Цинк происхождение названия. Цинк в природе. и строение атома

Одним из металлов, которые были открыты достаточно давно, но и по сей день не потеряли своей актуальности в использовании благодаря замечательным своим свойствам, является цинк. Его физические и химические свойства позволяют применять материал в самых разных отраслях техники и быта. Он оказывает существенное влияние и на здоровье человека.

Краткая история открытия элемента

Что такое цинк, люди знали еще до нашей эры. Ведь именно тогда научились применять сплавы, содержащие этот металл. Египтяне использовали руды, содержащие медь и цинк, сплавляли их и получали очень прочный, устойчивый к окислению материал. Были найдены предметы быта, посуда, выполненные из этого материала.

Название zinc встречается в трудах врача Парацельса в XVI веке нашей эры. В этот же период металл активно начинают использовать китайцы, отливая из него монеты. Постепенно знания об этом веществе и его хороших технических свойствах переходят в Европу. Тогда и в Германии, Англии также узнали, что такое цинк и где его можно использовать.

Латунь была одним из первых и самых известных сплавов, используемых еще с древних веков на Кипре, а позже в Германии и других странах.

Название происходит от латинского zincum, однако этимология не совсем ясна. Есть несколько версий.

1. От немецкого zinke, что переводится как "острие".
2. От латинского zincum, что означает "белый налет".
3. Персидский "ченг", то есть камень.
4. Древнегерманский zinco, что переводится, как "налет", "бельмо на глазу".

Сегодняшнее название элемент получил только в начале XX века. О значении ионов цинка в организме человека также стало известно лишь сравнительно недавно (XX век). До этого никакие недуги с этим элементом не связывали.

Однако известно, что уже в древности многие народы использовали супы из мяса молодого барашка как средство восстановления после болезни и для скорейшей поправки. Сегодня можно сказать, что эффект достигался за счет ионов цинка, которых в этом блюде содержится достаточно много. Он помогал восстановлению кровообращения, снятию усталости и активизировал мозговую деятельность.

Элемент Цинк: характеристика

Данный элемент располагается в периодической системе во второй группе, побочной подгруппе. Порядковый номер 30, масса Цинка - 65,37. Единственная и постоянная степень окисления +2. Электронная конфигурация внешнего слоя атома 4s 2 .

В таблице Цинк, Медь, Кадмий, Хром, Марганец и многие другие - это переходные металлы. К ним относятся все те, у которых электроны заполняют внешний и предвнешний d и f энергетические подуровни.

Соли цинка

Практически все соли, которые не являются двойными и комплексными, то есть не содержат посторонних окрашенных ионов, - это бесцветные Самыми популярными в плане использования человеком являются следующие из них.

1. Хлорид цинка - ZnCL 2. Другое название соединения - паяльная кислота. Внешне представляет собой белые кристаллики, хорошо впитывающие влагу воздуха. Используется для очищения поверхности металлов перед пайкой, получения фибры, в батарейках, для пропитки дерева перед обработкой в качестве дезинфектора.
2. Сульфид цинка. Белый порошок, быстро желтеющий при нагревании. Имеет высокую температуру плавления, в отличие от чистого металла. Используется при производстве люминесцирующих составов, наносимых на экраны, панели и прочие предметы. Является полупроводником.
3. - распространенная отрава, применяемая для избавления от грызущих животных (мышей, крыс).
4. Смитсонит, или карбонат цинка - ZnCO 3 . Бесцветное кристаллическое соединение, нерастворимое в воде. Применяется в нефтехимическом производстве, а также в реакциях получения шелка. Является катализатором в органических синтезах, используется в качестве удобрения для почв.
5. Ацетат цинка - (CH 3 COO) 2 Zn. Бесцветные кристаллы, хорошо растворимые во всех растворителях любой природы. Находит широкое применение как в химической, так и в медицинской и пищевой промышленности. Используется для лечения нозафарингита. Применяется в качестве пищевой добавки Е650 - освежает дыхание, предупреждает появление налета на зубах, когда входит в состав жвачки. Его же используют для протравливания красителей, консервации древесины, производства пластмасс и прочих органических синтезах. Практически везде играет роль ингибитора.
6. Йодид цинка - белые кристаллы, используемые в рентгенографии, в качестве электролита в аккумуляторах, как краситель для электронных микроисследований.
7. Черные или темно-зеленые кристаллы, которые невозможно получить прямым синтезом, так как цинк с азотом не реагирует. Образуются из аммиаката металла. При высоких температурах разлагается с высвобождением цинка, поэтому применяется для его получения.
8. Нитрат цинка. Бесцветные гигроскопичные кристаллы. Применение цинка в таком виде осуществляется в текстильной и кожевенной промышленностях для протравки тканей.

Сплавы цинка

Как уже упоминалось выше, существует самый распространенный сплав цинка - латунь. Именно он известен с самой древности и активно используется людьми до сих пор. Что же он собой представляет?

Латунь - это медь и цинк, которые гармонично сочетаются с несколькими другими металлами, придающими дополнительный блеск, прочность и тугоплавкость сплаву. Цинк в составе как легирующий элемент, медь - как основной. Цвет материала желтый, блестящий, однако на открытом воздухе во влажной среде способен чернеть. Температура плавления около 950 о С, может варьироваться в зависимости от содержания цинка (чем больше его, тем температура ниже).

Материал хорошо прокатывается в листы, трубы, сваривается контактным способом. Имеет хорошие технические характеристики, поэтому из него изготавливаются следующие элементы:.

1. Детали машин и различные технические приборы.
2. Гильзы и штампованные изделия.
3. Гайки, болты, патрубки.
4. Арматуры, втулки, антикоррозийные детали разных видов транспорта.
5. Детали часов.

Большая часть добываемого в мире рассматриваемого нами металла уходит именно на изготовление данного сплава.

Еще один вид интерметаллического соединения - антимонид цинка. Формула его Zn 4 Sb 3. Это также сплав, который используется как полупроводник в транзисторах, тепловизорах, магниторезистивных устройствах.

Очевидно, что применение цинка и его соединений очень широко и практически повсеместно. Данный металл так же популярен, как медь и алюминий, серебро и золото, марганец и железо. Особенно велико его значение в технических целях как антикоррозионного материала. Ведь именно цинком покрываются разные сплавы и изделия для защиты от этого разрушающего природного процесса.

Биологическая роль

Что такое цинк с точки зрения медицины и биологии? Имеет ли он значение для жизни организмов и насколько оно велико? Оказывается, ионы цинка просто обязательно должны присутствовать в живых существах. Иначе дефицит приведет к следующим последствиям:

• анемии;
• снижению инсулина;
• аллергии;
• потере веса и памяти;
• утомляемости;
• депрессии;
• ухудшению зрения;
• раздражительности и другим.

Основные места концентрации ионов цинка в организме человека - это печень и мышцы. Также именно этот металл входит в состав большинства ферментов (например, карбоангидраза). Поэтому большинство реакций катализа происходит при участии цинка.

Что именно делают ионы?

1. Участвуют в синтезе мужских гормонов и семенной жидкости.
2. Способствуют усвоению витамина Е.
3. Участвуют в расщеплении молекул алкоголя в организме.
4. Являются непосредственными участниками синтеза многих гормонов (инсулина, гормона роста, тестостерона и других).
5. Принимает участие в кроветворении и заживлении поврежденных тканей.
6. Регулирует секрецию сальных желез, поддерживает нормальный рост волос и ногтей, способствует регенерационным процессам в коже.
7. Обладает способностью устранять из организма токсины и укреплять иммунитет.
8. Влияет на формирование вкусовых ощущений, а также обоняния.
9. Принимает участие в процессах транскрипции, обмене витамина А, нуклеиновых синтезах и распадах.
10. Является участником всех стадий роста и развития клетки, а также сопровождает процесс экспрессии гена.

