Температура кипения цинка

История открытия:

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 оксида 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.
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, получение:

Наиболее распространенный минерал цинка — сфалерит, или цинковая обманка. Основной компонент минерала — сульфид цинка ZnS, а 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.
Выделение цинка начинается с концентрирования руды методами седиментации или флотации, затем ее обжигают до образования оксидов: 2ZnS + 3О₂ = 2ZnО + 2SO₂
Оксид цинка перерабатывают электролитическим методом или восстанавливают коксом. В первом случае цинк выщелачивают из сырого оксида разбавленным раствором серной кислоты, примесь кадмия осаждают цинковой пылью и раствор сульфата цинка подвергают электролизу. Металл 99,95%-ной чистоты осаждается на алюминиевых катодах.

Физические свойства:

В чистом виде — довольно пластичный серебристо-белый металл. 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. Температура плавления — 692°C, температура кипения — 1180°C

Химические свойства:

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. При нагревании цинк реагирует с галогенами, с фосфором, образуя фосфиды Zn₃P₂ и ZnP₂, с серой и ее аналогами, образуя 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.
Цинк обычной чистоты активно реагирует с растворами кислот и щелочей, образуя в последнем случае гидроксоцинкаты: Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂
Очень чистый цинк растворами кислот и щелочей не реагирует.
Для цинка характерны соединения со степенью окисления: +2.

Важнейшие соединения:

Оксид цинка — ZnО, белый, амфотерный, реагирует как с растворами кислот, так и со щелочами:
ZnO + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + Н₂О (сплавление).
Гидроксид цинка — образуется в виде студенистого белого осадок при добавлении щелочи к водным растворам солей цинка. Амфотерный гидроксид
Соли цинка. Бесцветные кристаллические вещества. В водных растворах ионы цинка Zn 2+ образуют аквакомплексы [Zn(H₂O)₄] 2+ и [Zn(H₂O)₆] 2+ и подвергаются сильному гидролизу.
Цинкаты образуются при взаимодействии оксида или гидроксида цинка со щелочами. При сплавлении образуются метацинкаты (напр. Na₂ZnO₂), которые растворяясь в воде переходят в тетрагидроксоцинкаты: Na₂ZnO₂ + 2Н₂О = Na₂[Zn(OH)₄]. При подкислении растворов в осадок выпадает гидроксид цинка.

Применение:

— Производство антикоррозионных покрытий. — Металлический цинк в виде брусков используют для защиты от коррозии стальных изделий, соприкасающихся с морской водой. Примерно половина всего производимого цинка используется для производства оцинкованной стали, одна треть — в горячем цинковании готовых изделий, остальное — для полосы и проволоки.
— Большое практическое значение имеют сплавы цинка — латуни (медь плюс 20-50% цинка). Для литья под давлением, помимо латуней, используется быстро растущее число специальных сплавов цинка.
— Еще одна область применения — производство сухих батарей, хотя в последние годы оно существенно сократилось.
— Теллурид цинка ZnTe используется как материал для фоторезисторов, приемников инфракрасного излучения, дозиметров и счетчиков радиоактивного излучения. — Ацетат цинка Zn(CH₃COO)₂ его используют как фиксатор при крашении тканей, консервант древесины, противогрибковое средство в медицине, катализатор в органическом синтезе. Ацетат цинка входит в состав зубных цементов, используется при производстве глазурей и фарфора.

Цинк — один из наиболее важных биологически активных элементов и необходим для всех форм жизни. Его роль обусловлена, в основном, тем, что он входит в состав более 40 важных ферментов. Установлена функция цинка в белках, отвечающих за распознавание последовательности оснований в ДНК и, следовательно, регулирующих перенос генетической информации в ходе репликации ДНК. Цинк участвует в углеводном обмене с помощью цинксодержащего гормона — инсулина. Только в присутствии цинка действует витамин А. Необходим цинк и для формирования костей.
В то же время ионы цинка токсичны.

Беспоместных С., Штанова И.
ХФ ТюмГУ, 571 группа.

Цинк (Zn) – роль в организме, симптомы недостатка, источники

Цинк (Zincum, Zn) – химический элемент, и микроэлемент для человеческого организма, играющий важную роль практически во всех физико-химических процессах, прежде всего в построении различных ферментов, РНК и ДНК.

