Цинк- тендітний перехідний метал блакитно-білого кольору (тьмяніє на повітрі, покриваючись тонким шаром оксиду цинку). Есенційний (незамінний) мікроелемент тканин людини. За кількісним співвідношенням в організмі займає друге, після заліза, місце. Йому належить ключова роль регенерації пошкоджених тканин, оскільки без цинку порушується синтез нуклеїнових кислот і білка.
Дивіться також:
СТРУКТУРА
Кристали цинку мають гексагональну упаковку атомів. Але на відміну від щільної гексагональної упаковки сферичних атомів грати цинку витягнуті в одному напрямку. Кожен атом оточений шістьма іншими атомами, що у одній площині чи шарі. Відстань між центрами сусідніх атомів у цьому плоскому шарі дорівнює 0,26649 нм. Зовнішня електронна конфігурація атома 3d 10 4s 2 . Чи не поліморфний. ВЛАСТИВОСТІ
При кімнатній температурі крихкий, при згинанні пластинки чути тріск від тертя кристалітів (зазвичай сильніший, ніж крик олова). Має низьку температуру плавлення. Об'єм металу при плавленні збільшується відповідно до зниження щільності. З підвищенням температури зменшується кінетична в'язкість та електропровідність цинку та зростає його питомий електричний опір. При 100-150 ° C цинк пластичний. Домішки, навіть незначні, різко збільшують крихкість цинку. Є діамагнетиком.
ЗАПАСИ І ВИБУТОК
Середній вміст цинку в земній корі - 8,3 10 -3 %, в основних вивержених породах його дещо більше (1,3 10 -2 %), ніж у кислих (6 10 -3 %). Цинк – енергійний водний мігрант, особливо характерна його міграція у термальних водах разом із свинцем. З цих вод осідають сульфіди цинку, що мають важливе промислове значення. Цинк також енергійно мігрує у поверхневих та підземних водах, головним осадником для нього є сірководень, меншу роль відіграє сорбція глинами та інші процеси.
Родовища цинку відомі в Ірані, Австралії, Болівії, Казахстані. У Росії найбільшим виробником свинцево-цинкових концентратів є ВАТ «ГМК Дальполіметал»
Цинк добувають з поліметалевих руд, що містять 1-4% Zn у вигляді сульфіду, а також Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руди збагачують селективною флотацією, отримуючи цинкові концентрати (50-60% Zn) та одночасно свинцеві, мідні, а іноді також піритні концентрати.
Основний спосіб отримання цинку - електролітичний (гідрометалургійний). Обпалені концентрати обробляють сірчаною кислотою; одержуваний сульфатний розчин очищають від домішок (осадженням їх цинковим пилом) і електролізують у ваннах, щільно викладених усередині свинцем або вініпластом. Цинк осідає на алюмінієвих катодах, з яких його щодобово видаляють (здирають) і плавлять в індукційних печах.
ПОХОДЖЕННЯ
Цинк у природі як самородний метал не зустрічається. Відомо 66 мінералів цинку, зокрема цинкіт, сфалерит, віллеміт, каламін, смітсоніт, франклініт. Найбільш поширений мінерал – сфалерит, або цинкова обманка. Основний компонент мінералу - сульфід цинку ZnS, а різноманітні домішки надають цій речовині всілякі кольори. Через труднощі визначення цього мінералу його називають обманкою (др.-грец. σφαλερός - оманливий). Цинкову обманку вважають первинним мінералом, з якого утворилися інші мінерали елемента № 30: смітсоніт ZnCO 3 , цинкіт ZnO, каламін 2ZnO · SiO 2 · Н 2 O. На Алтаї нерідко можна зустріти смугасту «бурундучну» руду - суміш цинкової цинкової. Шматок такої руди здалеку справді схожий на смугастого звірка, що причаївся.
ЗАСТОСУВАННЯ
Чистий металевий цинк використовується для відновлення шляхетних металів, що видобувають підземне вилуговування (золото, срібло). Крім того, цинк використовується для вилучення срібла, золота (та інших металів) з чорнового свинцю у вигляді інтерметалідів цинку зі сріблом і золотом (так званої «сріблястої піни»), які потім обробляють звичайними методами афінажу.
Застосовується для захисту сталі від корозії (оцинкування поверхонь, не схильних до механічних впливів, або металізація - для мостів, ємностей, металоконструкцій).
Цинк використовується як матеріал для негативного електрода в хімічних джерелах струму, тобто в батарейках та акумуляторах.
