Цинк(лат. Zincum), Zn, химический элемент II группы короткой формы (12-й группы длинной формы) периодической системы ; атомный номер 30; атомная масса 65,38. В природе 5 стабильных изотопов : 64 Zn (48,6 %), 66 Zn (27,9 %), 67 Zn (4,1 %), 68 Zn (18,8 %) и 70 Zn (0,6 %). Важнейший радиоизотоп 65 Zn ( период полураспада Т1/2243,8 суток, электронный захват).
Историческая справка
Сплавы цинка ( латунь ) были известны с глубокой древности (2400–2000 до н. э.). Получение латуни описал древнегреческий географ Страбон . Выделение металлического цинка при восстановительном процессе впервые осуществлено, по-видимому, в Индии в 13 в. н. э., затем в Китае, где в эпоху династии Мин использовались цинковые монеты. Промышленное производство цинка в Европе началось в 18 в. (Англия, Силезия, Бельгия). Происхождение названия элемента связывают с немецким Zinke – острие, зуб, благодаря внешнему виду металла.
Распространённость в природе
Цинк — Металл, Придающий МУЖСКУЮ СИЛУ!
Содержание цинка в земной коре 7,6·10 –3 % по массе. Элемент относится к халькофилам, важнейшие руды – сульфиды. По мере разрушения горных пород цинк выщелачивался и осаждался в виде карбонатов, силикатов или фосфатов.
Известно свыше 70 минералов цинка, из них важнейшие: сфалерит (цинковая обманка) – кубическая модификация ZnS, его светлая разновидность – клейофан и чёрная – марматит; вюртцит – гексагональная модификация ZnS; смитсонит ZnCO3; каламин ( гемиморфит ) Zn4[Si2O7](OH)2·H2O; цинкит (Zn,Mn)O, виллемит Zn2SiO4; франклинит (Zn,Fe,Mn)(Fe,Mn)2O4. Минералы цинка обычно ассоциируются с минералами Рb и Сu в полиметаллических рудах . Постоянные спутники цинка в рудах – рассеянные элементы Cd, In, Ge, Ga, Tl. Минерал сфалерит, источник цинка в природе. Фото: Vvoennyy / legion-media.ru Минерал сфалерит, источник цинка в природе. Фото: Vvoennyy / legion-media.ru
Свойства
Конфигурация внешней электронной оболочки атома цинка 3d 10 4s 2 ; в соединениях проявляет степень окисления +2; энергия ионизации Zn 0 →Zn + →Zn 2+ →Zn 3+ 906,4; 1733,3; 3832,6 кДж/моль; сродство к электрону 9 кДж/моль, электроотрицательность по Полингу 1,65; атомный радиус 133,2 пм, ионный радиус (пм, в скобках указано координационное число) Zn 2+ 60 (4), 74 (6).
В свободном состоянии цинк – голубовато-белый металл. Кристаллическая решётка гексагональная плотноупакованная; tпл419,58 °C, tкип906,2 °C; плотность 7133 кг/м 3 . Диамагнитен . Ниже 0,825 К – сверхпроводник . При комнатной температуре хрупок, при 100–150 °C становится пластичным и прокатывается в тонкие листы и проволоку, при 200–250 °C – очень хрупок, может быть истолчён в порошок. Цинковая пыль пирофорна .
Стандартный электродный потенциал для пары Zn 2+ /Zn 0 –0,76 В. Компактный цинк тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида ZnO. На воздухе сгорает с образованием ZnO. Реагирует с парáми воды при нагревании с выделением Н2, с кислотами и щелочами в водном растворе с образованием солей гидроксоцинкатов, например Na2[Zn(OH)4].
Взаимодействует с галогенами и халькогенами , образуя галогениды и халькогениды. При действии Р образуются фосфиды Zn3P2и ZnP2. Получены арсениды аналогичного состава и стибиды Zn3Sb2, Zn4Sb3и ZnSb.
Все соединения цинка с Р, As и Sb – полупроводники . Гидроксид и соли цинка растворимы в растворах NH3с образованием комплексных катионов, содержащих 1–6 молекул NH3. Комплексные аммиакаты хорошо растворимы в воде. Фосфид Zn3P2разлагается горячей водой и кислотами с выделением РН3, применяется как зооцид (родентицид).
Ортофосфат Zn3(PO4)2– антисептик для древесины, инсектицид , компонент необрастающих красок. Стеарат (C17H35COO)2Zn – вспомогательный сиккатив , загуститель смазок, компонент косметических кремов, пудры и др. ZnO – пигмент (цинковые белила).
Цинк относится к микроэлементам ; необходим для жизнедеятельности растений, животных и человека, т. к. входит в состав некоторых ферментов и гормонов .