Среди других важных функций также выделяют участие в синтезе поджелудочной железой инсулина, половыми железами тестостерона и эстрогена, улучшает умственную деятельность и предотвращает иммунодефицит, что соответственно помогает организму защищаться от патогенной инфекции. Подробнее о биологической роли поговорим чуть далее.

В чистом виде цинк найти среди полезных ископаемых невозможно, а наибольшая его часть присутствует в составе таких минералов, как – сфалерит (цинковая обманка), чуть меньше в виллемите, цинките, смитсоните, каламине и других (около 66 штук). В сфалерите наш минерал можно найти в виде сульфида (ZnS). Если говорить о количестве цинка в коре Земли, то это примерно 8,3×10 -3 %. Больше всего его присутствие обнаружено в местах с термальными водами, где также присутствует много свинца. Чуть меньше его в подземных и поверхностных водах. Добыча цинка происходит прежде всего на территориях Алтайских гор, Казахстана, Ирана, Боливии и Австралии.

Основным методом добычи цинка из минералов является электролитический, с помощью которого выходит до 99,95% чистого металла. Среди часто встречающихся отходов можно встретить такие элементы, как – свинец, кадмий, медь, серебро, германий, галлий, тантал и даже золото.

История – краткая справка

Первые изделия из латуни, являющейся сплавом меди с цинком датированы еще срединой первого тысячелетия по рождеству Христову. Это были преимущественно предметы интерьера и кухонные предметы, используемые жителями древних Греции, Индии, Китая, Египта и других развитых на то время стран. Получить чистую форму металла удалось дистилляционным способом аж в 1738 году английским ученым Уильямом Чемпионом, который уже в 1743 году запустил работу первого завода по добыче Zn.

Добыча чистейшего цинка с помощью электролитического способа стала возможна уже в 1915 году, на заводах США и Канады.

Свое название Zn – Zincum (Zinken – в переводе с немецкого «зубец») получил от швейцарского исследователя, алхимика и врача Филиппа Парацельса (1493—1541 гг).

Общие данные

Расположение в периодической таблице Д.И. Менделеева: в старой версии — IV период, V ряд, II группа, в новой версии таблицы – 12 группа, 4 период.

• Атомный номер – 30
• Атомная масса – 65,38 г/моль
• Электронная конфигурация – [Ar] 3d10 4s2
• Температура плавления (°С) – 419,6.
• Температура кипения (°С) – 906,2.
• CAS: 7440-66-6.

Физико-химические свойства. Чистый Zn – это металл серебристо-белого цвета, пластичный на ощупь, который при сгибании слегка потрескивает, что обусловлено трением кристаллов. При нагревании до 100 градусов пластичность вырастает в разы, но как только в нем присутствуют примеси других минералов, резко повышается хрупкость.

При контакте с воздухом покрывается тонкой оксидной пленкой, а при воздействии высоких температур постепенно сгорает.

Биологическая роль и функции цинка в организме

В организме взрослого среднестатистического человека находится примерно 1,5-3 г цинка. Больше всего его присутствие обнаружено в мышечных тканях, печени, различных ферментах и поджелудочной железе. Причем у мужчин этого микроэлемента может быть вдвое больше, нежели у женщин.

Одна из основных функций цинка в человеке – формирование белка карбоангидраза, который присутствуя в эритроцитах (красные кровяные тельца) обеспечивает превращение углекислого газа в тканях и его обратный транспорт в легкие, откуда он и выводится с выдохом. Кроме того, в связи с тем, что Zn присутствует примерно в 400 ферментах, в большей мере ЖКТ, то без него практически невозможно нормальное усваивание пищи и превращение полезных и необходимых для организма веществ, поступаемых с продуктами.

Цинк выполняет и множество других полезных функций, среди которых:

• Участие в синтезе многих важных гормонов – инсулина, тестостерона, эстрогена, соматропина (гормон роста) и другие;
• Участие в репродуктивной функции у мужчин – стимулирует выработку семени, а также поддерживает функционирование и здоровье простаты;
• Нивелирует действие различных токсинов, т.к. находится в составе вырабатываемой печенью супероксиддисмутазы, выполняющей роль очищения организма, что также важно при алкогольном и других отравлениях, инфекционных болезнях;
• Берет непосредственное участие в формировании и поддержании стабильности ДНК и РНК, что минимизирует риск отклонений в развитии и жизнедеятельности живых организмов – мутации, рак и т.д.;
• Участие в синтезе коллагена, жизненно важного для здоровья связок, суставов, волос, кожи и других тканей;
• Участие в формировании новых клеток, что очень важно в период роста, а также при различных травмах и воспалительных процессах т.к. помогает тканям быстрее регенерироваться;
• В сочетании с витаминами C и A стимулирует активность иммунной системы, предотвращая развитие инфекционных и аутоиммунных болезней, уязвимость перед эмоциональными стрессами, неблагоприятными экологическими условиями пребывания;
• Защищает нервную систему от повреждения и неврологических расстройств, улучшает умственную деятельность, поддерживает хорошее настроение, улучшает сон;
• Участие в метаболизме витамина Е;
• Регулирует аллергический статус, предотвращая развитию сезонной аллергии, аллергического ринита и других;
• Является антиоксидантом;
• Повышает плотность костной ткани, помогает в борьбе с остеопорозом.

Применение цинка в других сферах человеческой жизни

• Наносится на поверхность стальных поверхностей для предотвращения процессов коррозии (оцинковка и металлизация);
• Используется для извлечения или восстановления золота, серебра и других металлов;
• Применяется в изготовлении некоторых видов аккумуляторов и батареек;
• В медицинской практике входит в состав различных антисептических и противовоспалительных средств;
• Входит в состав латуни, масляных красок, люминофоров, оптических стекол, флюса для пайки металлов и другие.

Суточная потребность

Рекомендуемые суточные дозы цинка в зависимости от пола и возраста:

• Младенцы до 6 месяцев – 2 мг
• Дети от 6 месяцев до 4 лет – 3 мг;
• Дети от 4 до 8 лет – 5 мг;
• Дети от 8 до 14 лет – 8 мг;
• Юноши и мужчины от 14 лет – 11 мг;
• Девушки и женщины от 14 лет – 8-9 мг;
• Во время беременности – 11-12 мг;
• В период кормления грудью – 12-13 мг.

Суточная доза цинка повышается при инфекционных болезнях, стрессах, веганстве, жестких диетах, повышенной физической и умственной активностях, изменении климатических условий пребывания.

Нехватка цинка — симптомы

Дефицит цинка в организме выражается следующими симптомами и состояниями:

• У мужчин — нарушение работы половых желез, развитие бесплодия, задержка полового развития;
• У женщин — нарушение менструальной функции и работы яичников, бесплодие;
• Повышенная утомляемость, слабость;
• Медленное заживление ран;
• Частые аллергии на различные вещества;
• Ухудшение здоровья кожи, волос, ногтей;
• Снижение настроения, склонность к депрессии, уязвимость перед стрессами;
• Нарушение функции кроветворения – анемии;
• Ухудшение зрительной функции;
• Предрасположенность к инфекциям, кожным болезням (дерматиты, фурункулы, псориаз), неврологическим расстройствам, онкологии;
• Снижение аппетита, диарея, потеря веса;
• Ранее старение.

Причины нехватки Zn

• Некачественное питание, жесткие диеты, голодовка;
• Злоупотребление алкоголем;
• Наличие глистных инвазий в кишечнике;
• Отравление организма медью, ртутью, свинцом, кадмием;
• Повышенные дозировки некоторых лекарственных препаратов – диуретиков (мочегонные), глюкокортикостероидов (гормоны), эстрогенов;

Применение цинка

Применение Zn зависит от его формы, но если говорить в общем, то с лечебной целью его целесообразно использовать в следующих случаях:

• Повышенная физическая и умственная активность;
• В комплексной терапии сахарного диабета, ВИЧ-инфекции, СПИДа;
• Лечение различных дерматозов и травм кожи – дерматиты, акне, экзема, ожоги, пролежни;
• Для улучшения зрительной функции, особенно обусловленное старением организма.

Избыток цинка

Избыток Zn в организме также, как и его нехватка может вызвать ряд проблем со здоровьем, среди которых:

• Расстройства со стороны органов пищеварения – тошнота, рвота, диарея, формирование язвы желудка и двенадцатиперстной кишки;
• Специфический привкус во рту, сухой кашель, сильная жажда;
• Повышенная ломкость и выпадение волос, расслаивание ногтевой пластины;
• Тахикардия;
• Боль в животе, пояснице или при мочеиспускании.

Причины переизбытка Zn

В связи с тем, что цинк не имеет способности накапливаться в организме, отравление ним чаще всего может быть обусловлено употреблением пищи из оцинкованной посуды, или же бесконтрольный прием лекарственных форм этого микроэлемента.