Пластини цинку широко використовуються у поліграфії, зокрема для друку ілюстрацій у багатотиражних виданнях. Для цього з XIX століття застосовується цинкографія – виготовлення кліше на цинковій пластині за допомогою витравлювання кислотою малюнка в ній. Домішки, крім невеликої кількості свинцю, погіршують процес травлення. Перед травленням цинкову пластину відпалюють і прокочують у нагрітому стані.
Цинк вводиться до складу багатьох твердих припоїв зниження їх температури плавлення.
Окис цинку широко використовується в медицині як антисептичний та протизапальний засіб. Також оксид цинку використовується для виробництва фарби – цинкових білил. 
Цинк – важливий компонент латуні. Сплави цинку з алюмінієм та магнієм (ЦАМ, ZAMAK) завдяки порівняно високим механічним та дуже високим ливарним якостям дуже широко використовуються в машинобудуванні для точного лиття. Зокрема, у справі зброї зі сплаву ZAMAK (-3, −5) іноді відливають затвори пістолетів, особливо розрахованих на використання слабких або травматичних патронів. Також з цинкових сплавів відливають усіляку технічну фурнітуру, на зразок автомобільних ручок, корпуси карбюраторів, масштабні моделі та всілякі мініатюри, а також будь-які інші вироби, що вимагають точного лиття при прийнятній міцності.
Хлорид цинку - важливий флюс для паяння металів та компонентів при виробництві фібри.
Телурид, селенід, фосфід, сульфід цинку - напівпровідники, що широко застосовуються. Сульфід цинку – складова частина багатьох люмінофорів. Фосфід цинку використовується як отрута для гризунів.
Селенід цинку використовується для виготовлення оптичного скла з дуже низьким коефіцієнтом поглинання в середньому інфрачервоному діапазоні, наприклад, вуглекислотних лазерах.
Цинк (англ. Zinc) - Zn
КЛАСИФІКАЦІЯ
| Strunz (8-е видання) | 1/A.04-10 |
| Nickel-Strunz (десяте видання) | 1.AB.05 |
| Dana (7-е видання) | 1.1.8.1 |
| Dana (8-е видання) | 1.1.5.1 | Hey's CIM Ref | 1.8 |
Сплав цинку з міддю – латунь – був відомий ще в Стародавній Греції, Стародавньому Єгипті, Індії (VII ст.), Китаї (XI ст.). Довгий час не вдалося виділити чистий цинк. У 1746 А. С. Маргграф розробив спосіб отримання чистого цинку шляхом прожарювання суміші його оксиду з вугіллям без доступу повітря в глиняних вогнетривких ретортах з подальшою конденсацією парів цинку в холодильниках. У промисловому масштабі виплавка цинку розпочалася XVII в.
Латинське zincum перекладається як "білий наліт". Походження цього слова точно не встановлено. Імовірно, воно йде від перського "ченг", хоча ця назва відноситься не до цинку, а взагалі до каменів. Слово "цинк" зустрічається у працях Парацельса та інших дослідників 16-17 ст. і сходить, можливо, до давньонімецького "цинку" - наліт, більмо на оці. Загальновживаючою назва "цинк" стала лише у 1920-х pp.
Знаходження в природі, отримання:
Найбільш поширений мінерал цинку – сфалерит, або цинкова обманка. Основний компонент мінералу - сульфід цинку ZnS, а різноманітні домішки надають цій речовині всілякі кольори. Очевидно, за це мінерал і називають обманкою. Цинкову обманку вважають первинним мінералом, з якого утворилися інші мінерали елемента № 30: смітсоніт ZnCO 3 , цинкіт ZnO, каламін 2ZnO·SiO 2 ·Н 2 O. На Алтаї нерідко можна зустріти смугасту "бурундучну" руду - суміш цинкової цинкової. Шматок такої руди здалеку справді схожий на смугастого звірка, що причаївся.
Виділення цинку починається з концентрування руди методами седиментації або флотації, потім її обпалюють до утворення оксидів: 2ZnS + 3О 2 = 2ZnО + 2SO 2
Оксид цинку переробляють електролітичним способом або відновлюють коксом. У першому випадку цинк вилуговують з сирого оксиду розведеним розчином сірчаної кислоти, домішка кадмію беруть в облогу цинковим пилом і розчин сульфату цинку піддають електролізу. Метал 99,95% чистоти осідає на алюмінієвих катодах.
