Cinkov

Iz Wikipedije, slobodne enciklopedije
Idi na navigaciju Idi na pretragu
Cinkov
Bakar | Galij
trideset Zn

CD
ВодородГелийЛитийБериллийБорУглеродАзотКислородФторНеонНатрийМагнийАлюминийКремнийФосфорСераХлорАргонКалийКальцийСкандийТитанВанадийХромМарганецЖелезоКобальтНикельМедьЦинкГаллийГерманийМышьякСеленБромКриптонРубидийСтронцийИттрийЦирконийНиобийМолибденТехнецийРутенийРодийПалладийСереброКадмийИндийОловоСурьмаТеллурИодКсенонЦезийБарийЛантанЦерийПразеодимНеодимПрометийСамарийЕвропийГадолинийТербийДиспрозийГольмийЭрбийТулийИттербийЛютецийГафнийТанталВольфрамРенийОсмийИридийПлатинаЗолотоРтутьТаллийСвинецВисмутПолонийАстатРадонФранцийРадийАктинийТорийПротактинийУранНептунийПлутонийАмерицийКюрийБерклийКалифорнийЭйнштейнийФермийМенделевийНобелийЛоуренсийРезерфордийДубнийСиборгийБорийХассийМейтнерийДармштадтийРентгенийКоперницийНихонийФлеровийМосковийЛиверморийТеннессинОганесонPeriodni sustav elemenata
30 Zn
Heksagonalno.svg
Elektronska školjka 030 Cink.svg
Izgled jednostavne tvari
lomljiv metal plavkastobijel
Ulomak cinka sublimiran i 1cm3 kocka.jpg
Cinkov
Svojstva atoma
Ime, simbol, broj Cink / cink (Zn), 30
Atomska masa
( molarna masa )
65,38 (2) [1] a. e.m. ( g / mol )
Elektronička konfiguracija [Ar] 3d 10 4s 2
Radijus atoma 138 sati
Kemijska svojstva
Kovalentni polumjer 125 sati
Ionski radijus (+ 2e) 74 h
Elektronegativnost 1,65 (Paulingova skala)
Potencijal elektrode -0,76 V
Oksidacijska stanja 0; +2
Energija ionizacije
(prvi elektron)
905,8 (9,39) kJ / mol ( eV )
Termodinamička svojstva jednostavne tvari
Gustoća (na br. ) 7,133 g / cm³
Temperatura taljenja 419,6 °C
Temperatura vrenja 906,2 °C
Ud. toplina fuzije 7,28 kJ/mol
Ud. toplina isparavanja 114,8 kJ/mol
Molarni toplinski kapacitet 25,4 [2] J / (K · mol)
Molarni volumen 9,2 cm ³ / mol
Kristalna rešetka jednostavne tvari
Rešetkasta struktura šesterokutni
Parametri rešetke a = 2,6648 c = 4,9468 Å
C / a omjer 1,856
Debye temperatura 234 K
Ostale karakteristike
Toplinska vodljivost (300 K) 116 W / (m K)
CAS broj 7440-66-6
trideset
Cinkov
Zn
65,38
3d 10 4s 2

Cink je kemijski element 12. skupine (prema zastarjeloj klasifikaciji - sekundarna podskupina druge skupine), četvrtog razdoblja periodnog sustava , s atomskim brojem 30. Označen je simbolom Zn ( lat. Zincum ) . Jednostavna tvar cink u normalnim uvjetima je krhki prijelazni metal plavkasto-bijele boje (tamni na zraku, prekrivajući se tankim slojem cinkovog oksida ).

Priča

Legura cinka s bakrom - mesingom - bila je poznata u staroj Grčkoj , starom Egiptu , Indiji ( VII st. ), Kini ( XI. stoljeće ). Dugo vremena nije bilo moguće izolirati čisti cink. Godine 1738. u Engleskoj, William Champion [en] patentirao je metodu destilacije za proizvodnju cinka [3] . U industrijskim razmjerima topljenje cinka također je počelo u 18. stoljeću : 1743. godine u Bristolu je puštena u rad prva tvornica cinka koju je osnovao William Champion, gdje se cink dobivao destilacijom [4] [5] : 15 . Godine 1746., A.S. Marggraf u Njemačkoj razvio je sličnu metodu za dobivanje čistog cinka kalciniranjem smjese njegovog oksida s ugljenom bez pristupa zraka u glinenim vatrostalnim retortama , nakon čega je uslijedila kondenzacija cinkove pare uhladnjacima . Marggraf je do detalja opisao svoju metodu i tako postavio temelje teoriji proizvodnje cinka. Stoga ga često nazivaju otkrivačem cinka [4] .

Godine 1805. Charles Hobson i Charles Sylvester iz Sheffielda patentirali su metodu za obradu cinka - valjanje na 100-150 °C [5] : 28 . Prvi cink u Rusiji dobiven je u tvornici Alagir 1. siječnja 1905. [5] : 86 . Prve tvornice u kojima se cink dobivao elektrolitičkom metodom pojavile su se 1915. godine u Kanadi i SAD-u [5] : 82 .

porijeklo imena

Riječ "cink" prvi put se pojavljuje u spisima Paracelsusa , koji je ovaj metal nazvao riječju "cink" ili "cink" u Liber Mineralium II [6] . Ova mu se riječ vjerojatno vraća . Zinke , što znači "zupca" (metalni cink kristaliti su poput iglica) [7] .

Biti u prirodi

Postoji 66 poznatih minerala cinka, osobito cink-oksid , Sfalerit , willemite , calamine , smithsonite , franklinite . Najčešći mineral je sphalerit ili cinkova mješavina. Glavna komponenta minerala je cink sulfid ZnS, a razne nečistoće ovoj tvari daju sve vrste boja. Zbog teškoće identificiranja ovog minerala naziva se blende ( starogrčki σφαλερός - varljiv). Cink izmiješan smatra primarni mineral iz koje su nastali i drugi minerali elementa br 30: smithsonite ZnCO 3, cink-oksid ZnO, calamine 2ZnO · SiO2 · H 2 O. U Altai, često možete pronaći prugasta „chipmunk” rude - A mješavina cink blende i smeđeg šparta . Komad takve rude iz daljine doista izgleda kao skrivena prugasta životinja.

Sfalerit

Prosječni sadržaj cinka u kori - 8,3⋅10 -3%, u svojim osnovnim izverzhonnyh stijena nešto veći (1,3⋅10 -2%), nego u kiselini (6⋅10 -3%). Cink je energetski migrant vode, a posebno je karakteristična njegova migracija u termalnim vodama zajedno s olovom . Iz ovih voda se talože cinkovi sulfidi koji su od velike industrijske važnosti. Cink također snažno migrira u površinskim i podzemnim vodama, glavni precipitant za njega je sumporovodik , a manju ulogu igra sorpcija gline i drugi procesi.

Cink je važan biogeni element, živi organizmi sadrže u prosjeku 5⋅10 -4 % cinka. Ali postoje iznimke - takozvani koncentrirajući organizmi (na primjer, neke ljubičice ).

Mjesto rođenja

Nalazišta cinka poznata su u Iranu , Australiji , Boliviji , Kazahstanu [8] . U Rusiji je najveći proizvođač olovno-cink koncentrata OJSC MMC Dalpolymetal [9] [ neovlašteni izvor? ] . Na području Krasnojarskog teritorija u regiji Donja Angara razvija se jedinstveno nalazište polimetala Gorevskoye s rezervama cinka u kategorijama A + B + C1 - 1.004,5 ​​tisuća tona i u kategoriji C2 - 798,4 tisuće tona. Nalazište je otkriveno 1956. godine, eksploatacija je započela 1975. godine, ali prvi podaci o prisutnosti ruda u susjednim područjima datiraju iz 1770-ih. U 2012. godini proizvodnja cinka iznosila je 25,8 tisuća tona. Područje razvija grupa tvrtki. Na zapadu poluotoka Tajmir istražena su i ležišta Partizanskoye i Severe. Predviđeni resursi cinka - 500 tisuća tona. [10]

Izotopi

Primanje

Cink se u prirodi ne nalazi kao prirodni metal.

Cink se vadi iz polimetalnih ruda koje sadrže 1-4% Zn u obliku sulfida, kao i Cu , Pb , Ag , Au , Cd , Bi . Rude se obogaćuju selektivnom flotacijom, dobivanjem koncentrata cinka (50-60% Zn) i istodobno olovnih, bakrenih, a ponekad i piritnih koncentrata. Koncentrati cinka se spaljuju u pećima s fluidiziranim slojem, pretvarajući cink sulfid u ZnO oksid; nastali sumpor dioksid SO 2 troši se u proizvodnji sumporne kiseline . Čisti cink se dobiva iz ZnO oksida na dva načina. Prema pirometalurškoj (destilacijskoj) metodi, koja postoji već duže vrijeme, ispaljeni koncentrat se sinterira kako bi se dobila granularnost i plinopropusnost, a zatim se reducira ugljenom ili koksom na 1200-1300 °C: ZnO + C = Zn + CO . Rezultirajuće pare metala se kondenziraju i izlijevaju u kalupe. Isprva se restauracija obavljala samo u retortama s ručnim pogonom od pečene gline, kasnije su se počele koristiti vertikalne mehanizirane retorte od karborunda , zatim - osovinske i elektrolučne peći; od koncentrata olova i cinka, cink pripremljen u osovinskim pećima dutom . Produktivnost se postupno povećavala, ali je cink sadržavao i do 3% nečistoća, uključujući i vrijedan kadmij . Destilacijski cink se pročišćava segregacijom (tj. taloženjem tekućeg metala iz željeza i dijela olova na 500°C), dostižući čistoću od 98,7%. Ponekad kompliciranije i skuplje pročišćavanje rektifikacijom, koje se ponekad koristi, daje metal čistoće od 99,995% i omogućuje ekstrakciju kadmija.

Glavna metoda za proizvodnju cinka je elektrolitička (hidrometalurška). Ispaljeni koncentrati obrađuju se sumpornom kiselinom; Rezultirajuća otopina sulfata pročišćava se od nečistoća (precipitacijom ih cinkovom prašinom) i podvrgava se elektrolizi u kupkama, čvrsto obloženim olovom ili vinil plastikom . Cink se taloži na aluminijskim katodama s kojih se svakodnevno uklanja (skida) i topi u indukcijskim pećima. Obično je čistoća elektrolita cinka 99,95%, potpunost njegove ekstrakcije iz koncentrata (uzimajući u obzir preradu otpada) je 93-94%. Cink vitriol, Pb, Cu, Cd, Au, Ag dobivaju se iz proizvodnog otpada; ponekad i In, Ga, Ge, Tl.

Fizička svojstva

U svom čistom obliku, to je prilično duktilni srebrno-bijeli metal . Ima heksagonalnu rešetku s parametrima a = 0,26649 nm, c = 0,49431 nm, prostorna grupa P 6 3 / mmc, Z = 2. Na sobnoj temperaturi je krhka, kada je ploča savijena, čuje se pucanje od trenja kristaliti (obično jači od krika kositra "). Cink je duktilan na 100-150°C. Nečistoće, čak i beznačajne, naglo povećavaju lomljivost cinka. Intrinzična koncentracija nositelja naboja u cinku je 13,1⋅10 28 m −3 .

Kemijska svojstva

Tipičan primjer metala koji tvori amfoterne spojeve. Spojevi cinka ZnO i Zn (OH) 2 su amfoterni. Standardni potencijal elektrode je -0,76 V, u nizu standardnih potencijala nalazi se prije željeza.

Na zraku je cink prekriven tankim filmom ZnO oksida. Pri jakom zagrijavanju izgara stvarajući amfoterni bijeli oksid ZnO:

Cinkov oksid reagira s obje kisele otopine:

i s lužinama:

Cink normalne čistoće aktivno reagira s kiselim otopinama:

i alkalne otopine:

tvoreći hidroksizinkate. Vrlo čisti cink ne reagira s otopinama kiselina i lužina. Interakcija počinje dodatkom nekoliko kapi otopine bakrenog sulfata CuSO 4 .

Kada se zagrije, cink reagira s halogenima da nastane ZnHal 2 halogenidi. S fosforom cink tvori fosfide Zn 3 P 2 i ZnP 2 . Uz sumpor i njegove analoge - selen i telurij - razni halkogenidi, ZnS, ZnSe, ZnSe 2 i ZnTe.

Cink ne reagira izravno s vodikom , dušikom , ugljikom , silicijem i borom . Zn 3 N 2 nitrid se dobiva reakcijom cinka s amonijakom na 550-600 °C.

U vodenim otopinama ioni cinka Zn 2+ tvore aqua komplekse [Zn (H 2 O) 4 ] 2+ i [Zn (H 2 O) 6 ] 2+ .

Primjena

Čisti metalni cink se koristi za redukciju plemenitih metala ekstrahiranih podzemnim ispiranjem ( zlato , srebro ). Osim toga, cink se koristi za ekstrakciju srebra, zlata (i drugih metala) iz blister olova u obliku intermetalnih spojeva cink-srebro-zlato (tzv. “srebrna pjena”), koji se zatim obrađuju konvencionalnim metodama rafiniranja .

Koristi se za zaštitu čelika od korozije ( pocinčavanje površina koje nisu podložne mehaničkom naprezanju, ili metalizacija - za mostove, spremnike, metalne konstrukcije).

Cink se koristi kao materijal za negativnu elektrodu u kemijskim izvorima struje , odnosno u baterijama i akumulatorima , na primjer: mangan-cink ćelija , srebrno-cink baterija ( EMF 1,85 V , 150 Wh /kg, 650 Wh/dm³, niske otpornosti i kolosalne struje pražnjenja), živa-cink ćelija (EMF 1,35 V, 135 Wh / kg, 550-650 Wh / dm³), dioksisulfatno-živa ćelija , jodatno-cink ćelija , ćelija bakrenog galvanskog oksida (EMF 1,6 vol. , 84-127 Wh / kg, 410-570 Wh / dm³), hrom-cink ćelija , cink-srebrni klorid ćelija , nikl-cink baterija (EMF 1, 82 Volt, 95-118 W · h / kg, 230-295 W · h / dm³), olovno-cink ćelija , cink-klor baterija , cink-brom baterija itd.

Uloga cinka vrlo je važna u cink-zračnim akumulatorima , koji se odlikuju vrlo visokim specifičnim energetskim sadržajem . Obećavajuće su za pokretanje motora (olovna baterija - 55 Wh / kg, cink-zrak - 220-300 Wh / kg) i za električna vozila (kilometraža do 900 km).

Cinkove ploče naširoko se koriste u tisku , posebice za tiskanje ilustracija u velikim nakladama. Za to se od 19. stoljeća koristi cinkografija - izrada klišea na cink ploči urezivanjem uzorka u njoj kiselinom. Nečistoće, s izuzetkom male količine olova, oštećuju proces jetkanja. Prije jetkanja cink ploča se žari i valja u zagrijanom stanju [5] : 30-31 .

Cink je ugrađen u mnoge legure za lemljenje kako bi se snizile njihove točke taljenja.

Cinkov oksid se široko koristi u medicini kao antiseptik i protuupalno sredstvo . Također se cink oksid koristi za proizvodnju boje - cink bijela .

Cink je važna komponenta mjedi . Legure cinka s aluminijem i magnezijem (TsAM, ZAMAK ), zbog svojih relativno visokih mehaničkih i vrlo visokih kvaliteta lijevanja, imaju vrlo široku primjenu u strojarstvu za precizno lijevanje. Konkretno, u oružju, pištoljski vijci se ponekad lijevaju od legure ZAMAK (-3, -5), posebno oni dizajnirani za korištenje slabih ili traumatskih patrona. Također, od legura cinka lijevaju se sve vrste tehničkog pribora, kao što su olovke za automobile, karburatori, makete i sve vrste minijatura, kao i svi drugi proizvodi koji zahtijevaju precizno lijevanje prihvatljive čvrstoće.

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

Сульфид цинка используется при изготовлении люминофоров краткого послесвечения и других люминесцирующих составов , обычно это смеси ZnS и CdS , активированные ионами других металлов. 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 . Сульфид цинка — составная часть многих люминофоров . Фосфид цинка используется в качестве отравы для грызунов .

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 %

Мировое производство

Слитки цинка на складе

Цинк — четвёртый по использованию металл в мире после железа, алюминия и меди, и третий среди цветных металлов. Производство цинка в мире за 2009 год составило 11,277 млн т, что на 3,2 % меньше, чем в 2008 г. [11]

Список стран по производству цинка в 2006 году (на основе «Геологического обзора Соединенных Штатов») [12] :

Биологическая роль

В организме взрослого человека содержится в среднем около 2 г цинка в виде его соединений, который концентрируется преимущественно в простате, мышцах, печени и поджелудочной железе. В 50 миллилитрах человеческой спермы содержится около 10 миллиграмов цинка.Более 400 ферментов содержат цинк. Среди них ферменты , катализирующие гидролиз пептидов, белков и сложных эфиров, образование альдегидов, полимеризацию ДНК и РНК . Ионы Zn 2+ в составе ферментов вызывают поляризацию молекул воды и органических веществ, содействуя их депротонированию по реакции:

Zn 2+ + H 2 O = ZnOH + + H +

Наиболее изучен фермент карбоангидраза — белок, содержащий цинк и состоящий примерно из 260 аминокислотных остатков. Этот фермент содержится в эритроцитах крови и способствует превращению углекислого газа, образующегося в тканях в процессе их жизнедеятельности, в гидрокарбонат-ионы и угольную кислоту, которая кровью переносится в легкие, где выводится из организма в виде углекислого газа. В отсутствие фермента превращение СО 2 в анион HCO 3 - протекает с очень низкой скоростью. В молекуле карбоангидразы атом цинка связан с тремя имидазольными группами остатков аминокислоты гистидина и молекулой воды, которая легко депротонируется, превращаясь в координированный гидроксид. Атом углерода молекулы углекислого газа, на котором находится частичный положительный заряд, вступает во взаимодействие с атомом кислорода гидроксильной группы. Таким образом, координированная молекула СО 2 превращается в гидрокарбонат-анион, который покидает активный центр фермента, замещаясь на молекулу воды. Фермент ускоряет эту реакцию гидролиза в 10 миллионов раз.

Цинк :

Содержание в продуктах питания

Рекомендуемая дневная норма цинка в рационе — 11 мг для мужчин и 8 мг для женщин [15] . В периоды активной половой жизни суточная потребность цинка у мужчин возрастает и составляет 30-70 мг. Среди продуктов, употребляемых в пищу человеком, наибольшее содержание цинка — в устрицах , тыквенных и подсолнечных семечках , кунжуте , мясе, сыре, овсяной крупе, бобовых, шоколаде.

Содержание цинка в продуктах на 100 г [16] :

Также цинк может присутствовать в минеральной воде.

Основные проявления дефицита цинка

Недостаток цинка в организме приводит к ряду расстройств. Среди них — раздражительность, утомляемость, потеря памяти, депрессивные состояния, снижение остроты зрения, уменьшение массы тела, накопление в организме некоторых элементов ( железа , меди , кадмия , свинца ), снижение уровня инсулина , аллергические заболевания, анемия и другие [17] .

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

Токсичность

При длительном поступлении в организм в больших количествах все соли цинка, особенно сульфаты и хлориды, могут вызывать отравление из-за токсичности ионов Zn 2+ . 1 грамма сульфата цинка ZnSO 4 достаточно, чтобы вызвать тяжелое отравление. В быту хлориды, сульфаты и оксид цинка могут образовываться при хранении пищевых продуктов в цинковой и оцинкованной посуде.

Отравление ZnSO 4 приводит к малокровию, задержке роста, бесплодию.

Отравление сульфатом цинка происходит при вдыхании его мелкодисперсных частиц (пыли). 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.

См. также

Примечания

  1. Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg, Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang‑Kun Zhu. Atomic weights of the elements 2011 (IUPAC Technical Report) (англ.) // Pure and Applied Chemistry . — 2013. — Vol. 85 , no. 5 . — P. 1047—1078 . — doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
  2. Редкол.:Зефиров Н. С. (гл. ред.). Химическая энциклопедия: в 5 т. — Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — С. 378.
  3. Pollard A., Heron C. Archaeological Chemistry . — Royal Society of Chemistry, 2008. — С. 204.
  4. 1 2 Gray L. Zinc . — Marshall Cavendish, 2006. — С. 9.
  5. 1 2 3 4 5 Казаков Б.И. Металл из Атлантиды. (О цинке). — М. : Металлургия, 1984. — 128 с.
  6. Hoover, Herbert Clark (2003), Georgius Agricola de Re Metallica , Kessinger Publishing, с. 409, ISBN 0766131971  
  7. Gerhartz, Wolfgang (1996), Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (5th ed.), VHC, с. 509, ISBN 3527201009  
  8. Крупнейшие мономинеральные месторождения (рудные районы, бассейны) (недоступная ссылка) . Дата обращения: 29 ноября 2010. Архивировано 19 июня 2010 года.
  9. Дальполиметалл — Wiki — Dalas
  10. Месторождения цинка . http://my.krskstate.ru/ (19.12.2014).
  11. Мир сократил производство и потребление цинка, а Китай — увеличил
  12. Minerals Yearbook 2006
  13. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Ориентировочные данные
  14. 1 2 3 А. В. Скальный. Цинк и здоровье человека. — РИК ГОУ ОГУ, 2003.
  15. Connie W. Bales; Christine Seel Ritchie . Handbook of Clinical Nutrition and Aging. https://books.google.com.ua/books?id=jtsBbP2087wC&pg=PA151&redir_esc=y#v=onepage&q&f=false
  16. Show Nutrients List
  17. Сайт «Центра биотической медицины» (недоступная ссылка) . Дата обращения: 30 мая 2011. Архивировано 3 февраля 2011 года.

Ссылки