Все это еще раз доказывает, насколько важным элементом является данный металл. Роль его в биологических системах была выяснена только в XX веке. Многих неприятностей и недугов в прошлом можно было бы избежать, если бы люди знали о лечении при помощи препаратов на основе цинка.

Каким же образом можно поддерживать нужное количество этого элемента в организме? Ответ очевиден. Необходимо употреблять продукты, содержащие цинк. Список может быть длинным, поэтому укажем только те, в которых максимальное количество рассматриваемого элемента:

• орехи и семечки;
• бобовые;
• мясо;
• морепродукты, особенно, устрицы;
• злаки и хлеб;
• молочная продукция;
• зелень, овощи и фрукты.

Использование человеком

Мы уже в целом обозначали, в каких отраслях и областях промышленности используется цинк. Цена на этот металл и его сплавы достаточно высока. Например, лист латуни размером 0,6 х 1,5 приблизительно оценивают в 260 рублей. И это вполне оправданно, ведь качество материала достаточно высокое.

Итак, металлический цинк, то есть как простое вещество, используется:

• для покрытия против коррозии на железных и стальных изделиях;
• в аккумуляторах;
• типографии;
• в качестве восстановителя и катализатора в органических синтезах;
• в металлургии для выделения других металлов из их растворов.

Используется не только в косметических целях, о которых мы уже упоминали, но и в качестве наполнителя при производстве резины, как белый пигмент в красках.

О том, где используются различные соли цинка, мы говорили при рассмотрении этих соединений. Очевидно, что в целом цинк и его вещества - это важные и значимые в промышленности, медицине и других отраслях компоненты, без которых многие процессы оказались бы невозможными или сильно затрудненными.

Нахождение цинка в природе, мировое производство цинка

Физические и химические свойства цинка, биологическая роль цинка, история оцинкования, цинковые покрытия, продукты питания богатые цинком

Раздел. Получение и свойства цинка.

Цинк - это 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 цинк (CAS-номер: 7440-66-6) при нормальных условиях - хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

Получение и свойства цинка

Известно 66 минералов цинка, в частности цинкит, сфалерит, виллемит, каламин, смитсонит, франклинит. Наиболее распространенный минерал - сфалерит, или цинковая обманка. Основной компонент минерала - сульфид цинка ZnS, а разнообразные примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Из-за трудности определения этого минерала его называют обманкой (др.-греч. σφαλερός - обманчивый). 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.

Среднее содержание цинка в земной коре - 8,3·10-3%, в основных извержённых породах его несколько больше (1,3·10-2%), чем в кислых (6·10-3%). Цинк - энергичный водный мигрант, особенно характерна его миграция в термальных водах вместе со свинцом. Из этих вод осаждаются сульфиды цинка, имеющие важное промышленное значение. Цинк также энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах, главным осадителем для него является сероводород, меньшую роль играет сорбция глинами и другие процессы.

Цинк - важный биогенный элемент, в живых организмах содержится в среднем 5·10-4% цинка. Но есть и исключения - так называемые организмы-концентраторы (например, некоторые фиалки).

Месторождения цинка известны в Австралии, Боливии. В России крупнейшим производителем свинцово-цинковых концентратов является ОАО "ГМК Дальполиметалл".

Цинк в природе как самородный металл не встречается. Цинк добывают из полиметаллических руд, содержащих 1-4 % Zn в виде сульфида, а также Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руды обогащают селективной флотацией, получая цинковые концентраты (50-60 % Zn) и одновременно свинцовые, медные, а иногда также пиритные концентраты. Цинковые концентраты обжигают в печах в кипящем слое, переводя сульфид цинка в оксид ZnO; образующийся при этом сернистый газ SO2 расходуется на производство серной кислоты. Чистый цинк из оксида ZnO получают двумя способами. По пирометаллургическому (дистилляционному) способу, существующему издавна, обожженный концентрат подвергают спеканию для придания зернистости и газопроницаемости, а затем восстанавливают углем или коксом при 1200-1300 °C: ZnO + С = Zn + CO. Образующиеся при этом пары металла конденсируют и разливают в изложницы. Сначала восстановление проводили только в ретортах из обожженной глины, обслуживаемых вручную, позднее стали применять вертикальные механизированные реторты из карборунда, затем - шахтные и дуговые электропечи; из свинцово-цинковых концентратов цинк получают в шахтных печах с дутьем. Производительность постепенно повышалась, но цинк содержал до 3 % примесей, в том числе ценный кадмий. Дистилляционный цинк очищают ликвацией (то есть отстаиванием жидкого металла от железа и части свинца при 500 °C), достигая чистоты 98,7 %. Применяющаяся иногда более сложная и дорогая очистка ректификацией дает металл чистотой 99,995 % и позволяет извлекать кадмий.

Основной способ получения цинка - электролитический (гидрометаллургический). Обожженные концентраты обрабатывают серной кислотой; получаемый сульфатный раствор очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу в ваннах, плотно выложенных внутри свинцом или винипластом. Цинк осаждается на алюминиевых катодах, с которых его ежесуточно удаляют (сдирают) и плавят в индукционных печах. Обычно чистота электролитного цинка 99,95 %, полнота извлечения его из концентрата (при учете переработки отходов) 93-94 %. Из отходов производства получают цинковый купорос, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; иногда также In, Ga, Ge, Tl.

В чистом виде - довольно пластичный серебристо-белый металл. Обладает гексагональной решеткой с параметрами а = 0,26649 нм, с = 0,49431 нм, пространственная группа P 63/mmc, Z = 2. 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. Собственная концентрация носителей заряда в цинке 13,1·1028 м−3.

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

Применяется для защиты стали от коррозии (оцинковка поверхностей, не подверженных механическим воздействиям, или металлизация - для мостов, емкостей, металлоконструкций).

Цинк 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, которые отличаются весьма высокой удельной энергоёмкостью. Они перспективны для пуска двигателей (свинцовый аккумулятор - 55 Вт·ч/кг, цинк-воздух - 220-300 Вт·ч/кг) и для электромобилей (пробег до 900 км).

Цинк вводится в состав многих твёрдых припоев для снижения их температуры плавления.

Окись цинка широко используется в медицине как антисептическое и противовоспалительное средство. Также окись цинка используется для производства краски - цинковых белил.

Цинк - важный компонент латуни. Сплавы цинка с алюминием и магнием (ЦАМ, ZAMAK) благодаря сравнительно высоким механическим и очень высоким литейным качествам очень широко используются в машиностроении для точного литья. В частности, в оружейном деле из сплава ZAMAK (-3, -5) иногда отливают затворы пистолетов, особенно рассчитанных на использование слабых или травматических патронов. Также из цинковых сплавов отливают всевозможную техническую фурнитуру, вроде автомобильных ручек, корпусы карбюраторов, масштабные модели и всевозможные миниатюры, а также любые другие изделия, требующие точного литья при приемлемой прочности.

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

Сульфид цинка используется для синтеза люминофоров временного действия и разного рода люминесцентов на базе смеси ZnS и CdS. Люминофоры на базе сульфидов цинка и кадмия, также применяются в электронной промышленности для изготовления светящихся гибких панелей и экранов в качестве электролюминофоров и составов с коротким временем высвечивания.

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.

На разные применения цинка приходится:

цинкование - 45-60 %

медицина (оксид цинка как антисептик) - 10 %

производство сплавов - 10 %

производство резиновых шин - 10 %

масляные краски - 10 %.

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 цинка в 2006 году (на основе «Геологического обзора Соединенных Штатов»)

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.

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 граммов устриц, человек получит столько же цинка, сколько содержится в 60 граммах тыквенных семечек. Практически во всех хлебных злаках цинк содержится в достаточном количестве и в легкоусваиваемой форме. Поэтому, биологическая потребность организма человека в цинке обычно полностью обеспечивается ежедневным употреблением в пищу цельнозерновых продуктов (нерафинированного зерна).