Получение
Исходное сырьё – сульфидные цинковые и полиметаллические руды . Гидрометаллургический способ: огарок после обжига рудного концентрата обрабатывают отработанным электролитом, содержащим H2SO4. Полученный раствор ZnSO4очищают от примесей Fe, As, Sb, Al, In, Ga, Сu, Cd, Ni и Со. Из очищенного раствора цинк осаждают электролитически на алюминиевых катодах.
Отработанный электролит возвращают на выщелачивание. Из отходов, получаемых при удалении примесей, попутно извлекают редкие элементы. Пирометаллургическое производство также начинают окислительным обжигом, а затем агломерат восстанавливают углём или коксом, при этом цинк отгоняется, его пары конденсируют и подвергают многоступенчатой очистке от примесей. Для получения цинка высокой чистоты используют дистилляцию в инертной атмосфере или в вакууме, ректификацию и зонную перекристаллизацию в атмосфере Аr.
Объём мирового производства 12,609 млн. т/год (2012).
Применение
Основная область использования цинка – антикоррозионные покрытия железа и стали и получение сплавов. Цинк применяют в аккумуляторах и сухих элементах, в типографском деле, в металлургии при рафинировании Рb от Ag и Аu, для выделения Cd, In, Au из растворов цементацией , в качестве восстановителя в органическом синтезе.
Цинк малотоксичен. Оксид и фосфид цинка токсичны . Растворимые соли вызывают расстройство пищеварения, раздражение слизистых оболочек.
Аликберова Людмила Юрьевна . Первая публикация: Большая российская энциклопедия, 2017.
в 12:29 (GMT+3) Обратная связь
Информация
Области знаний: Общие вопросы химии Символ: Zn Атомный номер: 30 Группа элементов: Переходные металлы Относительная атомная масса: 65,38 а. е. м. Радиус атома: 133,2 пм Электроотрицательность: 1,65 ед. по шкале Полинга Агрегатное состояние: Твёрдое Плотность при н. у.: 7,133 г/см³ Температура плавления: 419,58 °C Температура кипения: 906,2 °C
Источник: bigenc.ru
Цинк: производство и применение
Цинк – это металл, стоящий в таблице Менделеева, под номером 30 и имеет обозначение Zn. Плавится при температуре 419 °С градусов, если же температура кипения 913 °С – начинает превращаться в пар.
При температурном обычном режиме, состояние хрупкое, а при ста градусах начинает гнуться. Цвет цинка сине-белый. При воздействии кислорода появляется окисление, а также покрытие карбоната, предохраняющего металл от дальнейшей реакции окисления. Появление на цинке гидроокиси обозначает то, что вода на химический элемент не действует.
Цинк — химический элемент, имеет свои отличительные свойства, преимущества и недостатки. Он широко применяется в повседневной жизни человека, в фармацевтике и металлургии.
Особенности цинка
Металл является необходимым и широко применяемым практически во всех отраслях повседневной жизни человека. Добыча в основном, производится в Иране, Казахстане, Австралии, Боливии. В России изготовителем является ОАО «ГМК Дальполиметалл». Это переходной металл, имеет степень окисления +2, радиоактивный изотоп, период полураспада 244 дня.
В чистом виде элемент не добывается. Содержится в рудах и минералах: клейофане, марматите, вюртците, цинките. Обязательно присутствует в сплаве с алюминием, медью, оловом, никелем.
Химические, физические свойства и характеристики цинка
Цинк – металл, обладает рядом свойств и характеристик, отличающих его от иных элементов периодической таблицы. К физическим свойствам цинка относится его состояние. Основным фактором выступает температурный режим.
Если при комнатной температуре это хрупкий материал, плотность цинка 7130 кг/м 3 (˃ плотности стали), который практически не гнётся, то при повышении он легко изгибается и прокатывается в листах на заводах. Если взять более высокий температурный режим – материал приобретает жидкое состояние, а если еще поднять температуру на 400-450 °С градусов, тогда он просто испарится. В этом уникальность – менять своё состояние. Если же подействовать кислотами и щелочами, он может рассыпаться, взорваться, расплавиться.
Формула цинка Zn – zincum. Атомная масса цинка 65.382 а.е.м. Электронная формула: ядро атома металла содержит 30 протон, 35 нейтрон. В атоме 4 энергетических уровня – 30 электронов. (рис. строение атома цинка)1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 . Кристаллическая решётка цинка – шестиугольная кристаллическая система с плотно прижатыми атомами. Данные решётки: A=2.66У, С=4.94.
Структура и состав цинка
Добытый и не переработанный материал имеет изотопы 64, 66, 67, электроны 2-8-18-2. По применению среди всех элементов периодической таблицы металл стоит на 23 месте. В природе элемент выступает в виде сульфида с примесями свинца Pb, кадмия Cd, железа Fe, меди Cu, серебра Ag.
В зависимости от того, какое количество примесей, металл имеет маркировку.
Производство цинка
Как было сказано выше, чистого вида данного элемента в природе нет. Он добывается из иных пород, таких как руда – кадмий, галлий, минералы – сфалерит. Металл получают на заводе. Каждый завод имеет свои отличительные особенности производства, поэтому оборудование для получения чистого материала различно. Оно может быть таким:
- Роторы, расположенные вертикально, электролитные.
- Специальные печи с достаточно высокой температурой для обжига, а также специальные электропечи.
- Транспортёры и ванны для электролиза.
В зависимости от принимаемого метода добычи металла, задействовано соответствующее оборудование.
Получение чистого цинка
Есть 2 способа получения металла:
- Пирометаллургический – идет процесс обжигания, после — полученная масса восстанавливается с помощью чёрного угля и кокса. Конечным процессом является отстаивание.
- Электролитический – добытая масса обрабатывается серной кислотой. Полученный раствор подвергают электролизу, при этом металл оседает, его плавят в печах.
Выплавка цинка в печи
Температура плавления цинка в печи 419-480 °С градусов. Если же температурный режим превышен, тогда материал начинает испаряться. При данной температуре допускается примесь железа 0.05%.
При процентной ставке 0.2 железа, лист невозможно будет прокатать.
Применяются различные способы выплавки чистого металла, вплоть до получения цинковых паров, которые направляются в специальные резервуары и там вещество опадает вниз.
Применение металла
Свойства цинка позволяют его применение во многих сферах. В процентном соотношении:
- Цинкование – до 60%.
- Медицина – 10%.
- Различные сплавы, содержащие данный металл 10%.
- Выпуск шин 10%.
- Производство красок – 10%.
А также применение цинка необходимо для восстановления таких металлов, как золото, серебро, платина.
Цинк в металлургии
Металлургическая промышленность задействует данный элемент периодической таблицы как основной для достижения определенных целей. Выплавка чугуна, стали является главной во всей металлургии страны. Но, данные металлы подвержены негативному влиянию окружающей среды. Без определенной обработки идет быстрое окисление металлов, что приводит к их порче. Наилучшей защитой служит оцинкование.
Нанесение защитной плёнки на чугун и сталь является лучшим средством от коррозии. На оцинкование уходит около 40% всего производства чистого материала.
Способы оцинкования
Металлургические заводы отличительны не только своим оборудованием, но и применяемыми методами производства. Это зависит от ценовой политики, и месторасположения (природных ресурсов, используемых для металлургической промышленности). Есть несколько методов оцинкования, которые рассматриваются ниже.
Горячий способ оцинкования
Цинк
Цинк— элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 30. Обозначается символом Zn(лат. Zincum ). Простое вещество цинкпри нормальных условиях — хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка). Название на английском — Zinc.
Хрупкий металл голубовато-белого цвета
Мировое производство
Слитки цинка на складе
Основная статья: Список стран по выплавке цинка
Цинк — четвёртый по использованию металл в мире после железа, алюминия и меди, и третий среди цветных металлов. Производство цинка в мире за 2009 год составило 11,277 млн т, что на 3,2 % меньше, чем в 2008 г.
Список стран по производству цинкав 2006 году (на основе «Геологического обзора Соединенных Штатов»):
| — | Весь мир | 10,000,000 |
| 1 | Китай | 2,600,000 |
| 2 | Австралия | 1,380,000 |
| 3 | Перу | 1,201,794 |
| 4 | США | 727,000 |
| 5 | Канада | 710,000 |
| 6 | Мексика | 480,000 |
| 7 | Ирландия | 425,700 |
| 8 | Индия | 420,800 |
| 9 | Казахстан | 400,000 |
| 10 | Швеция | 192,400 |
| 11 | Россия | 190,000 |
| 12 | Бразилия | 176,000 |
| 13 | Боливия | 175,000 |
| 14 | Польша | 135,600 |
| 15 | Иран | 130,000 |
| 16 | Марокко | 73,000 |
| 17 | Намибия | 68,000 |
| 18 | Северная Корея | 67,000 |
| 19 | Турция | 50,000 |
| 20 | Вьетнам | 48,000 |
| 21 | Таиланд | 45,000 |
| 22 | Гондурас | 37,646 |
| 23 | Финляндия | 35,700 |
| 24 | ЮАР | 34,444 |
| 25 | Чили | 31,725 |
| 26 | Аргентина | 30,300 |
| 27 | Болгария | 17,300 |
| 28 | Румыния | 9,600 |
| 29 | Япония | 7,169 |
| 30 | Алжир | 5,000 |
| 31 | Саудовская Аравия | 1,500 |
| 32 | Грузия | 400 |
| 33 | Босния и Герцеговина | 300 |
| 34 | Мьянма | 100 |
Биологическая роль
В организме взрослого человека содержится в среднем около 2 г цинка, в виде его соединений, который концентрируется преимущественно в мышцах, печени и поджелудочной железе. Более 400 ферментов содержат цинк. Среди них ферменты, катализирующие гидролиз пептидов, белков и сложных эфиров, образование альдегидов, полимеризацию ДНК и РНК. Ионы Zn 2+ в составе ферментов вызывают поляризацию молекул воды и органических веществ, содействуя их депротонированию по реакции:
Zn 2+ + H2O = ZnOH + + H +
Наиболее изучен фермент карбоангидраза — белок, содержащий цинк и состоящий примерно из 260 аминокислотных остатков. Этот фермент содержится в эритроцитах крови и способствует превращению углекислого газа, образующегося в тканях в процессе их жизнедеятельности, в гидрокарбонат-ионы и угольную кислоту, которая кровью переносится в легкие, где выводится из организма в виде углекислого газа.
В отсутствие фермента превращение CO2в анион HCO3- протекает с очень низкой скоростью. В молекуле карбоангидразы атом цинка связан с тремя имидазольными группами остатков аминокислоты гистидина и молекулой воды, которая легко депротонируется, превращаясь в координированный гидроксид. Атом углерода молекулы углекислого газа, на котором находится частичный положительный заряд, вступает во взаимодействие с атомом кислорода гидроксильной группы. Таким образом, координированная молекула CO2превращается в гидрокарбонат-анион, который покидает активный центр фермента, замещаясь на молекулу воды. Фермент ускоряет эту реакцию гидролиза в 10 миллионов раз.
- необходим для продукции спермы и мужских гормонов
- необходим для метаболизма витамина E.
- важен для нормальной деятельности простаты.
- участвует в синтезе разных анаболических гормонов в организме, включая инсулин, тестостерон и гормон роста.
- необходим для расщепления алкоголя в организме, так как входит в состав алкогольдегидрогеназы.
Также цинк может присутствовать в минеральной воде.
Основные проявления дефицита цинка
Недостаток цинка в организме приводит к ряду расстройств. Среди них — раздражительность, утомляемость, потеря памяти, депрессивные состояния, снижение остроты зрения, уменьшение массы тела, накопление в организме некоторых элементов (железа, меди, кадмия, свинца), снижение уровня инсулина, аллергические заболевания, анемия и другие.
Токсичность
При длительном поступлении в организм в больших количествах все соли цинка, особенно сульфаты и хлориды, могут вызывать отравление из-за токсичности ионов Zn 2+ . 1 грамма сульфата цинка ZnSO4достаточно, чтобы вызвать тяжелое отравление. В быту хлориды, сульфаты и оксид цинка могут образовываться при хранении пищевых продуктов в цинковой и оцинкованной посуде.
Отравление ZnSO4приводит к малокровию, задержке роста, бесплодию.
Отравление оксидом цинка происходит при вдыхании его паров. Оно проявляется в появлении сладковатого вкуса во рту, снижении или полной потере аппетита, сильной жажде. Появляется усталость, чувство разбитости, стеснение и давящая боль в груди, сонливость, сухой кашель.
Соединения цинка
- Ацетат цинка (Zn(O2CCH3)2) Цинк уксуснокислый
- Бромид цинка (ZnBr2) Цинк бромистый
- Гексафторостаннат IV цинка (Zn[SnF6]) Гексафторостаннеат цинка
- Йодид цинка (ZnI2) Цинк йодистый
- Карбонат цинка (ZnCO3) Цинк углекислый
- Нитрат цинка (Zn(NO3)2) Цинк азотнокислый
- Оксид цинка (ZnO) Цинк окись
- Сульфат цинка (ZnSO4) Цинк сернокислый ( Цинковый купорос )
- Сульфат цинка II-дикалия (K2Zn(SO4)2) Сернокислый цинк-калий
- Сульфид цинка (ZnS) Цинк сернистый
- Теллурид цинка (ZnTe) Теллурид цинка
- Тетратиоцианатомеркурат II цинка (Zn[Hg(SCN)4]) Тетрароданомеркуроат цинка
- Фосфат цинка (Zn3(PO4)2) Цинк фосфорнокислый
- Фосфид цинка (Zn3P2) Цинк фосфористый
- Фторид цинка (ZnF2) Цинк фтористый
- Фторид цинка-калия (KZnF3) Фтористый цинк-калий
- Хлорид цинка (ZnCl2) Цинк хлористый
- Хлорид цинка-калия (K2ZnCl4) Хлористый цинк-калий
- Цинк (Zn)
Источник: chem.ru