Источники цинка

В каких продуктах Zn содержится больше всего?

Растительные и животные источники (мг на 100 г): дрожжи для выпекания (9,97), кунжут (7,75), белые тыквенные семечки (7,44), какао-порошок (6,81), арахис (6,68), черные подсолнечные семечки (5,3), чечевица (4,8), кедровые орехи (4,28), печень говяжья (4), овес (3,97), пшеница (3,46), яичный желток (3,11), миндаль (3), соевые бобы (3), говядина (от 3 до 8,4), сыры твердые (от 3 до 4), грецкий орех (2,73), рожь (2,65), шоколад (2,3), кокос (2,01), баранина (от 2 до 6), анчоусы (1,72), карп (1,48), сардины (1,4), горох (1,2), яйца (1,1), рис (1), икра рыбы (1), сельдя (0,99), курица (от 0,8 до 3,5), мука пшеничная (0,8), курага (0,74), хлеб (от 0,7 до 1,5), чернослив (0,46), финики (0,44), малина (0,42), брокколи (0,41), молоко (0,4), свекла (0,35), картофель (0,29), смородина черная (0,27), мёд (0,22), бананы (0,15), инжир (0,15), апельсины (0,07), грейпфрут (0,07), лимоны (0,06), яблоки (0,04).

Химические источники (Zn): «Пиколинат цинка», «Цинктерал», «Цинкит», витаминно-минеральные комплексы «Витрум».

Синтез в организме: не синтезируется.

Взаимодействие цинка с другими веществами

• Прием витаминов А, E, C, В6, фтор, пиколиновая кислота улучшают усваивание организмом Zn;
• Большие дозы витамина В9, железа, олова, меди, свинца, кадмия, кальция, марганца, селена и ртути препятствуют усвоение организмом Zn;
• Нарушению усвоения Zn также могут способствовать поступление следующих веществ – фосфаты, фитаты, диуретики, глюкокортикостероиды, анаболики, алкоголь, иммуносупрессоры, противозачаточные препараты, танины (чай и кофе);
• Повышенное поступление Zn может способствовать недостатку витамина А, а также меди и железа;
• Полноценное снабжение Zn способствует нормальному усвоению витамина E.

Цинк в строительстве: особенности металла, его плюсы и минусы

Цинк давно зарекомендовал себя как важный химический элемент. Еще до нашей эры люди знали о нем многое и широко применяли в различных сферах. Свойства этого материала позволяют использовать цинк во многих отраслях и в быту. Материал с успехом применяют в химической промышленности, в машиностроении и в строительстве. Поэтому сегодня мы рассмотрим полезные свойства и характеристика металла цинка и сплавов на его основе, цену за кг, особенности использования, а также изготовления материала.

Что такое цинк

Понятие и особенности

Для начала вашему вниманию предлагается общая характеристика цинка. Этот продукт является не только необходимым производственным металлом, но и важным биологическим элементом. В любом живом организме он присутствует до 4 % от всех элементов.Самые богатые месторождения цинка это Боливия, Иран, Казахстан и Австралия. В нашей стране одним из крупных производителей считается предприятие ОАО «ГМК Дальполиметалл».

Если рассматривать цинк со стороны периодической системе Менделеева, то он относится к переходным металлам и имеет следующие характеристики:

• Номер по порядку: 30
• Масса: 65,37.
• Степень окисления — +2.
• Цвет: синевато-белый.

Если рассматривать цинк со стороны простого вещества, то этот материал имеет следующие характеристики:

• Вид материала – металл.
• Цвет – серебристо-голубой.
• Покрытие – защищен оксидной пленкой, под которой скрывается блеск и сияние.

Цинк содержится в коре земли. Доля металла в ней не очень большая: всего 0,0076%.

Как единичного материала цинка не существует. Он входит в состав многих руд и минералов.

• Наиболее распространенными являются: цинковая обманка, клейофан, марматит. Кроме этого, цинк можно встретить в следующих природных материалах: вюртцит, франкленит, цинкит, смитсонит, каламин, виллемит.
• Спутниками цинка обычно являются: германий, кадмий, таллий, галлий, индий, кадмий.
• Наиболее популярными являются сплавы цинка и алюминия, меди, олова, никеля.