Фізичні властивості:
У чистому вигляді – досить пластичний сріблясто-білий метал. При кімнатній температурі крихкий, при згинанні пластинки чутний тріск від тертя кристалітів (зазвичай сильніший, ніж крик олова). При 100-150 ° C цинк пластичний. Домішки, навіть незначні, різко збільшують крихкість цинку. Температура плавлення - 692 ° C, температура кипіння - 1180 ° C
Хімічні властивості:
Типовий амфотерний метал. Стандартний електродний потенціал -0,76, ряду стандартних потенціалів розташований до заліза. На повітрі цинк покривається тонкою плівкою оксиду ZnO. При сильному нагріванні згоряє. При нагріванні цинк реагує з галогенами, з фосфором, утворюючи фосфіди Zn 3 P 2 і ZnP 2 з сіркою та її аналогами, утворюючи різні халькогеніди, ZnS, ZnSe, ZnSe 2 і ZnTe. З воднем, азотом, вуглецем, кремнієм та бором цинк безпосередньо не реагує. Нітрид Zn 3 N 2 одержують реакцією цинку з аміаком при 550-600°C.
Цинк звичайної чистоти активно реагує з розчинами кислот та лугів, утворюючи в останньому випадку гідроксоцінкати: Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2
Дуже чистий цинк розчинами кислот та лугів не реагує.
Для цинку характерні сполуки зі ступенем окиснення: +2.
Найважливіші сполуки:
Оксид цинку- ZnО, білий, амфотерний, реагує як з розчинами кислот, так і з лугами:
ZnO + 2NaOH = Na 2 ZnO 2 + Н 2 Про (сплавлення).
Гідроксид цинку- утворюється у вигляді драглистого білого осаду при додаванні лугу до водних розчинів солей цинку. Амфотерний гідроксид
Солі цинку. Безбарвні кристалічні речовини. У водних розчинах іони цинку Zn 2+ утворюють аквакомплекси 2+ та 2+ та піддаються сильному гідролізу.
Цинкатиутворюються при взаємодії оксиду або гідроксиду цинку із лугами. При сплавленні утворюються метацинкати (напр. Na 2 ZnO 2), які розчиняючись у воді переходять у тетрагідроксинкати: Na 2 ZnO 2 + 2Н 2 О = Na 2 . При підкисленні розчинів осад випадає гідроксид цинку.
Застосування:
Виробництво антикорозійних покриттів. - Металевий цинк у вигляді брусків використовують для захисту від корозії сталевих виробів, що торкаються морської води. Приблизно половина всього виробленого цинку використовується для оцинкованої сталі, одна третина - у гарячому цинкування готових виробів, решта - для смуги і дроту.
- Велике практичне значення мають сплави цинку – латуні (мідь плюс 20-50% цинку). Для лиття під тиском, крім латунів, використовується число спеціальних сплавів цинку, що швидко зростає.
- Ще одна сфера застосування - виробництво сухих батарей, хоча останніми роками воно суттєво скоротилося.
- Телурид цинку ZnTe використовується як матеріал для фоторезисторів, приймачів інфрачервоного випромінювання, дозиметрів та лічильників радіоактивного випромінювання. - Ацетат цинку Zn(CH 3 COO) 2 його використовують як фіксатор при фарбуванні тканин, консервант деревини, протигрибковий засіб у медицині, каталізатор в органічному синтезі. Ацетат цинку входить до складу зубних цементів, використовується при виробництві глазурів та порцеляни.
Цинк - одне з найважливіших біологічно активних елементів і необхідний всіх форм життя. Його роль обумовлена в основному тим, що він входить до складу більш ніж 40 важливих ферментів. Встановлено функцію цинку в білках, які відповідають за розпізнавання послідовності основ у ДНК і, отже, регулюють перенесення генетичної інформації під час реплікації ДНК. Цинк бере участь у вуглеводному обміні за допомогою цинквмісного гормону - інсуліну. Тільки у присутності цинку діє вітамін А. Необхідний цинк і на формування кісток.
У той самий час іони цинку токсичні.
Безпомічних С., Штанова І.
ХФ ТюмГУ, 571 група.
Джерела: Вікіпедія:
Розташовується в другій групі, побічній підгрупі періодичної системи Менделєєва і є перехідним металом. Порядковий номер елемента – 30, маса – 65,37. Електронна конфігурація зовнішнього шару атома – 4s2. Єдина та постійна дорівнює «+2». Для перехідних металів характерно утворення комплексних сполук, у яких вони виступають як комплексоутворювачі з різними координаційними числами. Це стосується і цинку. Існує 5 стійких у природі ізотопів з масовими числами від 64 до 70. При цьому ізотоп 65Zn є радіоактивним, період його напіврозпаду становить 244 дні.