~0,25 мг/кг - яблоки, апельсины, лимоны, инжир, грейпфруты, все мясистые фрукты, зелёные овощи, минеральная вода.

~0,31 мг/кг - мёд.

~2-8 мг/кг - малина, чёрная смородина, финики, большая часть овощей, большинство морских рыб, постная говядина, молоко, очищенный рис, свёкла обычная и сахарная, спаржа, сельдерей, помидоры, картофель, редька, хлеб.

~8-20 мг/кг - некоторые зерновые, дрожжи, лук, чеснок, неочищенный рис, яйца.

~20-50 мг/кг - овсяная и ячменная мука, какао, патока, яичный желток, мясо кроликов и цыплят, орехи, горох, фасоль, чечевица, зелёный чай, сушёные дрожжи, кальмары.

~30-85 мг/кг - говяжья печень, некоторые виды рыб.

~130-202 мг/кг - отруби из пшеницы, проросшие зёрна пшеницы, тыквенные семечки, семечки подсолнечника.

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.

Для оценки содержания цинка в организме определяют его содержание в волосах, сыворотке и цельной крови.

При длительном поступлении в организм в больших количествах все соли цинка, особенно сульфаты и хлориды, могут вызывать отравление из-за токсичности ионов Zn2+. 1 грамма сульфата цинка ZnSO4 достаточно, чтобы вызвать тяжелое отравление. В быту хлориды, сульфаты и оксид цинка могут образовываться при хранении пищевых продуктов в цинковой и оцинкованной посуде.

Отравление ZnSO4 приводит 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.

Области применения цинка. ЦВОО Для производства химически чистых реактивов для нужд электротехнической промышленности и для научных целей.

ЦВО Для нужд полиграфической и автомобильной отраслей промышленности.

ЦВ Для отливаемых под давлением особо ответственных деталей, авиа- и автоприборов; для изготовления окиси цинка, применяемой в химико-фармацевтической промышленности; для химически чистых реактивов; для получения цинкового порошка, используемого в аккумуляторной промышленности.

Ц0А Для цинковых листов, применяемых в производстве гальванических элементов, для отливаемых под давлением ответственных деталей авиа- и автоприборов; для изготовления цинковых сплавов, обрабатываемых давлением; для горячего и гальванического оцинкования изделий и полуфабрикатов; для изготовления цинкового порошка; для легирования алюминиевых сплавов; для изготовления цинковых белил.

Ц0 Для цинковых листов, применяемых в производстве гальванических элементов; для отливаемых под давлением ответственных деталей авиа- и автоприборов; для изготовления цинковых сплавов, обрабатываемых давлением, для горячего и гальванического оцинкования изделий и полуфабрикатов, в том числе на непрерывных агрегатах оцинкования; для изготовления муфельных и печных сухих цинковых белил; для изготовления цинкового порошка; для легирования алюминиевых сплавов.

Ц1 Для производства сплавов, обрабатываемых давлением (в том числе для цинковых листов); для изготовления гальванических элементов (отливки); для гальванического оцинкования в виде анодов; для горячего оцинкования изделий и полуфабрикатов, в том числе на непрерывных агрегатах оцинкования; для изготовления муфельных и печных сухих цинковых белил; для специальных латуней; медно-цинковых сплавов; для приготовления флюса при лужении жести для консервных банок; для изготовления цинкового порошка, применяемого в химической и металлургической промышленности.

Ц2 Для производства цинковых листов, для медно-цинковых сплавов и бронз; для горячего оцинкования изделий и полуфабрикатов; для изготовления проволоки для шоопирования; для изготовления цинкового порошка, применяемого, в химической и металлургической промышленности.

Ц3 Для производства цинковых листов, в том числе предназначенных для полиграфической промышленности, для обычных литейных и свинцовых медно-цинковых сплавов; для горячего оцинкования изделий и полуфабрикатов; для изготовления цинкового порошка, применяемого в металлургической промышленности.

Латинское zincum переводится как «белый налет». Откуда произошло это слово, точно не установлено. Некоторые историки науки и лингвисты считают, что оно происходит от персидского «ченг», хотя это название относится не к цинку, а вообще к камням. Другие связывают его с древнегерманским «цинко», означавшим, в частности, бельмо на глазу.

За многие века знакомства человечества с цинком название его неоднократно менялось: «спелтер», «тутия», «шпиаутер»... Общепризнанным название «цинк» стало лишь в 20-х годах нашего столетия.

В каждом деле есть свой чемпион: чемпион по бегу, по боксу, по танцам, по скоростной варке пищи, по отгадыванию кроссвордов... С именем Чемпиона (Чемпиона с большой буквы) связана история первых в Европе цинковых производств. На имя Джона Чемпиона был выдан патент на дистилляционный способ получения цинка из окисленных руд. Случилось это в 1739 г., а к 1743 г. был построен завод в Бристоле с ежегодной продукцией 200 т цинка. Через 19 лет тот же Д. Чемпион запатентовал способ получения цинка из сульфидных руд.

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.

Первый в мире электромотор был сконструирован академиком Б.С. Якоби. В 1838 г. всеобщее восхищение вызвал его электроход – лодка с электрическим двигателем, которая осуществляла перевозку вверх и вниз по Неве до 14 пассажиров. Мотор получал ток от гальванических батарей. В хоре восторженных откликов диссонансом прозвучало мнение известного немецкого химика Юстуса Либиха: «Гораздо выгоднее прямо сжигать уголь для получения теплоты или работы, чем расходовать этот уголь на добывание цинка, а затем уже сжиганием его в батареях получать работу в электродвигателях». В итоге Либих оказался прав наполовину: как источник питания электродвигателей батареи скоро перестали применять. Их заменили аккумуляторами, способными восполнять запасы энергии. В аккумуляторах до последнего времени цинк не применяли. Лишь в наши дни появились аккумуляторы с электродами из серебра и цинка. В частности, такой аккумулятор работал на борту третьего советского искусственного спутника Земли.

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

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.

Дело в том, что Лосев включил в схему кристалл окиси цинка. Это заметно улучшело чувствительность аппарата к слабым сигналам. 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!

Цинк является единственным элементом, который входит в жизненный цикл человека (в отличие от других металлов, используемых в защитных покрытиях). Суточная потребность человека в цинке оценивается в 15 мг; в питьевой воде разрешается концентрация цинка 1 мг/л. Отравиться цинком весьма трудно, лишь при вдыхании паров цинка от сварки могут возникнуть ощущения, свидетельствующие об отравлении, которые проходят при выведении пострадавшего из данной рабочей атмосферы. Наблюдается также "литейная лихорадка" у рабочих, связанных с переработкой веществ, содержащих цинк, если концентрация цинковой пыли в воздухе на рабочем месте превышает 15 мг/м³.

История оцинковывания начинается с 1742 г., когда французский химик Мелуин, на презентации во Французской Королевской Академии, описал метод покрытия железа путем погружения его в расплавленный цинк.

В 1836, Сорел, другой французский химик, получил патент на способ покрытия железа цинком после первой очистки 9% серной кислотой и обработкой хлоридом аммония. Подобный патент в Британии был выдан в 1837 г. К 1850 г. в Великобритании использовалось 10 000 т цинка в год с целью защиты стали от коррозии.

Революционный метод использования водорода, полученного экологически безопасным и дешевым путем, был разработан командой ученых из Израиля, Швеции, Швейцарии и Франции.