О роли цинка в нашей жизни расскажут специалист в этом видео:

Металлы-конкуренты

С цинком могут конкурировать только 4 металла: титан, алюминий, хром и медь. Описанные материалы имеют следующие характеристики:

1. Алюминий: серебристо-белый цвет, хорошо проводит электричество и тепло, поддается обработке давлением, устойчив к коррозии, имеет низкую плотность, применяется в процессе производства стали (для повышения жаростойкости).
2. Титан: серебристо-белый цвет, большая температура плавления, при соприкосновении с воздухом окисляется, низкая теплопроводность, легко поддается ковке и штамповке, при высокой температуре на поверхности образуется прочная защитная пленка.
3. Хром: синевато-блестящий цвет, высокая твердость, хрупкость, стойкость к окислению в условиях атмосферы и воды, используется для декоративного покрытия.
4. Медь: красный металл, имеет высокую пластичность, хорошую электропроводность, высокую теплопроводность, стойкость к коррозионным процессам, применяется в кровельных материалах.

Для строительных целей наиболее часто (кроме цинка) применяют и другие цветные металлы. К ним относятся: бронза, латунь, силумин, баббит, дюралюминий и несколько других.

Плюсы и минусы

Плюсы:

• Хорошая жидкотекучесть, благодаря чему легко заполняются литейные формы.
• Высокая пластичность во время проката.
• Чистый цинк хорошо поддается ковке.
• Благодаря своим свойствам и воздействию температуры способен принимать различные состояния.
• Отлично защищает изделие от коррозии, благодаря чему охотно пользуется спросом в строительстве и машиностроении.

• При нагреве вместе с фосфором или серой может взорваться.
• На воздухе теряет блеск.
• При комнатной температуре имеет маленькую пластичность.
• Не находится в природе в чистом виде.

Масса, механические, химические и физические свойства цинка, его основные характеристики будут рассмотрены нами ниже.

Свойства и характеристики

Итак, какими свойствами обладает цинк?

Физические

• Является металлом средней твердости.
• Цинк не имеет полиморфных модификаций.
• Холодный цинк становится хрупким металлом.
• Приобретает пластичность при температуре 100-100 ºС.
• При более высокой температуре в 250 ºС снова превращается в хрупкий металл.
• Температура плавления твердого цинка равна 419,5 ºС.
• Температура перехода в пар – 913ºС.
• Температура кипения равна 906 ºС.
• Плотность цинка в твердом состоянии равна 7,133 г/см 3 , в жидком — 6, 66 г/см 3.
• Относительное удлинение 40-50%.
• Легко растворим в кислотах.
• Легко растворим в щелочах.

О том, как правильно плавить цинк, смотрите в видеоролике:

Химические

Химические свойства цинка:

• 3d 10 4s 2 — конфигурация атома.
• Цинк считается активным металлом.
• Является энергетическим восстановителем.
• Электродный потенциал: -0,76 В.
• При температуре ниже 100 ºС теряет блеск и имеет покрытие пленкой.
• Во влажном воздухе (особенно если в нем есть углекислый газ) металл разрушается.
• Во время сильного нагрева цинк сильно сгорает с образованием голубоватого пламя.
• Степень окисления: .
• Кислоты и щелочи действуют на цинк различно в зависимости от присутствия в металле различных примесей.
• При нагревании цинка в воде происходит процесс гидролизации с образованием белого осадка.
• Минеральные кислоты большой силы способны легко растворить цинк.

Структура и состав

Формула цинка следующая: Zn. Конфигурация внешнего слоя атома — 4s 2 . Цинк имеет химическую связь металлическую, кристаллическую решетку – гексагональную, плотную.

Цинк в природе состоит их трех стабильных изотопов (перечислим их: 64 Zn (48,6%), 66 Zn (26,9%) и 67 Zn (4,1%)) и нескольких радиоактивных. Самый важный из радиоактивных имеет полураспад равный 244 суткам.

Производство

Как говорилось, цинк не содержится в природе в чистом виде. Его в основном получают из полимерных руд. В этих рудах цинк присутствует в форме сульфида. С ним всегда идут сопутствующие металлы, перечисленные выше.

С помощью процесса обогащения селективной флотацией получают концентрат цинка. Параллельно этому процессу из полиметаллических руд выходят другие концентраты веществ. Например, свинцовые и медные.

Полученные цинковые концентраты обжигают в печи. В результате действия высоких температур цинк переходит из сульфидного состояния в оксидное. В процессе производства выделяется сернистый газ, который идет на производство серной кислоты. Чистый цинк получают из оксида цинка двумя способами: пирометаллургическим и электролитическим.

• Пирометаллургический способ имеет очень давнюю историю. Концентрат обжигают и подвергают процессу спекания. Затем цинк восстанавливают с применение угля или кокса. Цинк, полученный этим способом, доводят до чистого состояния с помощью отстаивания.
• При электролитическом способе концентрат цинка обрабатывают с помощью серной кислоты. В результате получается раствор, который подвергают процессу электролиза. Здесь цинк осаждается и его подвергают плавлению в специальных печах.

Области применения

Цинк, как элемент, содержится в достаточном количестве в земной коре и в водных ресурсах.

• При производстве масляных красок.
• При изготовлении резиновых шин.
• В медицине.
• Способен восстанавливать благородные металлы.
• Применяется в качестве защитного средства от коррозии.
• Используется в полиграфической промышленности.
• Применяется при изготовлении аккумуляторов.

Половина всего производства цинка идет на выполнение функции «защита от коррозии». Благодаря свои свойством из цинка с успехом отливают ответственные детали (например, для самолетов). Цинк широко применяется совместно с медью и свинцом.

Цинк так же использует в виде порошка для осуществления ряда химико-технологических процессов.

О том, как снять цинк, вам поведает данное видео:

Цинк и его сплавы: химический состав, физические свойства, применение

Цинк — хрупкий голубовато-белый металл. В природе без примесей не встречается. В 1738 году Уильям Чемпион добыл чистые пары цинка с помощью конденсации. В периодической системе Менделеева находится под номером 30 и обозначается символом Zn.

Свойства цинка

Химические свойства цинка

Цинк — активный металл. При комнатной температуре тускнеет и покрывается слоем оксида цинка.

• Вступает в реакцию со многими неметаллами: фосфором, серой, кислородом.
• При повышении температуры взаимодействует с водой и сероводородом, выделяя водород.
• При сплавлении с щелочами образует цинкаты — соли цинковой кислоты.
• Реагирует с серной кислотой, образуя различные вещества в зависимости от концентрации кислоты.
• При сильном нагревании вступает в реакции со многими газами: газообразным хлором, фтором, йодом.
• Не реагирует с азотом, углеродом и водородом.

Физические свойства цинка

Цинк — твердый металл, но становится пластичным при 100–150 °C. При температуре выше 210 °С может деформироваться. Температура плавления — очень низкая для металлов. Несмотря на это, цинк имеет хорошую электропроводность.

• Плотность — 7,133 г/см³.
• Теплопроводность — 116 Вт/(м·К).
• Температура плавления цинка — 419,6 °C.
• Температура кипения — 906,2 °C.
• Удельная теплота испарения — 114,8 кДж/моль.
• Удельная теплота плавления — 7,28 кДж/моль.
• Удельная магнитная восприимчивость — 0,175·10-6.
• Предел прочности при растяжении — 200–250 Мн/м 2 .

Подробный химический состав цинка различных марок указан в таблице ниже.

Содержание примесей в цинке зависит от способа производства и качества сырья.

В России основной процент цинка получают гидрометаллургическим способом — металл восстанавливают из солей в растворах. Такой способ позволяет получить наиболее чистый металл. Но часть цинка обрабатывают при высоких температурах. Такой метод называют пирометаллургическим.

Свинец — особая примесь в цинке, так как основная его часть оседает из-за нерастворимых анодов, содержащихся в металле. Катодный цинк, помимо всех указанных примесей, состоит из хлора и фтора.

Как примеси изменяют свойства цинка

Производители ограничивают содержание кадмия, олова и свинца в литейных сплавах цинка, чтобы подавить межкристаллитную коррозию.

Олово — вредная примесь. Металл не растворяется и выделяется из расплава — способствует ломкости цинковых отливок. Кадмий напротив — растворяется в цинке и снижает его пластичность в горячем состоянии. Свинец увеличивает растворимость металла в кислотной среде.

Железо повышает твердость цинка, но снижает его прочность. Вместе с тем оно усложняет процесс заполнения форм при литье.

Медь увеличивает твердость цинка, но уменьшает его пластичность и стойкость при коррозии. Содержание меди также мешает рекристаллизации цинка.

Наиболее вредная примесь — мышьяк. Даже при небольшом ее количестве металл становится хрупким и менее пластичным.

Чтобы избежать растрескивания кромок при горячей прокатке цинка, содержание сурьмы не должна быть выше 0,01%. В горячем состоянии она увеличивает твердость цинка, лишая его хорошей пластичности.

Сплавы цинка

Сплавы на цинковой основе с добавлением меди, магния и алюминия имеют низкую температуру плавления и обладают хорошей текучестью. Они легко поддаются обработке, свариванию и паянию.

Различают латуни двухкомпонентные и многокомпонентные.

Двухкомпонентная латунь — сплав цинка с высоким содержанием меди. Существует желтая латунь с медью в количестве 67%, золотистая медь или томпак — 75%, и зеленая — 60%. Такие сплавы могут деформироваться при температуре 300 °C.

Многокомпонентные латуни, помимо 2-х основных металлов, состоят из других добавок: никеля, железа, свинца или марганца. Каждый из элементов влияет на свойства сплава.

ЦАМ — семейство цинковых сплавов. В их состав входят магний, алюминий и медь. Такие сплавы цинка используются в литейном производстве. В них содержится алюминий в количестве 4%.

Основная область применения сплавов ЦАМ — литье цинка под давлением. Сплавы этого семейства обладают низкой температурой плавления и хорошими литейными свойствами. Их высокопрочность позволяет производить прочные и сложные детали.

Сплав состоит из цинка (24,5%), меди (70%), никеля (5,5%).

Производств цинка

Добыча металла

Цинк как самородный металл в природе не встречается. Добывается из полиметаллических руд, содержащих 1–4% металла в виде сульфида, а также меди, свинца, золота, серебра, висмута и кадмия. Руды обогащаются селективной флотацией и получаются цинковые концентраты (50–60% Zn).

Концентраты цинка обжигают в печах. Сульфид цинка переводится в оксид ZnO. При этом выделяется сернистый газ SO2, который используется в производстве серной кислоты.

Получение металла

Существуют два способа получения чистого цинка из оксида ZnO.

Самый древний метод — дистилляционный. Обожженный концентрированный состав подвергают термообработке, чтобы придать ему зернистость и газопроницаемость.

Затем концентрат восстанавливают коксом или углем при температуре 1200–1300 °C. В процессе образуются пары металла, которые конденсируют и разливают в изложницы. Жидкий металл отстаивают от железа и свинца при температуре 500 °C. Так достигается цинк чистотой 98,7%.

Иногда используется сложная и дорогая обработка цинка ректификацией — разделением смесей за счет обмена теплом между паром и жидкостью. Такая чистка позволяет получить металл чистотой 99,995% и извлечь кадмий.

Второй метод производства цинка — электролитический. Обожженный концентрат обрабатывается серной кислотой. Готовый сульфатный раствор очищается от примесей, после чего подвергается электролизу в свинцовых ваннах. Цинк дает осадок на алюминиевых катодах. Полученный металл удаляют с ванн и плавят в индукционных печах. После этого получается электролитный цинк чистотой 99,95%.

Литье металла

Горячий цинк — жидкий и текучий металл. Благодаря таким свойствам он легко заполняется в литейные формы.

Примеси влияют на величину натяжения поверхности цинка. Технологические свойства металла можно улучшить, добавив небольшое количество лития, магния, олова, кальция, свинца или висмута.

Чем выше температура перегрева цинка, тем лучше он заполняет формы. При литье металла в чугунные изложницы его объем уменьшается на 1,6%. Это затрудняет получение крупных и длинных цинковых отливок.

Применение цинка

Для защиты металлов от коррозии

Чистый цинк используется для защиты металлов от коррозии. Основу покрывают тонкой пленкой. Этот процесс называется металлизацией.

В автомобильной отрасли

Сплавы на цинковой основе используют для оформления декора автомобильного салона, в производстве ручек дверей, замков, зеркал и корпусов стеклоочистителей.

В автомобильные покрышки добавляют окись цинка, которая повышает качество резины.

В батарейках, аккумуляторах и других химических источниках тока цинк используется как материал для отрицательного электрода. В производстве электромобилей применяются цинк-воздушные аккумуляторы, которые обладают высокой удельной энергоемкостью.

В производстве ювелирных украшений

Ювелиры добавляют цинк в сплавы на основе золота. В итоге они легко поддаются ковке и становятся пластичными — прочно соединяют мелкие детали изделия между собой.