Цинк - це сріблясто-блакитний метал, який на повітрі швидко покривається захисною плівкою, що приховує його блиск. При видаленні оксидної плівки цинк виявляє властивості металів – сяйво та характерний яскравий блиск. У природі цинк міститься у складі багатьох мінералів та руд. Найпоширеніші: клейофан, цинкова обманка (сфалерит), вюрцит, марматит, каламін, смітсоніт, віллеміт, цинкіт, франклініт.
Смітсоніт
У складі змішаних руд цинк зустрічається із своїми постійними супутниками: талієм, германієм, індією, галієм, кадмієм. У земній корі міститься 0,0076% цинку, а 0,07 мг/л цього металу міститься у морській воді у вигляді солей. Формула цинку як простої речовини – Zn, хімічний зв'язок – металева. У цинку гексагональні щільні кристалічні грати.
Фізичні та хімічні властивості цинку
Температура плавлення цинку – 420 °С. За нормальних умов це тендітний метал. При нагріванні до 100-150 ° С ковкість та пластичність цинку підвищується, можливе виготовлення з металу дроту та прокатка фольги. Температура кипіння цинку – 906 °С. Цей метал – чудовий провідник. Починаючи від 200 ° С, цинк легко розтирається в сірий порошок і втрачає пластичність. У металу хороша теплопровідність та теплоємність. Описані фізичні параметри дають змогу використовувати цинк у з'єднаннях з іншими елементами. Латунь – найбільш відомий сплав цинку.
Духові інструменти з латуні
За звичайних умов поверхня цинку миттєво покривається оксидом у вигляді сіро-білого тьмяного нальоту. Він утворюється через те, що кисень повітря окислює чисту речовину. Цинк як проста речовина реагує з халькогенами, галогенами, киснем, лугами, кислотами, амонієм (його солями), . Цинк не взаємодіє з азотом, воднем, бором, вуглецем та кремнієм. Хімічно чистий цинк не реагує з розчинами кислот та лугів. - метал амфотерний, і при реакціях зі лугами утворює комплексні сполуки – гідроксоцінкати. Натисніть , щоб дізнатися, які досліди на вивчення властивостей цинку можна провести вдома.
Реакція сірчаної кислоти з цинком та одержання водню
Взаємодія розбавленої сірчаної кислоти з цинком є основним лабораторним способом отримання водню. І тому використовується чистий зернений (гранульований) цинк чи технічний цинк як обрізків і стружок.
Якщо взяті дуже чисті цинк та сірчана кислота, то водень виділяється повільно, особливо на початку реакції. Тому до охолоного після розведення розчину іноді додають трохи розчину мідного купоросу. Металева мідь, що осіла на поверхні цинку, прискорює реакцію. Оптимальний спосіб розбавити кислоту для отримання водню - розбавити водою концентровану сірчану кислоту щільністю 1,19 у співвідношенні 1:1.
Реакція концентрованої сірчаної кислоти з цинком
У концентрованої сірчаної кислоти окислювачем не катіон водню, а сильніший окислювач - сульфат-ион. Він не проявляє себе як окислювач у розведеній сірчаній кислоті через сильну гідратацію, і, як наслідок, малорухливість.
Те, як концентрована сірчана кислота реагуватиме з цинком, залежить від температури та концентрації. Рівняння реакцій:
Zn + 2H₂SO₄ = ZnSO₄ + SO₂ + 2H₂O
3Zn + 4H₂SO₄ = 3ZnSO₄ + S + 4H₂O
4Zn + 5H₂SO₄ = 4ZnSO₄ + H₂S + 4H₂O
Концентрована сірчана кислота є сильним окислювачем завдяки ступеню окислення сірки (S⁺⁶). Вона взаємодіє навіть із малоактивними металами, тобто з металами до і після водню, і, на відміну від розведеної кислоти, ніколи не виділяє водень за цих реакцій. У реакціях концентрованої сірчаної кислоти з металами завжди утворюються три продукти: сіль, вода та продукт відновлення сірки. Концентрована сірчана кислота – це такий сильний окисник, що окислює навіть деякі неметали (вугілля, сірку, фосфор).
Без «захисту» їх з'їдає корозія. Рятує саме цинк. Біло-блакитний метал наносять на основу тонкою плівкою.