В основу данного метода положено производство порошка цинка. Это поможет избавиться в будущем от применения бензина, который загрязняет атмосферу. Недавно разразившийся энергетический кризис еще раз дал понять о необходимости разработки альтернативного источника энергии для автомобилей. Один из самых вероятных кандидатов для замены бензина считается водород. Его запасы велики, и он может быть получен из воды. Одна из проблем, возникающих при использовании водорода, заключается в дороговизне его получения и транспортировке. В настоящий момент самым применяемым способом получения водорода является электролиз. Он расщепляет молекулы воды на составляющие: водород и кислород путем пропускания электричества. Этот процесс относительно прост, однако требует большого количества электричества. Это довольно дорого для использования в промышленных масштабах. Разделение молекул воды с помощью нагрева не очень часто встречается, поскольку это требует температуры выше 2,5 тыс. градусов Цельсия. Несколько лет назад был разработан новый метод с использованием порошка цинка для получения водорода. Это процесс требовал меньшей температуры - 350 градусов Цельсия. Поскольку цинк является достаточно распространенным элементом и четвертым в мире по выпуску после железа, алюминия и меди, он может легко использоваться для производства водорода. Единственная проблема, которая может при этом возникнуть, - трудность в получении порошка цинка (Zn) из оксида цинка (ZnO) с помощью электролиза или в плавильной печи. Однако эти способы очень энергоемки и загрязняют окружающую среду. В ходе разработки учеными были применены самые сильные в мире управляемые компьютером зеркала, расположенные в израильском институте Weitzman. Группа зеркал способна концентрировать солнечную энергию в желаемом месте, обеспечивая сверхвысокую температуру. Таким образом, ученые смогли получить порошок цинка для производства водорода.

Растущее использование оцинкованных стальных металлоконструкций для сооружения объектов на открытом воздухе, для которых обязательным условие является длительный срок эксплуатации, требует нанесения цинкового слоя толще обычного.

Там где ожидается более продолжительная эксплуатация конструкции, чем может обеспечить цинкование, следует рассмотреть вариант последующего покрытия цинкового слоя краской. В настоящее время существуют краски, которые можно наносить на только что оцинкованную сталь. Как вариант, окрашивание можно провести несколько позже, после образования оксидной пленки. Цинковое покрытие под краской необходимо для защиты железа или стали от коррозии, если слой краски разрушится в период между техническим обслуживанием. Очень легко удалить старый слой краски с оцинкованной поверхности и покрасить снова, но гораздо труднее удалить краску с корродированной поверхности, если ранее она была нанесена непосредственно на сталь или железо. Сочетание цинкования с последующим окрашиванием обеспечивает длительность эксплуатации.

Производство и потребление цинка связано практически со всеми областями деятельности (строительство, автотранспорт, энергетика, медицина, пищевая промышленность, керамика и т.д.).

Мировое потребление цинка постоянно растет вне зависимости от состояния мировой экономики, причем зачастую опережая рост валового национального продукта.

40-50% от мирового потребления цинка используется для производства оцинкованной стали - причем приблизительно 1/3 для горячего цинкования готовых изделий, 2/3 для цинкования полосы и проволоки.

За последнее время мировой рынок оцинкованной продукции вырос более чем в 2 раза, в среднем увеличиваясь на 3,7% в год. В развитых странах производство оцинкованного металла ежегодно увеличивается на 4,8%.

Другим крупным потребителем цинка (около 18% мирового производства) являются заводы, производящие латунь и другие медные сплавы (содержит от 10 до 40% цинка). За прошедшие годы этот сегмент рынка цинка увеличивался на 3,1% ежегодно, более 50% цинка, используемого в производстве латуни, получают из отходов «медного цикла». Поэтому эта отрасль – являясь крупным потребителем цинка, все же находится в зоне влияния рынка меди и ее сплавов.

Сплавы для литья под давлением (до 15% рынка) - играющие важную роль в производстве декоративных элементов, в последние годы стали использоваться для изготовления различных конструкционных деталей.

В химической промышленности (около 8% рынка) металлический цинк является основным сырьем для производства оксида цинка. Оксид цинка используют для производства шин, резинотехнической продукции, красящих пигментов, керамики, глазури, пищевых добавок, лекарств, копировальной бумаги.

Доля порошка и оксида цинка составляет примерно 20% мирового производства, 7% используется для производства анодов и кровельного листа, в том числе цинк-титанового.

Потребление цинка на душу населения увеличивается на 1,8%. в год, причем в развитых странах потребление цинка растет быстрее.

По запасам цинка в мире выделяются две страны - Китай и Австралия. У каждой в недрах более 30 млн т цинка. Следом идут США (прим. 25 млн т), далее с большим отрывом - Канада и Перу.

Невозможно представить современную жизнь без цинка. Ежегодно в мире потребляется более 10 миллионов тонн цинка. Дом, автомобиль, компьютер, многие вещи вокруг нас - все это сделано с использованием цинка.

Ежегодно в мире производится миллионы тонн цинка. Половина этого объема используется для защиты стали от ржавчины. Экологически привлекательным моментом в пользу применения цинка является то, что 80% его используется вторично и он не теряет своих физических и химических свойств. Предохраняя сталь от коррозии, цинк помогает сохранить природные ресурсы, такие, как железная руда и энергия. Продлевая срок службы стали, цинк увеличивает жизненный цикл товаров и капитальных вложений - домов, мостов, энерго- и водораспределителей, телекоммуникации - таким образом оберегая вложения и помогая уменьшить затраты на ремонт и техобслуживание.

Благодаря своим уникальным свойствам цинк применяется во многих отраслях промышленности:

в строительстве;

для производства шин и резиновых изделий;

для выпуска удобрений и корма для животных;

для изготовления автомобильного оборудования и бытовых приборов, фурнитуры, инструментов;

для изготовления фармацевтического, медицинского оборудования и косметики.

В отличие от искусственных химических соединений, цинк - естественный природный элемент. Цинк присутствует в воде, воздухе, почве, а также играет важную роль в биологических процессах всех живых организмов, включая человека, животных и растений.

Цинковые соединения также должны присутствовать в пище человека. Человеческое тело содержит 2-3 грамма цинка.Заживляющие свойства цинковых соединений дали толчок для их использования во многих фармацевтических и косметических продуктах, от липких пластырей до антисептических кремов и солнцезащитных лосьонов.

Использование цинка отвечает целям долговременного развития человечества.

Цинк может повторно использоваться бесконечное число раз без потери своих физических и химических показателей. На сегодняшний день уже около 36% мирового цинка поставляется из переработки, и около 80 % цинка, пригодного для переработки, в действительности перерабатывается. Благодаря длинному жизненному циклу большинства товаров из цинка, который может иногда длиться более 100 лет без ремонта, большая часть цинка, произведённого в прошлом, до сих пор используется, составляя ценный подкрепляющий источник цинка для будущих поколений.

Общая характеристика Цинка Zn

Суточная потребность в цинке

Суточная потребность в цинке составляет - 10-15 мг.

Верхний допустимый уровень потребления Цинка установлен в 25 мг в сутки

Потребность в цинке возрастает при:

занятиях спортом

обильных потоотделениях.

Цинк входит в состав более 200 ферментов, которые участвуют в различных обменных реакциях, включая синтез и распад углеводов, белков, жиров и нуклеиновых кислот - основного генетического материала. Он является составной частью гормона поджелудочной железы - инсулина, регулирующего уровень сахара в крови.

Цинк способствует росту и развитию человека, необходим для полового созревания и продолжения потомства. Он играет важную роль в формировании скелета, необходим для функционирования иммунной системы, обладает антивирусными и антитоксическими свойствами, участвует в борьбе с инфекционными болезнями и раком.

Цинк необходим для поддержания нормального состояния волос, ногтей и кожи, обеспечивает возможность ощущать вкус, запах. Он входит в состав фермента окисляющего и обезвреживающего спирт.

Цинку свойственна немалая антиоксидантная активность (как селену, витаминам С и Е) - он входит в состав фермента супероксиддисмутазы, который препятствует образование агрессивных активных форм кислорода.