Металл также осветляет ювелирные изделия, поэтому его часто используют в изготовлении белого золота.

В медицине

Окись цинка применяется в медицине как антисептическое средство. Окись добавляют в мази и другие составы для заживления ран.

Благодаря своим свойствам, цинк широко применяется в различных областях промышленности. Металл пользуется спросом из-за относительно низкой цены и хороших физических свойств.

История открытия:

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 оксида 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.
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, получение:

Наиболее распространенный минерал цинка — сфалерит, или цинковая обманка. Основной компонент минерала — сульфид цинка ZnS, а 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.
Выделение цинка начинается с концентрирования руды методами седиментации или флотации, затем ее обжигают до образования оксидов: 2ZnS + 3О₂ = 2ZnО + 2SO₂
Оксид цинка перерабатывают электролитическим методом или восстанавливают коксом. В первом случае цинк выщелачивают из сырого оксида разбавленным раствором серной кислоты, примесь кадмия осаждают цинковой пылью и раствор сульфата цинка подвергают электролизу. Металл 99,95%-ной чистоты осаждается на алюминиевых катодах.

Физические свойства:

В чистом виде — довольно пластичный серебристо-белый металл. 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. Температура плавления — 692°C, температура кипения — 1180°C

Химические свойства:

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. При нагревании цинк реагирует с галогенами, с фосфором, образуя фосфиды Zn₃P₂ и ZnP₂, с серой и ее аналогами, образуя 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.
Цинк обычной чистоты активно реагирует с растворами кислот и щелочей, образуя в последнем случае гидроксоцинкаты: Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂
Очень чистый цинк растворами кислот и щелочей не реагирует.
Для цинка характерны соединения со степенью окисления: +2.

Важнейшие соединения:

Оксид цинка — ZnО, белый, амфотерный, реагирует как с растворами кислот, так и со щелочами:
ZnO + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + Н₂О (сплавление).
Гидроксид цинка — образуется в виде студенистого белого осадок при добавлении щелочи к водным растворам солей цинка. Амфотерный гидроксид
Соли цинка. Бесцветные кристаллические вещества. В водных растворах ионы цинка Zn 2+ образуют аквакомплексы [Zn(H₂O)₄] 2+ и [Zn(H₂O)₆] 2+ и подвергаются сильному гидролизу.
Цинкаты образуются при взаимодействии оксида или гидроксида цинка со щелочами. При сплавлении образуются метацинкаты (напр. Na₂ZnO₂), которые растворяясь в воде переходят в тетрагидроксоцинкаты: Na₂ZnO₂ + 2Н₂О = Na₂[Zn(OH)₄]. При подкислении растворов в осадок выпадает гидроксид цинка.

Применение:

— Производство антикоррозионных покрытий. — Металлический цинк в виде брусков используют для защиты от коррозии стальных изделий, соприкасающихся с морской водой. Примерно половина всего производимого цинка используется для производства оцинкованной стали, одна треть — в горячем цинковании готовых изделий, остальное — для полосы и проволоки.
— Большое практическое значение имеют сплавы цинка — латуни (медь плюс 20-50% цинка). Для литья под давлением, помимо латуней, используется быстро растущее число специальных сплавов цинка.
— Еще одна область применения — производство сухих батарей, хотя в последние годы оно существенно сократилось.
— Теллурид цинка ZnTe используется как материал для фоторезисторов, приемников инфракрасного излучения, дозиметров и счетчиков радиоактивного излучения. — Ацетат цинка Zn(CH₃COO)₂ его используют как фиксатор при крашении тканей, консервант древесины, противогрибковое средство в медицине, катализатор в органическом синтезе. Ацетат цинка входит в состав зубных цементов, используется при производстве глазурей и фарфора.

Цинк — один из наиболее важных биологически активных элементов и необходим для всех форм жизни. Его роль обусловлена, в основном, тем, что он входит в состав более 40 важных ферментов. Установлена функция цинка в белках, отвечающих за распознавание последовательности оснований в ДНК и, следовательно, регулирующих перенос генетической информации в ходе репликации ДНК. Цинк участвует в углеводном обмене с помощью цинксодержащего гормона — инсулина. Только в присутствии цинка действует витамин А. Необходим цинк и для формирования костей.
В то же время ионы цинка токсичны.

Беспоместных С., Штанова И.
ХФ ТюмГУ, 571 группа.