На слуху прикметник оцинкований». Його часто підставляють до слів: — цебра, покриття для дахів, дріт. У таблиці хімічних елементів цинк перебуває перед .
Це означає, що він активніший, тобто першим вступає у реакції з повітрям.
Корозія, як відомо, викликається саме зіткненням вологи з атмосфери з металом.
Метал цинкперший бере він удар, рятуючи метал, розташований під ним. Тому відра саме оцинковують, а не покривають або .
Ці елементи розташовані після заліза. Вони дочекаються, поки цей метал зруйнується і вже потім почнуть розпадатися самі.
Атомний номер цинку – 30. Це цифра 2-ї групи 4-го періоду таблиці хімічних речовин. Позначення металу – Zn.
Він складова частина гірських руд, мінералів, переноситься водою і навіть міститься в живих тканинах.
Так, наприклад, метал активно накопичують деякі різновиди фіалок. Але, виділити чистий цинквдалося лише у 18-му столітті.
Зробив це німець Андреас Сигізмунд Маргграф. Він розжарив суміш оксиду цинкус.
Досвід вдався, тому що проводився без доступу повітря, тобто кисню. Резервуаром для реакції став вогнетривкий посуд з .
Отримані металеві пари хімік помістив у холодильник. Під впливом низьких температур частинки цинкуосіли на його стінки.
Родовища та видобуток цинку
Тепер же щороку у світі добувають близько 10 мільйонів тонн блакитного металу у чистому вигляді. Його вміст у земній корі 6-9%.
Ці відсотки розподілили між собою 50 країн. У лідерах Перу, США, Канада, Узбекистан, але найбільше родовищ цинкув Австралії та .
На кожну з цих країн припадає приблизно 3 десятки мільйонів тонн металу із порядковим номером 30.
Однак у майбутньому на перше місце в рейтингу може стати океан. Основні запаси цинкузосереджені у його водах, його дні.
Розробляти, щоправда, морське родовище ще навчилися. Технології є, але вони надто дорогі.
Тому майже 3 мільйони тонн цинку так і лежать на дні Червоного моря, не кажучи вже про запаси Карибського басейну та Серединно-Атлантичного хребта.
Застосування цинку
Цинк потрібен. Метал додають на основі . Мінімальні дози цинкуроблять їх тягучими, що легко піддаються, слухняними в руках майстра.
30-ий елемент також освітлює виріб, тому часто використовується для створення так званого .
Проте, із цинком головне не переборщити. Навіть 3 десятих вмісту металу зробить неміцним, тендітним.
Знижує метал та температуру плавлення сплаву. Сполуки міді з цинком, відкриті, ще древньому Єгипті, застосовують у виробництві. Сплав дешевий, легко обробляється, привабливо виглядає.
Через невисоку температуру плавлення цинк став «героєм» мікросхем і всіляких .
Він, як і олово, легко та міцно з'єднує дрібні деталі між собою. При низьких температурах метал крихкий, але вже за 100-150 градусів стає тягучим, податливим.
Цим фізичним властивістю цинкута користуються промисловці та майстри кустарного виробництва.
Цікаво, що при ще більшому розжаренні, наприклад, до 500 градусів, елемент знову перетворюється на ламкий і ненадійний.
Низька планка плавлення фінансово вигідна промисловцям. Палива треба менше, переплачувати за дороге обладнання немає потреби.
Економлять і на обробці отриманих «виливків» із цинку. Їхня поверхня часто навіть не вимагає додаткового полірування.
Метал активно використовують у автомобільній галузі. Сплави на основі цинку йдуть на ручки дверей, кронштейни, декор салону, замки, оформлення дзеркал, корпуси склоочисників.
В автомобільному сплаві цинкувисокий відсоток. Останній робить з'єднання більш зносостійким і міцним.
Окис цинку додають автомобільні покришки. Без неї гума виходить низької якості.
Провідну роль економіки багатьох країн грають чавун і . Їхнє виробництво немислимо без цинку. У латуні його від 30 до 50 відсотків (залежно від різновиду сплаву).
Латунь йде не лише на дверні ручки. З неї виготовляють і посуд, для , змішувачів та високотехнічного обладнання для заводів різних профілів.
Широко використовують і цинкові листи. Вони є основою друкованих форм у поліграфії.
Листи йдуть на виготовлення джерел струму, труб, покриттів для дахів та ринв для стічних вод.
Цинк – складова частина багатьох барвників. Так, окис цинку використовують як білу фарбу. До речі, саме таке покриття використовують у космонавтиці.