Признаки нехватки цинка

потеря обоняния, вкуса и аппетита

ломкость ногтей и появление белых пятнышек на ногтях

выпадение волос

частые инфекции

плохое заживление ран

позднее половое содержание

импотенция

утомляемость, раздражительность

снижение способности к обучению

Признаки избытка цинка

желудочно-кишечным расстройствам

головные боли

Цинк необходим для нормального функционирования всех систем организма.

Земля становится все беднее цинком, а пища, употребляемая нами, содержит много углеводов и мало микроэлементов, что еще более усугубляет ситуацию. Избыток кальция в организме снижает усвоение цинка на 50%. Цинк быстро выводится из организма при стрессах (физическом и эмоциональном), под действием токсичных металлов, пестицидов. С возрастом усвоение этого минерала существенно снижается, поэтому необходим его дополнительный прием.

Добавки цинка помогают предупреждению болезни Альцгеймера. У людей, страдающих этой болезнью, почти невозможно обнаружить цинк-зависимый гормон вилочковой железы – тимулин, а это подразумевает, что дефицит цинка может играть определенную роль в возникновении патологического процесса.

Цинк жизненно важен для функционирования тимуса и нормального состояния иммунной системы. Являясь компонентом ретинолпереносящего белка, цинк вместе с витамином А и витамином С препятствует возникновению иммунодефицитов, стимулируя синтез антител и оказывая противовирусное действие. Злокачественные опухоли активнее развиваются на фоне пониженного уровня цинка.

Самый важный симптом недостаточности цинка – общая нервозность, слабость. Симптомы почти всех кожных заболеваний ослабевают или исчезают при увеличении содержания цинка в организме. Он особенно эффективен при лечении угревой сыпи, которую некоторые исследователи считают заболеванием, обусловленным дефицитом цинка и одной из незаменимых жирных кислот.

Действие биологически активных добавок к пище, содержащих цинк, проявляется не сразу, могут пройти недели и месяцы, прежде чем будут заметны результаты на коже.

Цинк играет важную роль в гормональном балансе организма. Мужской организм в большей мере, чем женский нуждается в цинке. Развитие аденомы простаты неразрывно связано с недостаточным потреблением цинка в течение всей жизни. Нехватка цинка может ухудшать образование спермы и выработку тестостерона. В группе мужчин старше 60-ти лет, принимавших цинк, уровень тестостерона в сыворотке крови возрастал буквально вдвое.

30. Фасоль, Цинк 3,21 (мг)

Цинк применяют для профилактики катаракты и прогрессивного разрушения сетчатки, вызывающего вырождение желтого пятна, что является одной из причин слепоты.

Источники

Википедия – Свободная энциклопедия, WikiPedia

spravochnik.freeservers.com - Справочник

chem100.ru - Справочник химика

dic.academic.ru - Справочник академика

arsenal.dn.ua - Арсенал

zdorov.forblabla.com - Здоров

) относится к металлам древности, дата открытия которых теряется в веках.

Восстановление оксида цинка древесным углем требует температуры не менее 1000° С. Так как металл при этой температуре находится в парообразном состоянии и легко окисляется, выделение цинка требует умения конденсировать металлический пар, причем делать это надо в отсутствие воздуха, иначе металл превратится в оксид.

Получение сплавов цинка из смешанных руд не требует выделения самого цинка и достигается проще. Небольшие количества цинка, присутствующие в образцах древнеегипетской меди отражают состав местных руд, однако для выплавки палестинской латуни, датируемой 1400–1000 до н.э. и содержащей около 23% цинка, уже должны были преднамеренно смешивать медную руду с цинковой. Латунь получали и на Кипре и, позднее, в районе Кельна (Германия). Китайские мастера овладели искусством выплавки цинка в средние века. Цинковые монеты использовались в годы правления династии Минь (1368–1644).

В средневековой Европе не было специального производства цинка, хотя его небольшие количества получались при производстве свинца, серебра и латуни. Начиная примерно с 1605, его импортировала из Китая Восточно-Индийская Компания. Английская цинковая промышленность появилась в районе Бристоля в начале 18 в., и ее продукция быстро проникла в Силезию и Бельгию.

Происхождение названия элемента неясно, однако кажется правдоподобным, что оно произведено от Zinke (по-немецки «острие», или «зуб»), благодаря внешнему виду металла.

Распространение цинка в природе и его промышленное извлечение. Содержание цинка в земной коре составляет 7,6·10 –3 %, он распространен примерно так же, как рубидий (7,8·10 –3 %), и чуть больше, чем медь (6,8·10 –3 %).

Основными минералами цинка являются сульфид цинка ZnS (известный как цинковая обманка или сфалерит) и карбонат цинка ZnCO 3 (каламин в Европе, смитсонит в США). Свое название этот минерал получил в честь Джеймса Смитсона, основателя Смитсонианского Института в Вашингтоне. Менее важными минералами являются гемиморфит Zn 4 Si 2 O 7 (OH) 2 ·H 2 O и франклинит (Zn,Fe)O·Fe 2 O 3 .

Первое место в мире по добыче (16,5% мировой добычи, 1113 тыс. т, 1995) и запасам цинка занимает Канада. Кроме того, богатые месторождения цинка сосредоточены в Китае (13,5%), Австралии (13%), Перу (10%), США (10%), Ирландии (около 3%).

Добыча цинка ведется в 50 странах. В России цинк извлекается из медноколчеданных месторождений Урала, а также из полиметаллических месторождений в горах Южной Сибири и Приморья. Крупные запасы цинка сосредоточены в Рудном Алтае (Восточный Казахстан), на долю которого приходится более 50% добычи цинка в странах СНГ. Цинк добывают также в Азербайджане, Узбекистане (месторождение Алмалык) и Таджикистане.

Характеристика простого вещества и промышленное получение металлического цинка. Металлический цинк обладает характерным голубоватым блеском на свежей поверхности, который он быстро теряет во влажном воздухе. Температура плавления 419,58° С, температура кипения 906,2° С, плотность 7,133 г/см 3 . При комнатной температуре цинк хрупок, при 100–150° С становится пластичным и легко прокатывается в тонкие листы и проволоку, а при 200–250° С вновь становится очень хрупким и его можно быть истолочь в порошок.

При нагревании цинк взаимодействуют с неметаллами (кроме водорода, углерода и азота). Активно реагирует с кислотами:

Zn + H 2 SO 4 (разб.) = ZnSO 4 + H 2

Цинк – единственный элемент группы, который растворяется в водных растворах щелочей с образованием ионов 2– (гидроксоцинкатов):

Zn + 2OH – + 2H 2 O = 2– + H 2

При растворении металлического цинка в растворе аммиака образуется аммиачный комплекс:

Zn + 4NH 3 ·H 2 O = (OH) 2 + 2H 2 O + H 2

Исходное сырье для получения металлического цинка – сульфидные цинковые и полиметаллические руды. Выделение цинка начинается с концентрирования руды методами седиментации или флотации, затем ее обжигают до образования оксидов:

2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + SO 2

Образующийся диоксид серы используют в производстве серной кислоты, а оксид цинка перерабатывают электролитическим методом или выплавляют с коксом.

В первом случае цинк выщелачивают из сырого оксида разбавленным раствором серной кислоты. При этом цинковой пылью осаждают кадмий:

Zn + Cd 2+ = Zn 2+ + Cd

Затем раствор сульфата цинка подвергают электролизу. Металл 99,95%-ной чистоты осаждается на алюминиевых катодах.

Восстановление оксида цинка коксом описывается уравнением:

2ZnO + C = 2Zn + CO 2

Для выплавки цинка ранее использовались ряды сильно нагретых горизонтальных реторт периодического действия, затем они были заменены непрерывно действующими вертикальными ретортами (в некоторых случаях, с электрическим подогревом). Эти процессы не были так термически эффективны, как доменный процесс, в котором сжигание топлива для нагрева проводится в той же камере, что и восстановление оксида, однако неизбежная проблема в случае цинка в том, что восстановление оксида цинка углеродом не протекает ниже температуры кипения цинка (этой проблемы нет для железа, меди или свинца), поэтому для конденсации паров нужно последующее охлаждение. Кроме того, в присутствии продуктов сгорания металл повторно окисляется.

