кислотой. Изображение приобретает рельефность, опытные граверы подчищают его, делают оттиски, а потом эти клише идут в печатные машины.

К полиграфическому цинку предъявляют особые требования: прежде всего он должен иметь мелкокристаллическую структуру, особенно на поверхности слитка. Поэтому цинк, предназначенный для полиграфии, всегда отливают в закрытые формы. Для “выравнивания” структуры применяют отжиг при 375° С с последующим медленным охлаждением и горячей прокаткой. Строго лимитируют и присутствие в таком металле примесей, особенно свинца. Если его много, то нельзя будет вытравить клише так, как это нужно. Если же свинца меньше 0,4%, то трудно получить нужную мелкокристаллическую структуру. Вот по этой кромке и “ходят” металлурги, стремясь удовлетворить запросы полиграфии.
Цинк и сталь.
Как бы громко ни называли в наше время: “век полимеров”, “век полупроводников”, “атомный век” и так далее, по сути дела мы не вышли еще из века железного. Этот металл по-прежнему остается основой промышленности. По выплавке чугуна и стали и сейчас судят о мощи государства. А чугун и сталь подвержены коррозии, и, несмотря на значительные успехи, достигнутые человечеством в борьбе с “рыжим врагом”, коррозия ежегодно губит десятки миллионов тонн металла.

Нанесение на поверхность стали и чугуна тонких пленок коррозионностойких металлов – важнейшее средство защиты от коррозии. А на первом месте среди всех металлопокрытий – и по важности, и по масштабам – стоят покрытия цинковые. На защиту стали идет 40% мирового производства цинка!

Оцинкованные ведра, оцинкованная жесть на крышах домов – вещи настолько привычные, настолько будничные, что мы, как правило, не задумываемся, а почему, собственно, они оцинкованные, а не хромированные или никелированные? Если же такой вопрос возникает, то “железная логика” мигом выдает однозначный ответ: потому что цинк дешевле хрома и никеля. Но дело не в одной дешевизне.

Цинковое покрытие часто оказывается более надежным, нежели остальные, потому что цинк не просто механически защищает железо от внешних воздействий, он его химически защищает.

Кобальт, никель, кадмий, олово и другие металлы, применяемые для защиты железа от коррозии, в ряду активности металлов стоят после железа. Это значит, что они более стойки, чем железо. Цинк же и хром, наоборот, активнее железа. Хром в ряду активности стоит почти рядом с железом (между ними только галлий), а цинк – перед хромом.

Процессы атмосферной коррозии имеют электрохимическую природу и объясняются с электрохимических позиций. Но в принципе механизм защиты железа цинком состоит в том, что цинк – металл более активный – прежде, чем железо, реагирует с агрессивными компонентами атмосферы. То есть получается, что цинк выручает железо, сам погибая.

Вот как это происходит:

В присутствии влаги между железом и цинком образуется микрогальванопара, в которой цинк – анод. Именно он и будет разрушаться при возникшем электрохимическом процессе, сохраняя в неприкосновенности основной металл. Даже если покрытие нарушено – появилась, допустим, царапина, – эти особенности цинковой защиты и ее надежность остаются неизменными. Ведь и в такой ситуации действуют микрогальванопара, в которой цинк принесен в жертву, и, кроме того, обычно в процессе нанесения покрытия железо и цинк реагируют между собой. И чаще всего царапина оголяет не само железо, а интерметаллическое соединение железа с цинком, довольно устойчивое к действию влаги.

Существенен и состав продукта, образующегося при “самопожертвовании” цинка. Активный цинк реагирует с влагой воздуха и одновременно с содержащимся в нем углекислым газом. Образуется защитная пленка состава ZnCO₃*Zn(OH)₂, имеющая достаточную химическую стойкость, чтобы защитить от реакций и железо, и сам цинк. Но если цинк корродирует в среде, лишенной углекислоты, скажем, в умягченной воде парового котла, то пленка нужного состава образоваться не может, и в этом случае цинковое покрытие разрушается намного быстрее.

Как же наносят цинк на железо? Способов несколько. Поскольку цинк образует сплавы с железом, быстро растворяя его даже при невысоких температурах, можно наносить распыленный цинк на подготовленную стальную поверхность из специального пистолета. Можно оцинковывать сталь (это самый старый способ), просто окуная ее в расплавленный цинк. Кстати, плавится он при сравнительно низкой температуре (419,5° С). Есть, конечно, электролитические способы цинкования. Есть, наконец, метод шерардизации (по имени изобретателя), применяемый для покрытия небольших деталей сложной конфигурации, когда особенно важно сохранить неизменными размеры.

В герметически закрытом барабане детали, пересыпанные цинковой пылью, выдерживают в течение нескольких часов при 350-375° С. В этих условиях атомы цинка достаточно быстро диффундируют в основной материал; образуется железоцинковый сплав, слой которого не “ уложен” поверх детали, а “внедрен” в нее.

Сплавы.
Уже упоминалось, что история с цинком достаточно путана. Но одно бесспорно: сплав меди и цинка – латунь – был получен намного раньше, чем металлический цинк. Самые древние латунные предметы, сделанные примерно в 1500 году до н.э., найдены при раскопках в Палестине.

Приготовление латуни восстановлением особого камня – c
a
d
m
e
i
a (кадмия) углем в присутствии меди описано у Гомера, Аристотеля, Плиния Старшего. В частности Аристотель писал о добываемой Индии меди, которая “отличается от золота только вкусом”.

Действительно, в довольно многочисленной группе сплавов, носящих общее название латуней, есть один (Л-96, или томпак), по цвету почти неотличимый от золота. Между прочим, томпак содержит меньше цинка, чем большинство латуней: цифра за индексом Л означает процентное содержание меди. Значит, на долю цинка в этом сплаве приходится не больше 4%.

Можно предполагать, что металл из кадмеи и в древности добавляли в медь не только затем, чтобы осветлить ее. Меняя соотношение цинка и меди, можно получить многочисленные сплавы с различными свойствами. Не случайно латуни поделены на две большие группы – альфа- и бета-латуни. В первых цинка не больше 33%. Почему именно 33?

Впрочем, могло случиться что за основу классификации латуней взяли бы другой “порог” – все классификации условны, ведь и прочность латуней растет по мере увеличения в них содержания цинка, но тоже до определенного предела. Здесь предел иной – 47-50% Zn. Прочность латуни, содержащей 45% цинка, в несколько раз больше, чем сплава, отлитого из равных количеств цинка и меди.

Широкий диапазон свойств латуней объясняется прежде всего хорошей совместимостью меди и цинка: они образуют серию твердых сплавов с различной кристаллической структурой. Так же разнообразно и применение сплавов этой группы. Из латуней делают конденсаторные трубки и патронные гильзы, радиаторы и различную арматуру, множество других полезных вещей – всего не перечислить.

И что здесь особенно важно. Введенный в разумных пределах цинк всегда улучшает механические свойства меди (ее прочность, пластичность, коррозийную стойкость). И всегда при этом он удешевляет сплав – ведь цинк намного дешевле меди. Легирование делает сплав более дешевым – такое встретишь не часто.

Цинк входит и в состав другого древнего сплава на медной основе. Речь идет о бронзе. Это раньше делили четко: медь плюс олово – бронза, медь плюс цинк – латунь. Теперь “грани стерлись”. Например, сплав ОЦС-3-12-5 считается бронзой, но цинка в нем в четыре раза больше, чем олова.

До сих пор мы рассказывали только о защите цинком и о легировании цинком. Но есть и сплавы на основе этого элемента. Хорошие литейные свойства и низкие температуры плавления позволяют отливать из таких сплавов сложные тонкостенные детали. Даже резьбу под болты и гайки можно получать непосредственно при отливке, если имеешь дело со сплавами на основе цинка.

Растущий дефицит свинца и олова заставил металлургов искать рецептуры новых типографских и антифрикционных сплавов. Доступный, довольно мягкий и относительно легкоплавкий цинк, естественно, привлек внимание в первую очередь. Почти тридцать лет поисковых и исследовательских работ предшествовали появлению антифрикционных сплавов на цинковой основе. При небольших нагрузках они заметно уступают и баббитам и бронзам, но в подшипниках большегрузных автомобилей и железнодорожных вагонов, угледробилок и землечерпалок они стали вытеснять традиционные сплавы. И дело здесь не только в относительной дешевизне сплавов на основе цинка. Эти материалы прекрасно выдерживают большие нагрузки при больших скоростях в условиях, когда баббиты начинают выкрашиваться…
Коротко о соединениях цинка.
Еще при первых попытках выплавить цинк из руды у средневековых химиков получался белый налет, который в книгах того времени называли двояко: либо “белым снегом” (nix alba), либо “философской шерстью” (lana philosophica). Нетрудно догадаться, что это была окись цинка ZnO – вещество, которое есть в жилище каждого городского жителя наших дней.

Этот “снег”, будучи замешанным на олифе, превращается в цинковые белила – самые распространенные из всех белил. Окись цинка нужна не только для малярных дел, ею широко пользуются многие отрасли промышленности. Стекольная – для получения молочного стекла и (в малых дозах) для увеличения термостойкости обычных стекол. В резиновой промышленности и производстве линолеума окись цинка используют как наполнитель. Известная цинковая мазь на самом деле не цинковая, а оксиноцинковая. Препараты на основе ZnO эффективны при кожных заболеваниях.

Наконец, с кристаллической окисью цинка связана одна из самых больших научных сенсаций 20-х годов нашего века. В 1924 году один из радиолюбителей города Томска установил рекорд дальности приема. Детекторным приемником он в Сибири принимал передачи радиостанций Франции и Германии, причем слышимость была более отчетливой, чем у владельцев одноламповых приемников. Как это могло произойти? Дело в том, что детекторный приемник томского любителя был смонтирован по схеме сотрудника нижегородской радиолаборатории О.В. Лосева.

Лосев установил, что если в колебательный контур определенным образом включен кристалл окиси цинка, то последний будет усиливать колебания высокой частоты и даже возбуждать незатухающие колебания. В наши “веселые транзисторные дни” такое событие прошло бы почти незамеченным, но в 1924 году изобретение Лосева представлялось революционным. Вот что говорилось в редакционной статье американского журнала “Radio-News”, целиком посвященной работе нижегородского изобретателя: ”Изобретение О.В.Лосева из Государственной радиоэлектрической лаборатории в России делает эпоху, и теперь кристалл заменит лампу!” Автор статьи оказался провидцем: кристалл действительно заменил лампу; правда, это не лосевский кристалл окиси цинка, а кристаллы других веществ. Но, между прочим, среди широко применяемых полупроводниковых материалов есть соединения цинка. Это его селениды и теллуриды, антимод и арсенид.

Еще более важно применение некоторых соединений цинка, прежде всего его сульфида, для покрытия светящихся экранов телевизоров, осциллографов, рентгеновских аппаратов. Под действием коротковолнового излучения или электронного луча сернистый цинк приобретает способность светиться, причем эта способность сохраняется и после того, как прекратилось облучение.

Резерфорд, впервые столкнувшись с явлением послесвечения сернистого цинка, воспользовался им для подсчета вылетающих из ядра альфа-частиц. В несложном приборчике, спинтарископе, ударяясь об экран, покрытый сульфидом цинка, эти частицы высекали вспышку, видимую глазом. А если частицы падают на экран достаточно часто, то вместо вспышек появляется постоянное свечение.
Биологическая роль цинка.

Фармацевты и медики жалуют многие соединения цинка. Со времен Парацельса до наших дней в фармакопее значатся глазные цинковые капли (0,25%-ный раствор ZnSO₄). Как присыпка издавна применяется цинковая соль стеариновой кислоты. Феносульфат цинка – хороший антисептик. Суспензия, в которую входят инсулин, протамин и хлорид цинка – новое эффективное средство против диабета, действующее лучше, чем чистый инсулин.

И вместе с тем многие соединения цинка, прежде всего его сульфат и хлорид, токсичны.

Цинк – один из важных микроэлементов. И в то же время избыток цинка для растений вреден.

Биологическая роль цинка двояка и не до конца выяснена. Установлено, что цинк – обязательная составная часть фермента крови, карбоангидразы. Этот фермент содержится в эритроцитах. Карбоангидраза ускоряет выделение углекислого газа в легких. Кроме того, она помогает превратить часть СО₂ в ион НСО₃, играющий важную роль в обмене веществ.

Но вряд ли только карбоангидразой ограничивается роль цинка в жизни животных и человека. И если бы было так, то трудно было бы объяснить токсичность соединений этого элемента.

Известно, что довольно много цинка содержится в яде змей, особенно гадюк и кобр. Но в то же время известно, что соли цинка специфически угнетают активность этих же самых ядов, хотя, как показали опыты, под действием солей цинка яды не разрушаются. Как объяснить такое противоречие? Считают, что высокое содержание цинка в яде – это то средство, которым змея от собственного яда защищается. Но такое утверждение еще требует строгой экспериментальной проверки. Ждут выяснения и многие тонкие детали общей проблемы “цинк и жизнь”…

Это интересно!
Бурундучная руда.

Наиболее распространенный минерал цинка – сфалерит, или цинковая обманка ZnS. Разнообразные примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Видимо, за это минерал и называют обманкой. Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы этого элемента: смитсонит ZnCO₃, цинкит ZnO, каламин 2ZnO*SiO₂*H₂O. На Алтае нередко можно встретить полосатую “бурундучную” руду – смесь цинковой обманки и бурого шпата. Кусок такой руды издали действительно похож на затаившегося полосатого зверька.
Не в ночь под Ивана Купалу.

По старинным преданиям, папоротник цветет лишь в ночь под Ивана Купалу, и охраняет этот цветок нечистая сила. В действительности папоротник как споровое растение не цветет вообще, но слова “папоротниковые цветы” можно встретить на страницах вполне серьезных научных журналов. Так называют характерные узоры цинковых покрытий. Эти узоры возникают благодаря специальным добавкам сурьмы (до 0,3%) или олова (до 0,5%), которые вводят в ванны горячего цинкования. На некоторых заводах “цветы” получают иначе, – прижимая горячий оцинкованный лист к рифленому транспортеру.

coolreferat.com

Цинк (химич. элемент) – это… Что такое Цинк (химич. элемент)?

Цинк / Zinc (Zn)
Атомный номер	30
Внешний вид простого вещества	вязкий металл голубовато-серого цвета
Свойства атома
Атомная масса (молярная масса)	65,39 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома	138 пм
Энергия ионизации (первый электрон)	905,8(9,39) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация	[Ar] 3d¹⁰ 4s²
Химические свойства
Ковалентный радиус	125 пм
Радиус иона	(+2e) 74 пм
Электроотрицательность (по Полингу)	1,65
Электродный потенциал	-0,763
Степени окисления	2
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность	7,133 г/см³
Удельная теплоёмкость	25,470 Дж/(K·моль)
Теплопроводность	116 Вт/(м·K)
Температура плавления	692,73 K
Теплота плавления	7,28 кДж/моль
Температура кипения	1180 K
Теплота испарения	114,8 кДж/моль
Молярный объём	9,2 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки	гексагональная
Период решётки	2,660 Å
Отношение c/a	n/a
Температура Дебая	234,00 K

Запрос Цинк перенаправляется сюда, если вы имели в виду венгерскую теннисистку см. статью Цинк, Мелинда

История

Происхождение названия

Схема атома цинка

Латинское zincum переводится как «белый налет». Происхождение этого слова точно не установлено. Предположительно, оно идет от персидского «ченг», хотя это название относится не к цинку, а вообще к камням. Слово «цинк» встречается в трудах Парацельса и других исследователей 16—17 вв. и восходит, возможно, к древнегерманскому «цинко» — налет, бельмо на глазу. Общеупотребительным название «цинк» стало только в 1920-х гг.

Нахождение в природе

Наиболее распространенный минерал цинка — сфалерит, или цинковая обманка ZnS. Разнообразные примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Видимо, за это минерал и называют обманкой. Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы элемента № 30: смитсонит ZnCO3, цинкит ZnO, каламин 2ZnO · SiO2 · Н2O. На Алтае нередко можно встретить полосатую «бурундучную» руду — смесь цинковой обманки и бурого шпата. Кусок такой руды издали действительно похож на затаившегося полосатого зверька.

Получение

Цинк в природе как самородный метал не проявляется. ₃.

Физические свойства

Химические свойства

2Zn + O₂ = 2ZnO.

Оксид цинка реагирует как с растворами кислот:

ZnO + 2HNO₃ = Zn(NO₃)_₂ + H₂O

так и щелочами:

ZnO + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + Н₂О,

Цинк обычной чистоты активно реагирует с растворами кислот:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑,

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂↑

и растворами щелочей:

Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂↑,

В водных растворах ионы цинка Zn²⁺ образуют аквакомплексы [Zn(H₂O)₄]²⁺ и [Zn(H₂O)₆]²⁺.

Применение

Цинкование 45-60%
В медицине(оксид цинка как антисептик) 10%
Производство сплавов 10%
Производство резиновых шин 10%
Масляные краски 10%

Чистый металлический цинк используется для восстановления благородных металлов добываемых подземным выщелачиванием (золото, серебро). Кроме того, цинк используется для извлечения серебра, золота и др. Из чернового свинца в виде так называемой «серебристой пены» интерметаллидов цинка с серебром и золотом, и обрабатываемых обычными методами аффинажа.

Хлорид цинка — важный флюс для пайки металлов и компонент при производстве фибры.

Теллурид, селенид, фосфид, сульфид цинка — широко применяемые полупроводники.

Список стран по производству цинка в 2006 году (на основе «Геологического обзора Соединенных Штатов»)^[1]:

Место	Страна	Производительность (тонн)
—	Планета	10,000,000
1	Китай	2,600,000^[2]
2	Австралия	1,380,000
3	Перу	1,201,794
4	США	727,000
5	Канада	710,000
6	Мексика	480,000^[2]
7	Ирландия	425,700
8	Индия	420,800
9	Казахстан	400,000^[2]
10	Швеция	192,400
11	Россия	190,000 ^[2]
12	Бразилия	176,000^[2]
13	Боливия	175,000^[2]
14	Польша	135,600
15	Иран	130,000^[2]
16	Марокко	73,000^[2]
17	Намибия	68,000^[2]^[3]
18	Северная Корея	67,000^[2]
19	Турция	50,000^[2]
20	Вьетнам	48,000^[2]
21	Таиланд	45,000^[2]
22	Гондурас	37,646
23	Финляндия	35,700
24	ЮАР	34,444
25	Чили	31,725
26	Аргентина	30,300^[2]
27	Болгария	17,300^[2]
28	Румыния	9,600^[2]
29	Япония	7,169
30	Алжир	5,000^[2]
31	Саудовская Аравия	1,500^[2]
32	Грузия	400^[2]
33	Босния и Герцеговина	300^[2]
34	Мьянма	100^[2]

Биологическая роль

Цинк:

необходим для продукции спермы и мужских гормонов.
необходим для метаболизма витамина E, который является предшественником половых гормонов и включается в продукцию тестостерона.
важен для нормальной деятельности простаты.
участвует в синтезе разных анаболических гормонов в организме, включая инсулин, тестостерон и гормон роста.

См. также

Категория:Соединения цинка

Ссылки

Примечания

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Цинк химический элемент

Рассказ об элементе № 30 — цинке — мы вопреки традиции начнем не с истории его открытия, а с самого важного его применения. Это тем более оправданно, что история цинка не отличается точностью дат. А по значению это несомненно один из важнейших цветных металлов.

Свидетельством первостепенной важности цинка выступает его относительная дешевизна. На мировом рынке дешевле его лишь железо и свинец. Даже алюминий и медь, которые производятся в больших количествах, чем цинк, — дороже его. Малая стоимость цинка — результат, во-первых, больших масштабов, а во-вторых, относительной простоты его производства. О том, как получают цинк, расскажем чуть позже. Здесь же лишь укажем, что в 1980 г. в разных странах было выплавлено 4,5 млн. т цинка. По масштабам производства он занимал законное свое третье место среди цветных металлов.

Цинк и сталь

Как бы громко ни называли наше время: «век полимеров», «век полупроводников», «атомный век» и так далее, по сути дела мы не вышли еще из века железного. Этот металл по-прежнему остается основой промышленности. По выплавке чугуна и стали и сейчас судят о мощи государства. А чугун и сталь подвержены коррозии, и, несмотря на значительные успехи, достигнутые человечеством в борьбе с «рыжим врагом», коррозия ежегодно губит десятки миллионов тонн металла.

Нанесение на поверхность стали и чугуна тонких пленок коррозионно-стойких металлов — важнейшее средство защиты от коррозии. А на первом месте среди всех металлопокрытий — и по важности, и по масштабам — стоят покрытия цинковые. На защиту стали идет 40% мирового производства цинка!

Оцинкованные ведра, оцинкованная жесть на крышах домов — вещи настолько привычные, настолько будничные, что мы, как правило, не задумываемся, а почему, собственно, они оцинкованные, а не хромированные или никелированные? Если же такой вопрос возникает, то «железная логика» мигом выдает однозначный ответ: потому что цинк дешевле хрома и никеля. Но дело не в одной дешевизне.

Кобальт, никель, кадмий, олово и другие металлы, применяемые для защиты железа от коррозии, в ряду активности металлов стоят после железа. Это значит, что они химически более стойки, чем железо. Цинк же и хром, наоборот, активнее железа. Хром в ряду активности стоит почти рядом с железом (между ними только галлий), а цинк — перед хромом.

Процессы атмосферной коррозии имеют электрохимическую природу и объясняются с электрохимических позиций. Но в принципе механизм защиты железа цинком состоит в том, что цинк — металл более активный — прежде, чем железо, реагирует с агрессивными компонентами атмосферы. Получается, словно металлы соблюдают правило солдатской дружбы: сам погибай, а товарища выручай… Конечно, металлы не солдаты, тем не менее цинк выручает железо, погибая.

Вот как это происходит. В присутствии влаги между железом и цинком образуется микрогальванопара, в которой цинк — анод. Именно он и будет разрушаться при возникшем электрохимическом процессе, сохраняя в неприкосновенности основной металл. Даже если покрытие нарушено — появилась, допустим, царапина, — эти особенности цинковой защиты и ее надежность остаются неизменными. Ведь и в такой ситуации действует микрогальванопара, в которой цинк принесен в жертву, и, кроме того, обычно в процессе нанесения покрытия железо и цинк реагируют между собой. И чаще всего царапина оголяет не само железо, а интерметаллическое соединение железа с цинком, довольно устойчивое к действию влаги.

Существен и состав продукта, образующегося при «самопожертвовании» элемента № 30. Активный цинк реагирует с влагой воздуха и одновременно с содержащимся в нем углекислым газом. Образуется защитная пленка состава 2ZnCO₃*Zn(OH)₂, имеющая достаточную химическую стойкость, чтобы защитить от реакций и железо, и сам цинк. Но если цинк корродирует в среде, лишенной углекислоты, скажем, в умягченной воде парового котла, то пленка нужного состава образоваться не может, и в этом случае цинковое покрытие разрушается намного быстрее.

Как же наносят цинк на железо? Способов несколько. Поскольку цинк образует сплавы с железом, быстро растворяя его даже при невысоких температурах, можно наносить распыленный цинк на подготовленную стальную поверхность из специального пистолета. Можно оцинковывать сталь (это самый старый способ),просто окуная ее в расплавленный цинк. Кстати, плавится он при сравнительно низкой температуре (419,5°С). Есть, конечно, электролитические способы цинкования. Есть, наконец, метод шерардизации (по имени изобретателя), применяемый для покрытия небольших деталей сложной конфигурации, когда особенно важно сохранить неизменными размеры.

В герметически закрытом барабане детали, пересыпанные цинковой пылью, выдерживают в течение нескольких часов при 350-375°С. В этих условиях атомы цинка достаточно быстро диффундируют в основной материал; образуется железоцинковый сплав, слой которого не «уложен» поверх детали, а «внедрен» в нее.

Сплавы цинка

Уже упоминалось, что история элемента с атомным номером 30 достаточно путана. Но одно бесспорно: сплав меди и цинка — латунь — был получен намного раньше, чем металлический цинк. Самые древние латунные предметы, сделанные примерно в 1500 г. до н.э., найдены при раскопках в Палестине. Приготовление латуни восстановлением особого камня — кадмея углем в присутствии меди описано у Гомера, Аристотеля, Плиния Старшего. В частности, Аристотель писал о добываемой в Индии меди, которая «отличается от золота только вкусом».

Действительно, в довольно многочисленной группе сплавов, носящих общее название латуней, есть один (Л-96, или томпак, по цвету почти неотличимый от золота. Между прочим, томпак содержит меньше цинка, чем большинство латуней: цифра за индексом Л означает процентное содержание меди. Значит, на долю цинка в этом сплаве приходится не больше 4%. Можно предполагать, что металл из кадмеи и в древности добавляли в медь не только затем, чтобы осветлить ее. Меняя соотношение цинка и меди, можно получить многочисленные сплавы с различными свойствами. He случайно латуни поделены на две большие группы — альфа и бета-латуни. В первых цинка не больше 33%.

С увеличением содержания цинка пластичность латуни растет, но только до определенного предела: латунь с 33 и более процентами цинка при деформировании в холодном состоянии растрескивается; 33%Zn — рубеж роста пластичности, за которым латунь становится хрупкой. Впрочем, могло случиться, что за основу классификации латуней взяли бы другой «порог» — все классификации условны, ведь и прочность латуней растет по мере увеличения в них содержания цинка, но тоже до определенного предела. Здесь предел иной — 47-50% Zn. Прочность латуни, содержащей 45% Zn, в несколько раз больше, чем сплава, отлитого из равных количеств цинка и меди.

Широчайший диапазон свойств латуней объясняется прежде всего хорошей совместимостью меди и цинка: они образуют серию твердых растворов с различной кристаллической структурой. Так же разнообразно и применение сплавов этой группы. Из латуней делают конденсаторные трубки и натронные гильзы, радиаторы и различную арматуру, множество других полезных вещей — всего не перечислить.

И что здесь особенно важно. Введенный в разумных пределах цинк всегда улучшает механические свойства меди (ее прочность, пластичность, коррозионную стойкость). И всегда при этом он удешевляет сплав — ведь цинк намного дешевле меди. Легирование делает сплав более дешевым — такое встретишь не часто.

Цинк входит и в состав другого древнего сплава на медной основе. Речь идет о бронзе. Это раньше делили четко: медь плюс олово — бронза, медь плюс цинк — латунь. Теперь «грани стерлись». Сплав ОЦС-3-12-5 считается бронзой, но цинка в нем в четыре раза больше, чем олова. Бронза для отливки бюстов и статуй содержит (марка БХ-1) от 4 до 7% олова и от 5 до 8% цинка, т. е. называть ее латунью оснований больше — на 1%. А ее по-прежнему называют бронзой, да еще художественной…

До сих пор мы рассказывали только о защите цинком и о легировании цинком. Но есть и сплавы на основе элемента № 30. Хорошие литейные свойства и низкие температуры плавления позволяют отливать из таких сплавов сложные тонкостенные детали. Даже резьбу под болты и гайки можно получать непосредственно при отливке, если имеешь дело со сплавами на основе цинка.

Цинковые сплавы появились и в полиграфии. Так, наряду с сурьмяно-оловянно-свинцовым сплавом — гартом для отливки шрифтов используют и так называемый сплав № 3, в котором содержится до 3% алюминия, 1,21,6% магния, остальное цинк. К роли цинка в полиграфии мы еще вернемся в рассказе о металлическом цинке.

Коротко о соединениях цинка

Еще при первых попытках выплавить цинк из руды у средневековых химиков получался белый налет, который в книгах того времени называли двояко: либо «белым снегом» (nix alba), либо «философской шерстью» (lana philosophica). Нетрудно догадаться, что это была окись цинка ZnO — вещество, которое есть в жилище каждого городского жителя наших дней.

Этот «снег», будучи замешанным на олифе, превращается в цинковые белила — самые распространенные из всех белил. Окись цинка нужна не только для малярных дел, ею широко пользуются многие отрасли промышленности. Стекольная — для получения молочного стекла и (в малых дозах) для увеличения термостойкости обычных стекол. В резиновой промышленности и производстве линолеума окись цинка используют как наполнитель. Известная цинковая мазь на самом деле не цинковая, а окисиоцинковая. Препараты на основе ZnO эффективны при кожных заболеваниях.

Наконец, с кристаллической окисью цинка связана одна из самых больших научных сенсаций 20-х годов нашего века. В 1924 г. один из радиолюбителей города Томска установил рекорд дальности приема. Детекторным приемником он в Сибири принимал передачи радиостанций Франции и Германии, причем слышимость была более отчетливой, чем у владельцев одноламповых приемников. Как это могло произойти? Дело в том, что детекторный приемник томского любителя был смонтирован по схеме сотрудника нижегородской радиолаборатории О. В. Лосева.

Автор статьи оказался провидцем: кристалл действительно заменил лампу; правда, это не лосевский кристалл окиси цинка, а кристаллы других веществ. Но, между прочим, среди широко применяемых полупроводниковых материалов есть соединения цинка. Это его селениды и теллуриды, антимонид и арсенид.

Биологическая роль цинка

Фармацевты и медики жалуют многие соединения элемента № 30. Со времен Парацельса до наших дней в фармакопее значатся глазные цинковые капли (0,25%-ный раствор ZnSO₄). Как присыпка издавна применяется цинковая соль стеариновой кислоты. Фенолсульфопат цинка — хороший антисептик. Суспензия, в которую входят инсулин, протамин и хлорид цинка — эффективное средство против диабета, действующее лучше, чем чистый инсулин. И вместе с тем многие соединения цинка, прежде всего его сульфат и хлорид, токсичны.

Цинк — один из важных микроэлементов. И в то же время избыток цинка для растений вреден. Биологическая роль цинка двояка и не до конца выяснена. Установлено, что цинк — обязательная составная часть фермента крови карбоангидразы. Этот фермент содержится в эритроцитах. Карбоангидраза ускоряет выделение углекислого газа в легких. Кроме того, она помогает превратить часть CO₂ в ион HCO^3-, играющий важную роль в обмене веществ.

Но вряд ли только карбоангидразой ограничивается роль цинка в жизни животных и человека. И если бы было так, то трудно было бы объяснить токсичность соединений элемента № 30.

Известно, что довольно много цинка содержится в яде змей, особенно гадюк и кобр. Но в то же время известно, что соли цинка специфически угнетают активность этих же самых ядов; как показали опыты, под действием солей цинка яды не разрушаются. Как объяснить такое противоречие? Считают, что высокое содержание цинка в яде — это то средство, которым змея от собственного яда защищается. Но такое утверждение еще требует строгой экспериментальной проверки. Ждут выяснения и многие другие детали общей проблемы «цинк и жизнь»…

Сравнительно недавно установлено, что в биологических макромолекулах — ДНК, РНК и белках, — в субклеточных органеллах, в клетках и отдельных органах при злокачественном перерождении растет содержание ионов некоторых металлов. Концентрация цинка увеличивается в полтора — два раза и даже втрое. Причины пока неизвестны, но естественно предположение, что это может указать путь к ранней диагностике рака. Что можно сказать в заключение об элементе № 30. Только одно: элемент этот не очень эффектный, но для всех нас он разносторонне важен.

natural-museum.ru

ЦИНК (химический элемент) – это… Что такое ЦИНК (химический элемент)?

⁶⁴

⁶⁶

⁶⁷

⁶⁸

⁷⁰

⁶

¹⁰

²⁺

см.

Историческая справка

см.

В 1746 А. С. Маргграф (см. МАРГГРАФ Андреас Сигизмунд) разработал способ получения металла прокаливанием смеси его окиси с углем без доступа воздуха в ретортах с последующей конденсацией паров цинка в холодильниках.
Слово «цинк» встречается в трудах Парацельса (см. ПАРАЦЕЛЬС) и других исследователей 16—17 вв. и восходит, возможно, к древнегерманскому «цинко» — налет, бельмо на глазу. Название этого металла за его историю несколько раз менялось. Общеупотребительным название «цинк» стало только в 1920-х гг.
Нахождение в природе
Содержание цинка в земной коре 8,3·10^–3% по массе, в воде Мирового океана 0,01 мг/л. Известно 66 минералов цинка, важнейшие из них: сфалерит (см. СФАЛЕРИТ), клейофан (см. КЛЕЙОФАН), марматит (см. МАРМАТИТ), вюртцит, (см. ВЮРТЦИТ) смитсонит (см. СМИТСОНИТ) ZnCO₃, каламин (см. КАЛАМИН) Zn₄(OH)₄Si₂O₇·H₂O, цинкит (см. ЦИНКИТ) ZnO, виллемит (см. ВИЛЛЕМИТ). Цинк входит в состав полиметаллических руд, которые содержат также медь, свинец, кадмий, индий (см. ИНДИЙ), галлий (см. ГАЛЛИЙ), таллий (см. ТАЛЛИЙ) и другие. Цинк — важный биогенный элемент: в живом веществе содержится 5·10^–4% по массе.
Получение
Цинк добывают из полиметаллических руд, содержащих 1—4% Zn в виде сульфида. Руду обогащают, получая цинковый концентрат (50—60%). Цинковые концентраты обжигают в печах в кипящем слое, переводя сульфид цинка в ZnO. От ZnO к Zn идут двумя путями. По пирометаллургическому методу концентрат спекают, а затем восстанавливают углем или коксом при 1200—1300°C. Затем испарившиеся из печи пары цинка конденсируют.
ZnO + C = Zn + CO.
Основной способ получения цинка гидрометаллургический. Обожженные концентраты обрабатывают серной кислотой. Из полученного сульфатного раствора удаляют примеси, осаждая их цинковой пылью. Очищенный раствор подвергают электролизу. Цинк осаждается на алюминиевых катодах. Чистота электролитного цинка 99,95%.
Для получения цинка высокой чистоты применяют зонную плавку (см. ЗОННАЯ ПЛАВКА).
Физические и химические свойства
Цинк — голубовато-белый металл.
Обладает гексагональной решеткой с параметрами а = 0,26649 нм, с = 0,49468 нм. Температура плавления 419,58°C, температура кипения 906,2°C, плотность 7,133 кг/дм³. При комнатной температуре хрупок. При 100—150°C пластичен. Стандартный электродный потенциал –0,76 В, в ряду стандартных потенциалов расположен до железа Fe.
На воздухе цинк покрывается тонкой пленкой оксида ZnO. При сильном нагревании сгорает с образованием амфотерного (см. АМФОТЕРНОСТЬ) белого оксида ZnO.
2Zn + O₂ = 2ZnO
Оксид цинка реагирует как с растворами кислот:
ZnO + 2HNO₃ = Zn(NO₃)₂ + H₂O
так и щелочами:
ZnO + 2NaOH (сплавление)= Na₂ZnO₂ + Н₂О
В этой реакции образуется цинкат натрия Na₂ZnO₂.
Цинк обычной чистоты активно реагирует с растворами кислот:
Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂
Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂
и растворами щелочей:
Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂,
образуя гидроксоцинкаты. С растворами кислот и щелочей очень чистый цинк не реагирует. Взаимодействие начинается при добавлении нескольких капель раствора сульфата меди CuSO₄.
При нагревании цинк реагирует с галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) с образованием галогенидов ZnHal₂. С фосфором (см. ФОСФОР) цинк образует фосфиды Zn₃P₂ и ZnP₂.С серой (см. СЕРА) и ее аналогами — селеном (см. СЕЛЕН) и теллуром (см. ТЕЛЛУР) — различные халькогениды (см. ХАЛЬКОГЕНИДЫ), ZnS, ZnSe, ZnSe₂и ZnTe.
С водородом (см. ВОДОРОД), азотом (см. АЗОТ), углеродом (см. УГЛЕРОД), кремнием (см. КРЕМНИЙ) и бором (см. БОР (химический элемент)) цинк непосредственно не реагирует. Нитрид Zn₃N₂получают реакцией цинка с аммиаком (см. АММИАК) NH₃ при 550—600°C.
В водных растворах ионы цинка Zn²⁺ образуют аквакомплексы [Zn(H₂O)₄]²⁺ и [Zn(H₂O)₆]²⁺.
Применение
Основная часть производимого цинка расходуется на изготовление антикоррозионных покрытий железа и стали. Цинк применяют в аккумуляторах и сухих элементах питания. Листовой цинк используют в типографском деле. Сплавы цинка (латунь, нейзильбер и другие) применяются в технике. ZnO служит пигментом в цинковых белилах. Соединения цинка являются полупроводниками. Раствором хлорида цинка ZnCl₂ пропитывают железнодорожные шпалы, предохраняя их от гниения.
Физиологическое действие
Цинк входит в состав более 40 металлоферментов, катализирующих в организме человека гидролиз пептидов, белков и других соединений. Цинк входит в состав гормона инсулина. (см. ИНСУЛИН) В организм человека цинк поступает с мясом, молоком, яйцами.
Растения при недостатке цинка в почве заболевают.
Металлический цинк мало токсичен. Фосфид и оксид цинка ядовиты. Попадание в организм растворимых солей цинка приводит к расстройству пищеварения, раздражению слизистых оболочек. ПДК для цинка в воде 1,0 мг/л.

en.academic.ru

Цинк. Подгруппа цинка — Знаешь как

Физические свойства элементов подгруппы цинка. **Таблица 25**
	Порядковый номер		Температура плавления, °С	Температура кипения, °С	Плотность, г/смЗ

Из элементов подгруппы цинка наибольшее значение имеют цинк и ртуть, поэтому мы в основном остановимся на этих металлах.
23. Сравните величину радиусов атомов щелочноземельных металлов и металлов подгруппы цинка, находящихся в одних и тех же периодах, и объясните, почему при одинаковой структуре внешнего электронного слоя элементы подгруппы цинка проявляют меньшую восстановительную активность.
24. Изобразите электронные конфигурации внешнего и предвнешнего слоя атомов элементов подгруппы цинка и распределение электронов по орбиталям. Отметьте их сходство и различие.

Цинк Zn

Цинк Zn — тяжелый цветной металл, химически активен, обладает хорошо выраженными восстановительными свойствами. Подобно алюминию, он покрыт защитной пленкой окиси, однако реагирует с кислородом при нагревании и даже может гореть в кислороде с образованием окиси цинка ZnO:
2Zn + О2 = 2ZnO
В соединениях цинк постоянно двухвалентен.
Если смешать тонкий порошок металлического цинка с мелкорастертой серой и нагреть, то происходит бурная реакция, сопровождающаяся яркой вспышкой, образуется сульфид цинка белого цвета:
Zn + S = ZnS
С галогенами цинк реагирует без нагревания: Zn + Cl2 = ZnCl2
Взаимодействие с водой практически прекращается сразу после начала реакции, так как на поверхности металла образуется плотная пленка гидроокиси цинка, которая прекращает доступ воды к металлу. Однако если вода берется в виде перегретого пара, а цинк — сильно раскаленный, то идет реакция с образованием окиси цинка:
Zn + h3O = ZnO + h3↑
С кислотами цинк активно реагирует с вытеснением водорода. Реакция идет при обычных условиях и служит общеизвестным способом получения водорода в лаборатории:
Zn + 2НСl = ZnCl2 + h3↑

Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + h3↑
При взаимодействии с концентрированной серной кислотой цинк в зависимости от концентрации кислоты и других условий может восстанавливать серу до сероводорода, до свободной серы или до двуокиси серы:
Zn + h3SO4 → … (S⁺⁴)
Zn + h3SO4 → … (S^-2)
Zn + h3SO4 → … (S⁰)
• Самостоятельно составьте полные уравнения и расставьте коэффициенты на основе электронного баланса.
Особенностью цинка является его амфотерность. Наряду с реакцией между цинком и кислотами легко происходит реакция между цинком и щелочами. При этом цинк вытесняет из щелочей водород и образует соли — цинкаты:
Zn + 2NaOH = Na2ZnO2 + h3↑
цинкат
натрия
Zn + 2Na⁺ + 2OH^— = 2Na⁺ + ZnO²₂^— + h3↑

Zn + 2OH^— = ZnO²₂^— + h3↑
■ 25. Перечислите особенности химических свойств цинка, подтвердите их уравнениями реакции и обоснуйте с позиции теории строения атомов. Составьте план изложения этого вопроса. (См. Ответ)
Окись цинка ZnO с водой в реакцию не вступает, однако обладая амфотерным характером, может вступать в реакцию как с кислотами:
ZnO + h3SO4 = ZnSO4 + Н2O
ZnO + 2Н⁺ + SO²4^— = Zn²⁺ + SO²₄^— + h3O
ZnO + 2H⁺ = Zn²⁺ + h3O
так и со щелочами:
ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + h3O
ZnO + 2Na⁺ + 2OH^— = 2Na⁺ + ZnO²₂^— + h3O
ZnO + 2OH^— = ZnO²₂^— + h3O
Окись цинка широко используется для изготовления нетемнеющих цинковых белил.
При сильном нагревании с углем окись цинка может быть восстановлена до свободного цинка:
ZnO + С = Zn + СО
Окись цинка иногда встречается в природе.
Гидроокись цинка Zn(OH)2 — также вещество амфотер-ное, нерастворимое в воде, но хорошо растворимое как в кислотах:
Zn(OH)2 + 2Н⁺ = Zn²⁺ + 2Н2O
так и в щелочах:
Zn(OH)2 + 2OН^— = ZnO²₂^— + 2Н2O
• На основании приведенных сокращенных ионных . уравнений составьте полные ионные и молекулярные уравнения.
Из солей цинка важнейшими являются хлорид ZnCl2 и сульфат ZnSO4.

Сульфат цинка (цинковый купорос) поступает в лаборатории в виде кристаллогидрата ZnSO4-7h3O. Разбавленные растворы применяются как лекарственное средство при некоторых заболеваниях. Как уже указывалось, сульфат цинка используют для получения металлического цинка путем электролиза, а также как протраву при крашении тканей.
Хлорид цинка ZnCl2 — «травленая кислота» применяется при паянии, для пропитки древесины с целью предохранения ее от гниения, в производстве пергамента.
Цинк в природе встречается в виде минерала цинковой обманки ZnS, которая является цинковой рудой. Цинк из нее получают посредством обжига на воздухе с последующим восстановлением полученной окиси углем:
2ZnS + 3O2 = 2SO2 + 2ZnO ZnO + С = Zn + СО
Образовавшуюся окись иногда при наличии дешевой электроэнергии переводят серной кислотой в сульфат, а затем последний подвергают электролизу.
Свободный цинк широко применяется в промышленности. Благодаря способности образовывать на поверхности металла защитную окисную пленку цинком покрывают изделия из железа для защиты от коррозии посредством погружения их в расплавленный цинк (цинкование). Чистый цинк довольно хрупок, поэтому чаще он применяется в составе сплавов, например латуни .
Соединения цинка имеют гораздо более ограниченное применение по сравнению с чистым металлом.
■ 26. Что такое амфотерность и как она проявляется в соединениях цинка? (См. Ответ)
27. Укажите способы получения окиси и гидроокиси цинка.
28. Почему цинковая посуда портится при добавлении в нее при стирке уксуса или щелочи? Можно ли в цинковой посуде держать раствор медного купороса?
29. Каким простейшим способом можно освободить раствор сульфата цинка от примеси раствора сульфата меди? (См. Ответ)

Ртуть Hg

Ртуть — единственный металл, находящийся при обычной температуре в жидком состоянии (температуре плавления — 38,8°). Ртуть белого цвета. Она обладает меньшей восстановительной активностью, чем цинк. В ряду напряжений ртуть располагается правее водорода, т. е. не вытесняет его из воды и кислот. Радиус атома ртути почти равен радиусу атома кадмия, а заряд ядра атома значительно больше, поэтому электроны внешнего слоя удерживаются ртутью значительно прочнее.
■ 30. Изобразите электронную конфигурацию внешнего и предв-нешнего слоя атома ртути. Объясните, почему среди металлов группы цинка ртуть проявляет наименьшую восстановительную активность. (См. Ответ)
Ртуть легко образует с другими металлами сплавы, которые называются амальгамами.
Ртуть химически малоактивна и на воздухе без изменений может храниться довольно долго. Однако при длительном слабом нагревании может окисляться, образуя окись ртути:
2Hg + O2 = 2HgO
При растирании в ступке ртуть очень легко взаимодействует с серой, образуя сульфид ртути (II) черного цвета:
Hg + S = HgS
С водой ртуть в реакцию не вступает, но хорошо реагирует с азотной и концентрированной серной кислотами, обладающими сильным окисляющим действием. При этом в зависимости от того, при какой температуре ведется реакция, образуются соли как одновалентной, так и двухвалентной ртути. Ртуть в соединениях может быть одновалентной и двухвалентной. Соединения как одновалентной, так и двухвалентной ртути достаточно устойчивы, хотя и могут превращаться друг в друга.
Следует отметить сильную ядовитость ртути, которая даже при комнатной температуре легко испаряется и может вызвать тяжелые отравления, оказывающие сильное влияние на сердце. При попадании соединений ртути внутрь возникает расстройство деятельности органов пищеварения и почек. Очень ядовиты и соединения ртути, такие, как, например, сулема.
В промышленности применяется как металлическая ртуть, так и некоторые ее соли. Металлическую ртуть используют при изготовлении термометров, барометров и некоторых измерительных приборов, а также при добыче золота для его очистки от примесей, так как ртуть легко образует амальгамы с золотом и некоторыми другими драгоценными металлами. Этим ее свойством пользуются и в зубоврачебной практике для изготовления пломб.

Соли ртути также находят некоторое применение. Например, сулема HgCl2 используется как дезинфицирующее средство, каломель Hg2Cl2(Cl — Hg — Hg — Cl) — как легкое слабительное.
В природе ртуть встречается изредка в самородном жидком состоянии, но чаще в виде соединений, например киновари HgS. Для получения из нее ртути киноварь сначала обжигают:
2HgS + 3O2 = 2HgO + 2SO2
а затем полученную окись ртути HgO разлагают нагреванием:
2HgO = 2Hg + O2
Обычно обе реакции протекают одновременно в едином процессе.
■ 31. Что такое амальгамы? С какой амальгамой вы уже знакомы? (См. Ответ)
32. Перечислите особенности химических свойств ртути.
33. Каково физиологическое действие ртути?
34. Укажите, где применяется металлическая ртуть.
35. Что вам известно о соединениях ртути?
36. В каком виде ртуть может встречаться в природе и как можно получить ее из природных соединений? Подтвердите свой ответ уравнениями реакций.
37. Основываясь на положении ртути в ряду напряжений металлов, опишите отношение ртути к воде, соляной кислоте, разбавленной и концентрированной серной кислоте, разбавленной и концентрированной азотной кислоте. (См. Ответ)

Титан Ti (побочная подгруппа IV группы)

Титан Ti — элемент побочной подгруппы IV группы периодической системы. Атомный вес 47,9, заряд ядра + 22. Электроны распределены по четырем энергетическим уровням:

38. Изобразите электронную конфигурацию внешнего и предвнешнего слоев и распределение электронов по орбиталям.
Незавершенностью d-орбиталей предвнешнего слоя объясняется то, что в образовании валентных связей участвуют не только два электрона внешнего слоя, но и два электрона предвнешнего слоя. B связи с этим титан может быть в соединениях как двухвалентным, так и (гораздо чаще) четырехвалентным. Соединения четырехвалентного титана более устойчивы.

Титан довольно легкий металл с плотностью 4,5. Он плавится при температуре 1670°, а кипит при 3260°. Титан пластичен, обладает хорошей ковкостью.
Чем выше температура, тем сильнее проявляются восстановительные свойства титана. На холоде он сравнительно мало активен, но при нагревании легко взаимодействует с галогенами, кислородом, проявляя при этом степень окисления + 4. Из реакций со сложными веществами следует отметить взаимодействие с перегретым водяным паром:
Ti +2h3O = TiO2 + 2h3↑
Интересно, что титан гораздо активнее реагирует с газообразными галогеноводородами, чем с аналогичными кислотами. Например, с хлористым водородом при нагревании идет реакция:
Ti + 4НСl = TiCl4 + 2h3↑
в то время как соляная кислота действует на титан только в концентрированном виде.
Кислородные кислоты с сильными окислительными свойствами в основном вступают с титаном в окислительно-восстановительные реакции:
Ti + HNO3 → h3TiO3 + NO
титановая кислота
Ti + h3SO4 → Ti(SO4), + SO2
сульфат титана

• Закончите составление уравнений окислительно-восстановительных реакций самостоятельно.
Однако на гладкой поверхности изделий из титана или его сплавов такие кислоты могут образовывать оксидную пленку, защищающую металл от дальнейшего окисления. Высший окисел титана ТiO2 носит в основном кислотный характер. Ему соответствует титановая кислота Н2TiO3, соли которой носят название титанатов, например титанат железа FeTiO3, титанат кальция CaTiO3. При сплавлении ТiO2, с некоторыми основными окислами, например с СаО, образуются соответствующие титанаты:
СаО + ТiO2 = CaTiO3

В природе титан довольно распространен. Он встре-чается в виде минерала рутила, в основе которого двуокись титана ТiO2, а также в виде титанатов кальция и железа. Минералы, содержащие титан, часто сопутствуют железным рудам и редко встречаются в виде крупных самостоятельных месторождений. Получают титан из природных соединений, переводя их в хлорид TiCl4, а затем восстанавливая из хлорида расплавленным магнием:
TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2 Это весьма дорогой способ.
Титан применяют в основном в качестве добавок к сплавам, в частности к стали, что придает ей ковкость, жаропрочность, устойчивость к коррозии.

■ 39. Подробно опишите химические свойства титана. Чем титан отличается от цинка и в чем они сходны?
40. Что такое титанаты и как можно их получить?
41. Каким способом можно получить титан из природных соединений?
42. Где применяется титан? (См. Ответ)

znaesh-kak.com

Элемент цинк zn

Вот как это происходит:

И вместе с тем многие соединения цинка, прежде всего его сульфат и хлорид, токсичны.

Цинк – один из важных микроэлементов. И в то же время избыток цинка для растений вреден.

Это интересно!
Бурундучная руда.

en.coolreferat.com

TOP HEADLINES