Virtual Laboratory Wiki
Advertisement
Цинк(Zn)кусочки цинка
Атомный номер 30
Внешний вид простого вещества вязкий металл
голубовато-серого цвета
Свойства атома
Атомная масса
(молярная масса)
65,39 а. е. м. (г/моль)
Радиус атома 138 пм
Энергия ионизации
(первый электрон)
905,8(9,39) кДж/моль (эВ)
Электронная конфигурация [Ar] 3d10 4s2
Химические свойства
Ковалентный радиус 125 пм
Радиус иона (+2e) 74 пм
Электроотрицательность
(по Полингу)
1,65
Электродный потенциал -0,763
Степени окисления 2
Термодинамические свойства простого вещества
Плотность 7,133 г/см³
Удельная теплоёмкость 25,470 Дж/(K·моль)
Теплопроводность 116 Вт/(м·K)
Температура плавления 692,73 K
Теплота плавления 7,28 кДж/моль
Температура кипения 1180 K
Теплота испарения 114,8 кДж/моль
Молярный объём 9,2 см³/моль
Кристаллическая решётка простого вещества
Структура решётки гексагональная
Период решётки 2,660 Å
Отношение c/a n/a
Температура Дебая 234,00 K


История

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 окиси 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.

Происхождение названия

Файл:Electron shell 030 Zinc.svg

Схема атома цинка

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

В природе встречается только в виде соединений, важнейшим из которых является цинковая обманка ZnS и цинковый шпат ZnСО3.

Получение

Цинк в природе как самородный метал не проявляется, рудообразующий минерал цинка — сфалерит ZnS и цинковый спат ZnCO3.

Физические свойства

В чистом виде — довольно пластичный серебристо-белый металл. Обладает гексагональной решеткой с параметрами а = 0,26649 нм, с = 0,49468 нм. 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.

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 с образованием амфотерного белого оксида ZnO:

2Zn + O2 = 2ZnO.

Оксид цинка реагирует как с растворами кислот:

ZnO + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + H2O

так и щелочами:

ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + Н2О,

Цинк обычной чистоты активно реагирует с растворами кислот:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑,

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

и растворами щелочей:

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2↑,

образуя гидроксоцинкаты. С растворами кислот и щелочей очень чистый цинк не реагирует. Взаимодействие начинается при добавлении нескольких капель раствора сульфата меди CuSO4.

При нагревании цинк реагирует с галогенами с образованием галогенидов ZnHal2. С фосфором цинк образует фосфиды Zn3P2 и ZnP2. С серой и ее аналогами — селеном и теллуром — 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.

В водных растворах ионы цинка Zn2+ образуют аквакомплексы [Zn(H2O)4]2+ и [Zn(H2O)6]2+.

Применение

Цинкование 45-60%
В медицине(оксид цинка как антисептик) 10%
Производство сплавов 10%
Производство резиновых шин 10%
Масляные краски 10%

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

Применяется для защиты стали от коррозии (оцинковка, которая хорошо известна всем, кто видел оцинкованное ведро, или металлизация — для мостов, емкостей, металлоконтрукций). Также 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, в последние годы интенсивно разрабатываются на основе системы цинк-воздух — аккумуляторы для компьютеров (ноутбуки) и в этой области достигнут значительный успех (большая, чем у литиевых батарей энергия, ресурс и они дешевле в 3 раза), так же эта система очень перспективна для пуска двигателей (свинцовый аккумулятор — 55 Вт·ч/кг, цинк-воздух — 220—300 Вт·ч/кг) и для электромобилей (пробег до 900 км). Входит в состав многих твёрдых припоев для снижения их температуры плавления. Цинк — важный компонент латуни. Окись цинка широко используется в медицине как антисептическое и противовоспалительное средство. Также окись цинка используется для производства краски — цинковых белил.

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

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.

Список стран по производству цинка в 2006 году (на основе «Геологического обзора Соединенных Штатов»)[1]:

Место Страна Производительность (тонн)
22x20px Планета 10,000,000
1 22x20px Китай 2,600,000[2]
2 22x20px Австралия 1,380,000
3 22x20px Перу 1,201,794
4 Flag of the United States.svg США 727,000
5 22x20px Канада 710,000
6 22x20px Мексика 480,000[2]
7 Республика ИрландияИрландия 425,700
8 22x20px Индия 420,800
9 22x20px Казахстан 400,000[2]
10 22x20px Швеция 192,400
11 22x20px Россия 190,000 [2]
12 22x20px Бразилия 176,000[2]
13 22x20px Боливия 175,000[2]
14 22x20px Польша 135,600
15 22x20px Иран 130,000[2]
16 22x20px Морокко 73,000[2]
17 22x20px Намибия 68,000[2][3]
18 22x20px Северная Корея 67,000[2]
19 22x20px Турция 50,000[2]
20 22x20px Вьетнам 48,000[2]
21 22x20px Таиланд 45,000[2]
22 22x20px Гондурас 37,646
23 22x20px Финляндия 35,700
24 22x20px ЮАР 34,444
25 22x20px Чили 31,725
26 22x20px Аргентина 30,300[2]
27 22x20px Болгария 17,300[2]
28 22x20px Румыния 9,600[2]
29 22x20px Япония 7,169
30 22x20px Алжир 5,000[2]
31 22x20px Саудовская Аравия 1,500[2]
32 22x20px Грузия 400[2]
33 22x20px Босния и Герцеговина 300[2]
34 22x20px Мьянма 100[2]

Биологическая роль

Цинк:

  • необходим для продукции спермы и мужских гормонов.
  • необходим для метаболизма витамина E, который является предшественником половых гормонов и включается в продукцию тестостерона.
  • важен для нормальной деятельности простаты.
  • участвует в синтезе разных анаболических гормонов в организме, включая инсулин, тестостерон и гормон роста.

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 грамм устриц, человек получит столько же цинка, сколько содержится в 60 граммах тыквенных семечек.

См. также

  • Категория: Соединения цинка

Ссылки

Примечания

  1. Minerals Yearbook 2006
  2. 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 2,12 2,13 2,14 2,15 2,16 2,17 2,18 2,19 2,20 ориентировочно
  3. does not include ores sent to solvent extraction-electrowinning plant




Эта страница использует содержимое раздела Википедии на русском языке. Оригинальная статья находится по адресу: Цинк. Список первоначальных авторов статьи можно посмотреть в истории правок. Эта статья так же, как и статья, размещённая в Википедии, доступна на условиях CC-BY-SA .


Advertisement