Эту проблему можно решить, опрыскивая выходящие из печи пары цинка расплавленным свинцом. Это приводит к быстрому охлаждению и растворению цинка, так что повторное окисление цинка сводится к минимуму. Затем цинк почти 99%-й чистоты выделяют в виде жидкости и дополнительно очищают вакуумной дистилляцией до чистоты 99,99%. Весь присутствующий кадмий в ходе дистилляции восстанавливается. Преимущество доменной печи в том, что состав шихты не имеет принципиального значения, поэтому можно использовать смешанные руды цинка и свинца (ZnS и PbS часто находят вместе) для непрерывного производства обоих металлов. Свинец при этом выпускают со дна печи.

По данным экспертов, в 2004 производство цинка составило 9,9 млн тонн, а его потребление – около 10,2 млн тонн. Таким образом, дефицит цинка на мировом рынке равен 250–300 тыс. тонн.

В 2004 в Китае выпуск рафинированного цинка достиг 2,46 млн т. Примерно по 1 млн. т производят Канада и Австралия. Цена на цинк в конце 2004 составила более 1100 долл. за тонну.

Спрос на металл остается высоким, благодаря бурному росту производства антикоррозионных покрытий. Для получения таких покрытий используют различные способы: погружение в расплавленный цинк (цинкование горячим способом), электролитическое осаждение, опрыскивание жидким металлом, нагревание с порошком цинка и использование красок, содержащих цинковый порошок. Оцинкованная жесть широко применяется как кровельный материал. Металлический цинк в виде брусков используют для защиты от коррозии стальных изделий, соприкасающихся с морской водой. 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.

Примерно половина всего производимого цинка используется для производства оцинкованной стали, одна треть – в горячем цинковании готовых изделий, остальное – для полосы и проволоки. За последние 20 лет мировой рынок этой продукции вырос более чем в 2 раза, в среднем прибавляя по 3,7 % в год, причем в странах Запада производство металла ежегодно увеличивается на 4,8 %. В настоящее время для цинкования 1 т стального листа нужно в среднем 35 кг цинка.

По предварительным оценкам, в 2005 потребление цинка в России может составить порядка 168,5 тыс. т в год, в том числе 90 тыс. т пойдет на цинкование, 24 тыс. т – на полуфабрикаты (латунный, цинковый прокат и др.), 29 тыс. т – в химическую промышленность (лакокрасочные материалы, резинотехнические изделия), 24,2 тыс. т – на литейные цинковые сплавы.

Соединения цинка.

Цинк образует многочисленные бинарные соединения с неметаллами, некоторые из них обладают полупроводниковыми свойствами.

Соли цинка бесцветны (если не содержат окрашенных анионов), их растворы имеют кислотную среду вследствие гидролиза. При действии растворов щелочей и аммиака (начиная с pH ~ 5) основные соли осаждаются и переходят в гидроксид, который растворяется в избытке осадителя.

Оксид цинка ZnO является самым важным промышленным цинксодержащим соединением. Будучи побочным продуктом производства латуни, он стал известен раньше, чем сам металл. Оксид цинка получают, сжигая на воздухе пары цинка, образующиеся при плавке руды. Более чистый и белый продукт производят сжиганием паров, полученных из предварительно очищенного цинка.

Обычно оксид цинка – это белый тонкий порошок. При нагревании его окраска меняется на желтую в результате удаления кислорода из кристаллической решетки и образованиея нестехиометрической фазы Zn 1+x O (x Ј 7,10–5). Избыточное количество атомов цинка приводит к появлению дефектов решетки, захватывающих электроны, которые впоследствии возбуждаются при поглощении видимого света. Добавляя в оксид цинка 0,02–0,03%-ный избыток металлического цинка, можно получить целый спектр цветов – желтый, зеленый, коричневый, красный, однако красноватые оттенки природной формы оксида цинка – цинкита – появляются по другой причине: за счет присутствия марганца или железа. Оксид цинка ZnO амфотерен; он растворяется в кислотах с образованием солей цинка и в щелочах с образованием гидроксоцинкатов, таких как – и 2– :

ZnO + 2OH – + H 2 O = 2–

Основное промышленное применение оксида цинка – производство резины, в котором он сокращает время вулканизации исходного каучука.

В качестве пигмента при производстве красок оксид цинка имеет преимущества по сравнению с традиционными свинцовыми белилами (основной карбонат свинца), благодаря отсутствию токсичности и потемнения под действием соединений серы, однако уступает оксиду титана по показателю преломления и кроющей способности.

Оксид цинка увеличивает срок жизни стекла и поэтому используется в производстве специальных стекол, эмалей и глазурей. Еще одна важная область применения – в составе нейтрализующих косметических паст и фармацевтических препаратов.

В химической промышленности оксид цинка обычно является исходным веществом для получения других соединений цинка, в которых наиболее важными являются мыла (т.е. соединения жирных кислот, такие как стеарат, пальмитат и другие соли цинка). Их используют в качестве отвердителей красок, стабилизаторов пластмасс и фунгицидов.

Небольшая, но важная область применения оксида цинка – производство цинковых ферритов. Это шпинели типа Zn II x M II 1–x Fe III 2 O 4 , содержащие еще один двухзарядный катион (обычно Mn II или Ni II). При х = 0 они имеют структуру обращенной шпинели. Если х = 1, то структура соответствует нормальной шпинели. Понижение количества ионов Fe III в тетраэдрических позициях приводит к понижению температуры Кюри. Таким образом, изменяя содержание цинка, можно влиять на магнитные свойства ферритов.

Гидроксид цинка Zn(OH) 2 образуется в виде студенистого белого осадок при добавлении щелочи к водным растворам солей цинка. Гидроксид цинка, так же как и оксид, амфотерен:

Zn(OH) 2 + 2OH – = 2–

Применяется для синтеза различных соединений цинка.

Сульфид цинка ZnS выделяется в виде белого осадка при взаимодействии растворимых сульфидов и солей цинка в водном растворе. В кислотной среде осадок сульфида цинка не выпадает в кислотной среде. Сероводородная вода осаждает сульфид цинка лишь в присутствии анионов слабых кислот, например, ацетат-ионов, которые понижают кислотность среды, что приводит к повышению концентрации сульфид-ионов в растворе.

Сфалерит ZnS является наиболее распространенным минералом цинка и главным источником металла, однако известна и вторая природная, хотя и намного более редкая форма вюрцит, более устойчивая при высокой температуре. Названия этих минералов используются для обозначения кристаллических структур, которые являются важными структурными типами, найденными для многих других соединений АВ. В обеих структурах атом цинка тетраэдрически координирован четырьмя атомами серы, а каждый атом серы тетраэдрически координирован четырьмя атомами цинка. Структуры существенно различаются только типом плотнейшей упаковки: в вюрците она кубическая, а в сфалерите – гексагональная.

Чистый сульфид цинка – белый и, подобно оксиду цинка, применяется как пигмент, для этого его часто получают (как литопон) вместе с сульфатом бария при взаимодействии водных растворов сульфата цинка и сульфида бария.

Свежеосажденный сульфид цинка легко растворяется в минеральных кислотах с выделением сероводорода:

ZnS + 2H 3 O + = Zn 2+ + H 2 S + 2H 2 O

Однако прокаливание делает его менее реакционноспособным, и поэтому он является подходящим пигментом в красках для детских игрушек, так как безвреден при проглатывании. Кроме того, у сульфида цинка интересные оптические свойства. Он становится серым при действии ультрафиолетового излучения (возможно, за счет диссоциации). Однако этот процесс можно замедлить, например, добавлением следов солей кобальта. Катодное, рентгеновское и радиоактивное излучение вызывает появление флуоресценции или люминесценции различных цветов, которую можно усилить добавлением следов различных металлов или замещением цинка кадмием, а серы селеном. Это широко используется для производства электроннолучевых трубок и экранов радаров.