Для ракет, супутників необхідні барвники, що відбивають світло, а це найкраще роблять склади на основі цинку.
Він незамінний і у справі боротьби з радіацією. Під її променями сульфід металу спалахує, видаючи присутність небезпечних частинок.
Зазіхнули на елемент цинкта фармацевти. Цинк – антисептик. Його додають у мазі для новонароджених, загоювальні склади.
Більше того, деякі медики впевнені, що цинк, вірніше, його нестача викликає шизофренію.
Тому, заклинають лікарі, обов'язково треба вживати продукти, які містять метал.
Найбільше цинку у морепродуктах. Не дарма поклади металу зберігаються в океанських глибинах.
Цинк(лат. Zincum), Zn, хімічний елемент ІІ групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 30, атомна маса 65,38, синювато-білий метал. Відомо 5 стабільних ізотопів з масовими числами 64, 66, 67, 68 та 70; найпоширеніший 64 Zn (48,89%). Штучно отримано ряд радіоактивних ізотопів, серед яких найбільш довгоживучий 65 Zn з періодом напіврозпаду Т ½ = 245 діб; застосовується як ізотопний індикатор.
Історична довідка.Сплав Цинка з міддю - латунь - був відомий ще давнім грекам та єгиптянам. Чистий Цинк довгий час не вдавалося виділити. В 1746 А. С. Маргграф розробив спосіб отримання металу прожарюванням суміші його оксиду з вугіллям без доступу повітря в глиняних вогнетривких ретортах з подальшою конденсацією парів Цинка в холодильниках. У промисловому масштабі виплавка Цинку розпочалася у 17 столітті.
Поширення цинку в природі.Середній вміст Цинк у земній корі (кларк) - 8,3 10 -3 % за масою, в основних вивержених породах його дещо більше (1,3 10 -2 %), ніж у кислих (6 10 -3 %) . Відомо 66 мінералів цинку, найважливіші з них - цинкіт, сфалерит, віллеміт, каламін, смітсоніт, франк-лініт ZnFe 2 O 4 . Цинк – енергійний водний мігрант; особливо характерна його міграція у термальних водах разом із Рb; з цих вод осідають сульфіди Цинку, що мають важливе промислове значення. Цинк також енергійно мігрує у поверхневих та підземних водах; головним осадником йому є H 2 S, меншу роль грає сорбція глинами та інші процеси. Цинк – важливий біогенний елемент; в живій речовині міститься в середньому 5·10 -4 % цинку, але є й організми-концентратори (наприклад, деякі фіалки).
Фізичні властивості Цинку.Цинк – метал середньої твердості. У холодному стані тендітний, а при 100-150 ° С дуже пластичний і легко прокочується в листи і фольгу завтовшки близько сотих часток міліметра. При 250 ° С знову стає крихким. Поліморфних модифікацій немає. Кристалізується в гексагональній решітці з параметрами а = 2,6594, з = 4,9370. Атомний радіус 1,37 Å; іонний Zn 2+ -0,83Å. Щільність твердого цинку 7,133 г/см 3 (20 °С), рідкого 6,66 г/см 3 (419,5 °С); t пл 419,5 ° С; t кіп 906 °С. Температурний коефіцієнт лінійного розширення 39,7·10 -3 (20-250 °С), коефіцієнт теплопровідності 110,950 вт/(м·К) 0,265 кал/см·сек·°С (20 °С), питомий електроопір 5,9· 10 -6 ом·см (20 °С), питома теплоємність Цинку 25,433 кдж/(кг·К.) . Межа міцності при розтягуванні 200-250 Мн/м 2 (2000-2500 кгс/см 2 ), відносне подовження 40-50%, твердість Брінеллю 400-500 Мн/м 2 (4000-5000 кгс/см 2 ). Цинк діамагнітний, його питома магнітна сприйнятливість -0,175 · 10-6.
Хімічні властивості.Зовнішня електронна конфігурація атома Zn 3d 10 4s 2 . Ступінь окислення у сполуках +2. Нормальний окислювально-відновний потенціал, що дорівнює 0,76, характеризує Цинк як активний метал і енергійний відновник. На повітрі при температурі до 100 ° С Цинк швидко тьмяніє, покриваючись поверхневою плівкою основних карбонатів. У вологому повітрі, особливо у присутності СО 2 відбувається руйнування металу навіть при звичайних температурах. При сильному нагріванні на повітрі чи кисні Цинк інтенсивно згоряє блакитним полум'ям з утворенням білого диму оксиду цинку ZnO. Сухі фтор, хлор і бром не взаємодіють із Цинком на холоді, але у присутності парів води метал може спалахнути, утворюючи, наприклад, ZnCl 2 . Нагріта суміш Цинкового порошку з сіркою дає сульфід Цинк ZnS. Сульфід Цинк випадає в осад при дії сірководню на слабокислі або аміачні водні розчини солей Zn. Гідрид ZnH 2 виходить при взаємодії LiАlН 4 з Zn(CH 3) 2 та іншими сполуками Цинку; металоподібна речовина, що розкладається при нагріванні на елементи. Нітрид Zn 3 N 2 - чорний порошок, що утворюється при нагріванні до 600 ° С в струмі аміаку; на повітрі стійкий до 750 ° С, вода його розкладає. Карбід Цинку ZnC 2 отримано при нагріванні Цинку в струмі ацетилену. Сильні мінеральні кислоти енергійно розчиняють Цинк, особливо при нагріванні з утворенням відповідних солей. При взаємодії з розведеною НCl та H 2 SO 4 виділяється Н 2 , а з НNО 3 - крім того, NO, NO 2 , NH 3 . З концентрованою НCl, H 2 SO 4 та HNO 3 Цинк реагує, виділяючи відповідно Н 2 , SO 2 , NO та NO 2 . Розчини та розплави лугів окислюють Цинк з виділенням Н 2 та утворенням розчинних у воді цинкітів. Інтенсивність дії кислот та лугів на Цинк залежить від наявності у ньому домішок. Чистий Цинк менш реакційноздатний по відношенню до цих реагентів через високу перенапругу на ньому водню. У воді солі Цинки при нагріванні гідролізуються, виділяючи білий осад гідрооксиду Zn(OH) 2 . Відомі комплексні сполуки, що містять Цинк, наприклад, SО 4 та інші.
Отримання Цинку.Цинк добувають з поліметалевих руд, що містять 1-4% Zn у вигляді сульфіду, а також Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руди збагачують селективною флотацією, отримуючи цинкові концентрати (50-60% Zn) та одночасно свинцеві, мідні, а іноді також піритні концентрати. Цинкові концентрати обпалюють у печах у киплячому шарі, переводячи сульфід Цинку в оксид ZnO; сірчистий газ SO 2, що утворюється при цьому, витрачається на виробництво сірчаної кислоти. Від ZnO до Zn йдуть двома шляхами. За пірометалургійним (дистиляційним) способом, що існує здавна, обпалений концентрат піддають спіканню для надання зернистості і газопроникності, а потім відновлюють вугіллям або коксом при 1200-1300 ° С: ZnO + С = Zn + CO. Пари металу, що утворюються при цьому, конденсують і розливають у виливниці. Спочатку відновлення проводили тільки в ретортах із обпаленої глини, що обслуговуються вручну, пізніше стали застосовувати вертикальні механізовані реторти з карборунду, потім – шахтні та дугові електропечі; із свинцево-цинкових концентратів Цинк одержують у шахтних печах із дмухом. Продуктивність поступово підвищувалась, але Цинк містив до 3% домішок, у т. ч. цінний кадмій. Цинк дистиляції очищають ліквацією (тобто відстоюванням рідкого металу від заліза і частини свинцю при 500 °С), досягаючи чистоти 98,7%. Іноді більш складне і дороге очищення ректифікацією дає метал чистотою 99,995% і дозволяє витягувати кадмій.
Основний спосіб отримання Цинку - електролітичний (гідрометалургійний). Обпалені концентрати обробляють сірчаною кислотою; одержуваний сульфатний розчин очищають від домішок (осадженням їх цинковим пилом) і електролізують у ваннах, щільно викладених усередині свинцем або вініпластом. Цинк осідає на алюмінієвих катодах, з яких його щодобово видаляють (здирають) і плавлять в індукційних печах. Зазвичай чистота електролітного цинку 99,95%, повнота вилучення його з концентрату (при обліку переробки відходів) 93-94%. З відходів виробництва одержують цинковий купорос, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; іноді також In, Ga, Ge, Tl.
Застосування цинку.Близько половини виробленого цинку витрачається на захист сталі від корозії (цинкування). Оскільки Цинк у ряді напруг стоїть до заліза, то при попаданні оцинкованого заліза в корозійне середовище руйнується Цинк. Завдяки хорошим ливарним якостям та низькій температурі плавлення з Цинк відливають під тиском різні дрібні деталі літаків та інших машин. Сплави міді з цинком - латунь, нейзильбер, а також цинка зі свинцем та іншими металами широко застосовуються в техніці. Цинк дає із золотом та сріблом інтерметаліди (нерозчинні у рідкому свинці) і тому Цинк застосовується для рафінування свинцю від благородних металів. У вигляді порошку Цинк служить відновником у ряді хіміко-технологічних процесів: у виробництві гідросульфіту, при осадженні золота з промислового ціаністого розчину, міді та кадмію при очищенні розчинів цинкового купоросу та інших. Багато сполук Цинку є люмінофорами, наприклад, три основні кольори на екрані кінескопа залежать від ZnS·Ag (синій колір), ZnSe·Ag (зелений колір) та Zn 3 (PO 4) 2 ·Mn (червоний колір). Важливими напівпровідниковими матеріалами є з'єднання Цинку типу A II B VI - ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO. Найбільш поширені хімічні джерела струму мають як негативний електрод Цинк.
Цинк у організмі.Цинк як один із біогенних елементів постійно присутній у тканинах рослин та тварин. Середній вміст Цинку в більшості наземних та морських організмів – тисячні частки відсотка. Багаті Цинком гриби, особливо отруйні, лишайники, хвойні рослини та деякі безхребетні морські тварини, наприклад, устриці (0,4% сухої маси). У зонах підвищених вмістів Цинку в гірських породах зустрічаються концентруючі Цинк про галмейні рослини. В організм рослин Цинк надходить із ґрунту та води, тварин – з їжею. Добова потреба людини у Цинку (5-20 мг) покривається за рахунок хлібопродуктів, м'яса, молока, овочів; у немовлят потреба в Цинку (4-6 мг) задовольняється з допомогою грудного молока.
Біологічна роль Цинк пов'язана з його участю у ферментативних реакціях, що протікають у клітинах. Він входить до складу найважливіших ферментів: карбоангідрази, різних дегідрогеназ, фосфатаз, пов'язаних з диханням та іншими фізіологічними процесами, протеїназ та пептидаз, що беруть участь у білковому обміні, ферментів нуклеїнового обміну (РНК- та ДНК-по-лімераз) та інших. Цинк відіграє істотну роль у синтезі молекул інформаційної РНК на відповідних ділянках ДНК (транскрипція), у стабілізації рибосом та біополімерів (РНК, ДНК, деякі білки).
У рослинах поряд з участю в диханні, білковому та нуклеїновому обмінах Цинк регулює ріст, впливає на утворення амінокислоти триптофану, підвищує вміст гіберелінів. Цинк стабілізує макромолекули різних біологічних мембран і може бути їх інтегральною частиною, впливає на транспорт іонів, бере участь у надмолекулярній організації клітинних органел. У присутності Цинку в культурі Ustilago sphaerogena формується більша кількість мітохондрій, при нестачі Цинку у Euglena gracilis зникають рибосоми. Цинк необхідний для розвитку яйцеклітини і зародка (за його відсутності не утворюється насіння). Він підвищує посухо-, жаро- та холодостійкість рослин. Недолік Цинка веде до порушення розподілу клітин, різним функціональним хворобам - побіленню верхівок кукурудзи, розеточності рослин та інших. У тварин, крім участі у диханні та нуклеїновому обміні, Цинк підвищує діяльність статевих залоз, впливає на формування скелета плода. Показано, що недолік Цинку у грудних щурів зменшує вміст РНК та синтез білка у мозку, уповільнює розвиток мозку. Зі слини привушної залози людини виділено цинксодержащий білок; передбачається, що він стимулює регенерацію клітин смакових цибулин мови та підтримує їх смакову функцію. Цинк відіграє захисну роль організмі при забрудненні середовища кадмієм.
Дефіцит Цинк в організмі веде до карликовості, затримки статевого розвитку; при його надмірному надходженні в організм можливі (за експериментальними даними) канцерогенний вплив і токсична дія на серце, кров, гонади та ін. Виробничі шкідливості можуть бути пов'язані з несприятливим впливом на організм як металевого цинку, так і його сполук. При плавці цинковмісних сплавів можливі випадки ливарної лихоманки. Препарати Цинку у вигляді розчинів (сульфат Цинку) та у складі присипок, паст, мазей, свічок (окис Цинку) застосовують у медицині як в'яжучі та дезінфікуючі засоби.
Loading...