Селенид цинка ZnSe может быть осажден из раствора в виде лимонно-желтого, плохо фильтрующегося осадка. Влажный селенид цинка очень чувствителен к действию воздуха. Высушенный или полученный сухим путем устойчив на воздухе.

Монокристаллы селенида цинка выращивают направленной кристаллизацией расплава под давлением или осаждением из газовой фазы. Сульфид цинка используется в качестве лазерного материала и компонента люминофоров (вместе с сульфидом цинка).

Теллурид цинка ZnTe, в зависимости от способа получения, – серый порошок, краснеющий при растирании, или красные кристаллы, используется как материал для фоторезисторов, приемников инфракрасного излучения, дозиметров и счетчиков радиоактивного излучения. Кроме того, он служит люминофором и полупроводниковым материалом, в том числе в лазерах.

Хлорид цинка ZnCl 2 является одним из важных соединений цинка в промышленности. Его получают действием соляной кислоты на вторичное сырье или обожженную руду.

Концентрированные водные растворы хлорида цинка растворяют крахмал, целлюлозу (поэтому их нельзя фильтровать через бумагу) и шелк. Его применяют в производстве текстиля, кроме того, он используется как антисептик для древесины и при изготовлении пергамента.

Поскольку в расплаве хлорид цинка легко растворяет оксиды других металлов, его используют в ряде металлургических флюсов. С помощью раствора хлорида цинка очищают металлы перед пайкой.

Хлорид цинка применяется и в магнезиальном цементе для зубных пломб, как компонент электролитов для гальванических покрытий и в сухих элементах.

Ацетат цинка Zn(CH 3 COO) 2 хорошо растворим в воде (28,5% по массе при 20° С) и многих органических растворителях. 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.

При перегонке ацетата цинка при пониженном давлении образуется основный ацетат , его молекулярная структура включает атом кислорода, окруженный тетраэдром из атомов цинка, связанных по ребрам ацетатными мостиками. Он изоморфен основному ацетату бериллия, но в отличие от него, быстро гидролизуется в воде, это обусловлено способностью катиона цинка иметь координационное число выше четырех.

Цинкорганические соединения . Открытие в 1849 английским химиком-органиком Эдуардом Франклендом (Frankland Edward) (1825–1899) алкилов цинка, хотя и не первых из синтезированных металлоорганических соединений (соль Цейзе была получена в 1827), можно считать началом металлоорганической химии. Исследования Франкленда положили начало применению цинкорганических соединений в качестве промежуточных веществ при органическом синтезе, а измерения плотности паров привело его к предположению (важнейшему в развитии теории валентности), что каждый элемент имеет ограниченную, но определенную силу сродства. Реактивы Гриньяра, открытые в 1900, сильно потеснили алкилы цинка в органическом синтезе, однако многие реакции, в которых они теперь используются, были сначала разработаны для соединений цинка.

Алкилы типа RZnX и ZnR 2 (где Х – галоген, R – алкил) можно получить, нагревая цинк в кипящем RX в инертной атмосфере (диоксид углерода или азот). Ковалентные ZnR 2 представляют собой неполярные жидкости или низкоплавкие твердые вещества. Они всегда мономерны в растворе и характеризуются линейной координацией атома цинка

C–Zn–C. Цинкорганические соединения очень чувствительны к действию воздуха. Соединения с малой молекулярной массой самовоспламеняются, образуя дым из оксида цинка. Их реакции с водой, спиртами, аммиаком и другими веществами протекают подобно реакциям Гриньяра, однако менее энергично. Важным отличием является то, что они не взаимодействуют с диоксидом углерода.

Биологическая роль цинка.

Цинк – одно из наиболее важных биологически активных элементов и необходим для всех форм жизни.

Тело взрослого человека содержит около 2 г цинка. Хотя цинксодержащие ферменты присутствуют в большинстве клеток, его концентрация очень мала и поэтому довольно поздно стало понятно, насколько важен этот элемент. Необходимость и незаменимость цинка для человека была установлена 100 лет тому назад.

Роль цинка в жизнедеятельности организма обусловлена, в основном, тем, что он входит в состав более 40 важных ферментов. Они катализируют гидролиз пептидов, белков, некоторых эфиров и альдегидов. Наибольшее внимание привлекают два цинксодержащих фермента: карбоксипептидаза А и карбоангидраза.

Карбоксипептидаза А катализирует гидролиз концевой пептидной связи в белках в процессе пищеварения. Она имеет относительную молекулярную массу около 34000 и содержит атом цинка, тетраэдрически координированный с двумя гистидиновыми атомами азота, карбоксильным атомом кислорода глутаматного остатка (см . БЕЛКИ) и молекулой воды. Точный механизм ее действия до конца не ясен, несмотря на интенсивное изучение модельных систем, однако принято считать, что первой стадией является координация концевого пептида к атому цинка.

Карбоангидраза была первым из открытых цинксодержащих ферментов (1940), она катализирует обратимую реакцию превращения диоксида углерода в угольную кислоту. В эритроцитах млекопитающих прямая реакция (гидратация) протекает при поглощении диоксида углерода кровью в тканях, а обратная реакция (дегидратация) идет, когда диоксид углерода затем высвобождается в легких. Фермент увеличивает скорости этих реакций примерно в миллион раз.

Относительная молекулярная масса фермента составляет около 30 000. Почти сферическая молекула содержит один атом цинка, расположенный в глубоком «кармане» белка, где есть и несколько молекул воды, расположенных в таком же порядке, как во льде. Атом цинка координирован тетраэдрически с тремя имидазольными атомами азота и молекулой воды. Точные детали действия фермента не установлены, однако кажется вероятным, что координированная молекула Н 2 О ионизируется с образованием Zn–OH – , а нуклеофил ОН – затем реагирует с атомом углерода в СО 2 (который может удерживаться в правильном положении водородными связями двух его атомов кислорода) с образованием НСО 3 – .

В отсутствие фермента данная реакция требует высокого рН. Роль фермента заключается в создании подходящего окружения внутри белкового «кармана», которое способствует диссоциации координированной молекулы воды при рН 7.

Позднее была установлена функция цинка в белках, отвечающих за распознавание последовательности оснований в ДНК и, следовательно, регулирующих перенос генетической информации в ходе репликации ДНК. Эти белки с так называемыми «цинковыми пальцами» содержат 9 или 10 ионов Zn 2+ , каждый из которых, координируясь с 4 аминокислотами, стабилизирует выступающую складку («палец») белка. Белок обертывается вокруг двойной спирали ДНК, при этом каждый из «пальцев» связывается с ДНК. Их расположение совпадает с последовательностью оснований в ДНК, что обеспечивает точное распознавание.

Цинк участвует в углеводном обмене с помощью цинксодержащего гормона – инсулина. Только в присутствии цинка действует витамин А. Этот элемент необходим для формирования костей. Кроме того, он проявляет антивирусное и антитоксическое действие.

Цинк влияет на вкус и обоняние. Из-за нехватки цинка, необходимого для полноценного развития плода, многие женщины в первые 3 месяца беременности жалуются на капризы вкуса и обоняния.

Считается, что существует определенная связь между умственными и физическими способностями человека и содержанием цинка в его организме. Так, у хорошо успевающих студентов в волосах содержится больше цинка, чем у студентов отстающих. У больных ревматизмом и артритом наблюдается понижение уровня цинка в крови.

Дефицит цинка может быть вызван нарушением деятельности щитовидной железы, болезнями печени, плохим усвоением, недостатком цинка в воде и пище, а также слишком большим количеством фитина в продуктах питания (фитин связывает цинк, затрудняя его усвоение). Алкоголь также понижает уровень цинка в организме, особенно в мышцах и плазме крови.

Цинк необходим организму в количестве 10–20 мг в день, однако лекарствами восполнить недостаток цинка очень трудно. В естественных сочетаниях цинк содержится только в пище, что и определяет его усвояемость. Наиболее богаты цинком мясо, печень, молоко, яйца.

В организме существует конкуренция между цинком и медью, а также железом. Поэтому, употребляя богатую цинком пищу, следует дополнить диету пищей, богатой медью и железом. Нельзя применять цинк вместе с селеном, так как два этих элемента взаимодействуют друг с другом и выводятся из организма.

Елена Савинкина

Цинк - хрупкий металл белого цвета с голубым оттенком. На воздухе покрывается тонкой оксидной плёнкой. Латунь (медно-цинковый сплав) использовали ещё до нашей эры в Древней Греции и Древнем Египте. На сегодняшний день цинк - один из самых важных для многих отраслей человеческой деятельности. Он незаменим в промышленности, медицине. Важен для нормального функционирования человеческого организма

Химические и физические свойства и история металла

Несмотря на использование с давних времён в различных целях, чистый цинк получить никак не удавалось. Только в начале восемнадцатого века Уильям Чемпион сумел открыть способ выделения этот элемент из руды с помощью дистилляции. В 1838 году он запатентовал своё открытие, а спустя 5 лет, в 1843 году, Уильямом Чемпионом был запущен первый в истории завод по выплавке этого металла. Спустя некоторое время Андреас Сигизмунд Маргграф открыл ещё один метод. Этот способ был признан более совершенным. Поэтому именно Маргграфа зачастую считают открывателем чистого цинка. Последующие открытия только поспособствовали расширению его популярности.

Месторождения и получение

Самородного цинка в природе не существует. Сегодня используется около 70 минералов, из которых его выплавляют. Самый известный - сфалерит (цинковая обманка), который содержится в незначительных количествах в организме человека и животных, а также в некоторых растениях. Больше всего - в фиалке.

Цинковые минералы добывают в Казахстане, Боливии, Австралии, Иране, России. Лидеры по производству - Китай, Австралия, Перу, США, Канада, Мексика, Ирландия, Индия.

На сегодняшний день самый популярный метод получения чистого металла - электролитический. Чистота получаемого металла почти стопроцентная (возможны лишь небольшие примеси в объёме не более нескольких сотых процента. В целом они незначительны, поэтому такой цинк считается чистым).

Общее производство цинка во всём мире оценивается примерно в более чем десять миллионов тонн в год.

Свойства металла и использование в производстве

Цвет чистого металла - серебристо-белый. Довольно хрупок при температуре двадцать-двадцать пять градусов (т.е. комнатной), особенно если содержит примеси. При нагревании до 100 - 150 градусов по Цельсию металл становится пластичным и ковким. При разогревании выше чем сто-сто пятьдесят градусов хрупкость опять возвращается.

• Температура плавления цинка - 907 градусов по Цельсию.
• Относительная атомная масса цинка - 65,38 а. е. м. ± 0,002 а. е. м.
• Плотность цинка - 7,14 г/см 3 .

Металл цинк занимает четвертое место по использованию в различных сферах производства:

Содержание в организме человека и продуктах питания

Организм человека обычно содержит около двух граммов цинка. Многие ферменты содержат в себе этот металл. Элемент играет роль в синтезе важных гормонов, таких как тестостерон и инсулин. Элемент крайне необходим для полноценного функционирования мужских половых органов. Кстати, он даже помогает нам справиться с сильным похмельем. С его помощью выводится из нашего организма лишний алкоголь.

Недостаток цинка в рационе может привести к множеству нарушений функций организма. Такие люди подвержены депрессии, постоянной усталости, нервозности. Дневная норма для взрослого мужчины - 11 миллиграммов в день, для женщины - 8 миллиграмм.

Избыток элемента в человеческом организме также приводит к серьёзным проблемам, поэтому не стоит хранить продукты в цинковой посуде.

Своё название цинк получил с лёгкой руки Парацельса, назвавшего этот металл «zincum» («zinken»). В переводе с немецкого это означает «зубец» – именно такую форму имеют кристаллиты металлического цинка.

В чистом виде цинк в природе не встречается, однако он содержится в земной коре, в воде и даже практически в каждом живом организме. Его добыча чаще всего осуществляется из минералов: цинкита, виллемита, каламина, смитсонита и сфалерита. Последний является наиболее распространенным, а его основную часть составляет сульфид ZnS. Сфалерит в переводе с греческого – обманка. Такое название он получил из-за трудности определения минерала.

Zn можно обнаружить в термальных водах, где он постоянно мигрирует, осаждаясь в виде того же сульфида. В роли главного осадителя цинка выступает сероводород. В качестве биогенного элемента цинк активно участвует в жизни многих организмов, причем некоторые из них концентрируют в себе этот элемент (отдельные виды фиалок).

Наиболее крупными месторождениями минералов с содержанием Zn располагают Боливия и Австралия. Основные месторождения цинка в России находятся в Восточно-Сибирском и Уральском регионах. Общие прогнозируемые запасы страны – 22,7 млн. т.

Цинк: производство

Главное сырье для добычи цинка – это полиметаллическая руда, содержащая сульфид Zn в количестве 1-4 %. В дальнейшем это сырьё обогащается селективной флотацией, позволяющей получить цинковый концентрат (до 50-60 % Zn). Его помещают в печи, превращая сульфид в оксид ZnO. Затем обычно применяется дистилляционный (пирометаллургический) способ получения чистого Zn: концентрат обжигается и спекается до состояния зернистости и газопроницаемости, после чего восстанавливается коксом или углем при температуре 1200-1300°C. Простая формула показывает, как из оксида цинка получить цинк:

ZnO+С=Zn+CO

Данный способ позволяет добиться 98,7-процентной чистоты металла. Если же необходима чистота в 99,995%, применяется технологически более сложная очистка концентрата ректификацией.

Физические и химические свойства цинка

Элемент Zn, с атомной (молярной) массой 65,37 г/моль занимает в таблице Менделеева ячейку под номером 30. Чистый цинк – это металл сине-белого цвета с характерным металлическим блеском. Его основные характеристики:

• плотность – 7,13 г/см 3
• температура плавления – 419,5 о С (692,5 К)
• температура кипения – 913 о С (1186 К)
• удельная теплоемкость цинка – 380 дж/кг
• удельная электропроводность – 16,5*10 -6 см/м
• удельное электрическое сопротивление – 59,2*10 -9 ом/м (при 293 К)

Контакт цинка с воздухом приводит к образованию оксидной пленки и потускнению поверхности металла. Элемент Zn легко образует оксиды, сульфиды, хлориды и фосфиды:

2Zn+О 2 =2ZnО

Zn+S=ZnS

Zn+Сl 2 =ZnСl 2

3Zn+2Р=Zn 3 Р 2

Цинк взаимодействует с водой, сероводородом, отлично растворяется в кислотах и щелочах:

Zn+Н 2 О=ZnО+Н 2

Zn+Н 2 S=ZnS+Н 2

Zn+Н 2 SO 4 =ZnSO 4 +Н 2

4Zn+10НNО 3 =4Zn(NО 3)2+NН 4 NО3+3 Н 2 О

Zn+2КОH+2Н 2 О=К2+Н 2

Также цинк взаимодействует с раствором CuSO 4 , вытесняя медь, поскольку она менее активна, нежели Zn, а значит, первой выводится из раствора соли.

Цинк может находиться не только в твердом или пылеобразном виде, но и в виде газа. В частности, пары цинка возникают при сварочных работах. В данном виде Zn представляет собой яд, который становится причиной появления цинковой (металлической) лихорадки.

Сульфид цинка: физические и химические свойства

Свойства ZnS представлены в таблице: