Элемент цинк (Zn) в таблице Менделеева имеет порядковый номер 30. Он находится в четвертом периоде второй группы. Атомный вес - 65,37. Распределение электронов по слоям 2-8-18-2.
30 элемент таблицы Менделеева Цинк представляет собой синевато - белый металл, плавящийся при 419(С, а при 913 (С превращающийся в пар; плотность его равна 7,14 г/см3. При обыкновенной температуре цинк довольно хрупок, но при 100-110(С он хорошо гнется и прокатывается в листы. На воздухе цинк покрывается тонким слоем окиси или основного карбоната, предохраняющим его от дальнейшего окисления. Вода почти не действует на цинк, хотя он и стоит в ряду напряжений значительно левее водорода. Это объясняется тем, что образующаяся на поверхности цинка при взаимодействии его с водой гидроокись практически нерастворима и препятствует дальнейшему течению реакции. В разбавленных же кислотах цинк легко растворяется с образованием соответствующих солей. Кроме того, цинк подобно бериллию и другим металлам, образующим амфотерные гидроокиси, растворяется в щелочах. Если нагреть цинк на воздухе до температуры кипения, то пары его воспламеняются и сгорают зеленовато-белым пламенем, образуя окись цинка.
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
Месторождения цинка известны в Иране, Австралии, Боливии, Казахстане. В России крупнейшим производителем свинцово-цинковых концентратов является ОАО «ГМК Дальполиметалл»
Получение цинка
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). Обожжённые 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.
| Список стран по производству цинка | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Место | Страна | Производительность (тонн) |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| — | Весь мир | 10,000,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 1 | Китай | 2,600,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2 | Австралия | 1,380,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3 | Перу | 1,201,794 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 4 | США | 727,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 5 | Канада | 710,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 6 | Мексика | 480,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 7 | 425,700 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 8 | Индия | 420,800 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 9 | Казахстан | 400,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 10 | Швеция | 192,400 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 11 | Россия | 190,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 12 | Бразилия | 176,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 13 | Боливия | 175,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 14 | Польша | 135,600 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 15 | Иран | 130,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 16 | Марокко | 73,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 17 | Намибия | 68,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 18 | Северная Корея | 67,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 19 | Турция | 50,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 20 | Вьетнам | 48,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 21 | Таиланд | 45,000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 22 | Гондурас | 37,646 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 23 | Финляндия | 35,700 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 24 | ЮАР | 34,444 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 25 | Чили | 31,725 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 26 | Аргентина | 30,300 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 27 | Болгария | 17,300 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 28 | Румыния | 9,600 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 29 | Япония | 7,169 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 30 | 400 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 33 | Босния и Герцеговина | 300 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 34 | Мьянма | 100 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Биологическая роль
В организме взрослого человека содержится в среднем около 2г цинка, который концентрируется преимущественно в мышцах, печени и поджелудочной железе. Более 400 ферментов содержат цинк. Среди них ферменты, катализирующие гидролиз пептидов, белков и сложных эфиров, образование альдегидов, полимеризацию ДНК и РНК. Ионы Zn2+ в составе ферментов вызывают поляризацию молекул воды и органических веществ, содействуя их депротонированию по реакции:
Zn2+ + H2O = ZnOH+ + H+
Наиболее изучен фермент карбоангидраза - белок, содержащий цинк и состоящий примерно из 260 аминокислотных остатков. Этот фермент содержится в эритроцитах крови и способствует превращению углекислого газа, образующегося в тканях в процессе их жизнедеятельности, в гидрокарбонат-ионы и угольную кислоту, которая кровью переносится в легкие, где выводится из организма в виде углекислого газа. В отсутствие фермента превращение СО2 в анион HCO3- протекает с очень низкой скоростью. В молекуле карбоангидразы атом цинка связан с тремя имидазольными группами остатков аминокислоты гистидина и молекулой воды, которая легко депротонируется, превращаясь в координированный гидроксид. Атом углерода молекулы углекислого газа, на котором находится частичный положительный заряд, вступает во взаимодействие с атомом кислорода гидроксильной группы. Таким образом, координированная молекула СО2 превращается в гидрокарбонат-анион, который покидает активный центр фермента, замещаясь на молекулу воды. Фермент ускоряет эту реакцию гидролиза в 10 миллионов раз.
Применение цинка
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, иодатно-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).
Пластины цинка широко используется в полиграфии, в частности, для печати иллюстраций в многотиражных изданиях. Для этого с XIX века применяется цинкография — изготовление клише на цинковой пластине при помощи вытравливания кислотой рисунка в ней. Примеси, за исключением небольшого количества свинца, ухудшают процесс травления. Перед травлением цинковую пластину подвергают отжигу и прокатывают в нагретом состоянии.
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 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 %
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:
Государственное образовательное учреждение
среднего профессионального образования Ленинградской области Подпорожский Политехнический техникум
Поисково-исследовательская работа по химии
Тема:
«Цинк и его свойства»
Выполнил(а): студент группы № 89
Фамилия, имя, отчество: Юриков Алексей Александрович
Проверил преподаватель: Ядыкина Людмила Алексеевна
Подпорожье
1. Положение в периодической системе и строение атома
2. История открытия
3. Нахождение в природе
4. Физические свойства
5. Химические свойства
6. Получение металлического цинка
7. Применение и значение для здоровья человека
8. Мои исследования
9. Литература
Положение в периодической системе
и строение атома
Элемент цинк (Zn) в таблице Менделеева имеет порядковый номер 30.
Он находится в четвертом периоде второй группы.
атомный вес = 65,37
валентность II
Природный цинк состоит из смеси пяти стабильных нуклидов: 64Zn (48,6% по массе), 66Zn (27,9%), 67Zn (4,1%), 68Zn (18,8%) и 70Zn (0,6%).
Конфигурация двух внешних электронных слоев 3 s 2 p 6 d 10 4 s 2 .
История открытия
Сплавы цинка с медью - латуни - были известны еще древним грекам и египтянам. Цинк получали в 5 в. до н. э. в Индии. Римский историк Страбон в 60-20 годах до н. э. писал о получении металлического цинка, или «фальшивого серебра». В дальнейшем секрет получения цинка в Европе был утерян, так как образующийся при термическом восстановлении цинковых руд цинк при 900°C переходит в пар. Пары цинка реагируют с кислородом воздуха, образуя рыхлый оксид цинка, который алхимики называли «белой шерстью».
Металлический цинк
В XVI веке были предприняты первые попытки выплавлять цинк в заводских условиях. Но производство «не пошло», технологические трудности оказались непреодолимыми. Цинк пытались получать точно также как и другие металлы. Руду обжигали, превращая цинк в окись, затем эту окись восстанавливали углем...
Цинк, естественно, восстанавливался, взаимодействуя с углем, но... не выплавлялся. Не выплавлялся потому, что этот металл уже в плавильной печи испарялся – температура его кипения всего 906° С. А в печи был воздух. Встречая его, пары активного цинка реагировали с кислородом, и вновь образовывался исходный продукт – окись цинка.
Наладить цинковое производство в Европе удалось лишь после того, как руду стали восстанавливать в закрытых ретортах без доступа воздуха. Примерно так же «черновой» цинк получают и сейчас, а очищают его рафинированием. Пирометаллургическим способом сейчас получают примерно половину производимого в мире цинка, а другую половинугидрометаллургическим.
Следует иметь в виду, что чисто цинковые руды в природе почти не встречаются. Соединения цинка (обычно 1-5% в пересчете на металл) входят в состав полиметаллических руд. Полученные при обогащении руды цинковые концентраты содержат 48-65% цинка, до 2% меди, до 2% свинца, до 12% железа. И плюс доли процента рассеянных и редких металлов...
Сложный химический и минералогический состав руд, содержащих цинк, был одной из причин, по которым цинковое производство рождалось долго и трудно. В переработке полиметаллических руд и сейчас еще есть нерешенные проблемы... Но вернемся к пирометаллургии цинка – в этом процессе проявляются сугубо индивидуальные особенности этого элемента.
При резком охлаждении пары цинка сразу же, минуя жидкое состояние, превращаются в твердую пыль. Это несколько осложняет производство, хотя элементарный цинк считается нетоксичным. Часто бывает нужно сохранить цинк именно в виде пыли, а не переплавлять его в слитки.
В пиротехнике цинковую пыль применяют, чтобы получить голубое пламя. Цинковая пыль используется в производстве редких и благородных металлов. В частности, таким цинком вытесняют золото и серебро из цианистых растворов. Как ни парадоксально, но при получении самого цинка (и кадмия) гидрометаллургическим способом применяется цинковая пыль для очистки раствора сульфата меди и кадмия. Но это еще не все. Вы никогда не задумывались, почему металлические мосты, пролеты заводских цехов и другие крупногабаритные изделия из металла чаще всего окрашивают в серый цвет?
Главная составная часть применяемой во всех этих случаях краски - все та же цинковая пыль. Смешанная с окисью цинка и льняным маслом, она превращается в краску, которая отлично предохраняет от коррозии. Эта краска к тому же дешева, пластична, хорошо прилипает к поверхности металла и не отслаивается при температурных перепадах. Мышиный цвет скорее достоинство, чем недостаток. Изделия, которые покрывают такой краской, должны быть не марки и в то же время опрятны.
На свойствах цинка сильно сказывается степень его чистоты. При 99,9 и 99,99% чистоты цинк хорошо растворяется в кислотах. Но стоит «прибавить» еще одну девятку (99,999%), и цинк становится нерастворимым в кислотах даже при сильном нагревании. Цинк такой чистоты отличается и большой пластичностью, его можно вытягивать в тонкие нити. А обычный цинк можно прокатить в тонкие листы, лишь нагрев его до 100-150° С. Нагретый до 250° С и выше, вплоть до точки плавления, цинк опять становится хрупким – происходит очередная перестройка его кристаллической структуры.
Листовой цинк широко применяют в производстве гальванических элементов. Первый “вольтов столб” состоял из кружочков цинка и меди. И в современных химических источниках тока отрицательный электрод чаще всего делается из цинка.
Значительна роль этого элемента в полиграфии. Из цинка делают клише, позволяющие воспроизвести в печати рисунки и фотографии. Специально приготовленный и обработанный типографский цинк воспринимает фотоизображение. Это изображение в нужных местах защищают краской, и будущее клише протравливают кислотой. Изображение приобретает рельефность, опытные граверы подчищают его, делают оттиски, а потом эти клише идут в печатные машины.
К полиграфическому цинку предъявляют особые требования: прежде всего он должен иметь мелкокристаллическую структуру, особенно на поверхности слитка. Поэтому цинк, предназначенный для полиграфии, всегда отливают в закрытые формы. Для «выравнивания» структуры применяют отжиг при 375°С с последующим медленным охлаждением и горячей прокаткой. Строго лимитируют и присутствие в таком металле примесей, особенно свинца. Если его много, то нельзя будет вытравить клише так, как это нужно. Если же свинца меньше 0,4%, то трудно получить нужную мелкокристаллическую структуру. Вот по этой кромке и «ходят» металлурги, стремясь удовлетворить запросы полиграфии.
Нахождение в природе
В природе цинк находиться только в виде соединений.
СФАЛЕРИТ (цинковая обманка, ZnS) имеет вид кубических жёлтых или коричневых кристаллов; плотность 3,9-4,2 г/см 3 , твёрдость 3-4 по шкале Мооса. В качестве примесей содержит кадмий, индий, галлий, марганец, ртуть, германий, железо, медь, олово, свинец.
В кристаллической решётке сфалерита атомы цинка чередуются с атомами серы и наоборот. Атомы серы в решётке образуют кубическую упаковку. Атом цинка располагается в этих тетраэдрических пустотах.
ВЮРТЦИТ (ZnS) представляет собой коричнево-чёрные гексагональные кристаллы, плотностью 3,98 г/см 3 и твердостью 3,5-4 по шкале Мооса. Обычно содержит цинка больше чем сфалерит. В решётке вюртцита каждый атом цинка тетраэдрически окружён четырьмя атомами серы и наоборот. Расположение слоёв вюртцита отличается от расположения слоёв сфалерита.
СМИТСОНИТ (цинковый шпат, ZnCO 3) встречается в виде белых (зелёных, серых, коричневых в зависимости от примесей) тригональных кристаллов плотностью 4,3-4,5 г/см 3 и твёрдостью 5 по шкале Мооса.
КАЛАМИН (Zn 2 SiO 4 *H 2 O*ZnCO 3 или Zn 4 (OH) 4 *H 2 O*ZnCO 3) представляет собой смесь карбоната и силиката цинка; образует белые (зелёные, синие, жёлтые, коричневые в зависимости от примесей) ромбические кристаллы плотностью 3,4-3,5 г/см 3 и твёрдостью 4,5-5 по шкале Мооса.
ВИЛЛЕМИТ (Zn 2 SiO 4) залегает в виде бесцветных или жёлто-коричневых ромбоэдрических кристаллов плотностью 3,89-4,18 г/см 3 и твёрдостью 5-5,5 по шкале Мооса.
ЦИНКИТ (ZnO) - гексагональные кристаллы жёлтого, оранжевого или красного цвета с решёткой типа вюртцита и твёрдостью 4-4,5 по шкале Мооса.
ГАНИТ (Zn) имеет вид тёмно-зелёных кристаллов плотностью 4-4,6 г/см 3 и твёрдостью 7,5-8 по шкале Мооса.
Помимо приведённых, известны и другие минералы цинка:
монгеймит (Zn, Fe)CO 3
гидроцикит ZnCO 3 *2Zn(OH) 2
трустит (Zn, Mn)SiO 4
гетеролит Zn
франклинит (Zn, Mn)
халькофанит (Mn, Zn) Mn 2 O 5 *2H 2 O
госларит ZnSO 4 *7H 2 O
цинкхальканит (Zn, Cu)SO 4 *5H 2 O
адамин Zn 2 (AsO 4)OH
тарбуттит Zn 2 (PO 4)OH
деклуазит (Zn, Cu)Pb(VO 4)OH
леграндит Zn 3 (AsO 4) 2 *3H 2 O
гопеит Zn 3 (PO 4)*4H 2 O
Физические свойства
Цинк представляет собой синевато – белый металл средней твердости, плавящийся при 419° С, а при 913° С превращающийся в пар; плотность его равна 7,14 г/см 3 . При обыкновенной температуре цинк довольно хрупок, но при 100-110°С он хорошо гнется и прокатывается в листы.На воздухе покрывается защитной оксидной пленкой.
Химические свойства
На воздухе при температуре до 100°С Цинк быстро тускнеет, покрываясь поверхностной пленкой основных карбонатов. Во влажном воздухе, особенно в присутствии СО 2 , происходит разрушение металла даже при обычных температурах. При сильном нагревании на воздухе или в кислороде Цинк интенсивно сгорает голубоватым пламенем с образованием белого дыма оксида цинка ZnO. Сухие фтор, хлор и бром не взаимодействуют с Цинком на холоду, но в присутствии паров воды металл может воспламениться, образуя, например, ZnCl 2 . Нагретая смесь порошка Цинка с серой дает сульфид Цинк ZnS.Сильные минеральные кислоты энергично растворяют Цинк, особенно при нагревании, с образованием соответствующих солей. При взаимодействии с разбавленной НCl и H 2 SO 4 выделяется Н 2 , а с НNО 3 - кроме того, NO, NO 2 , NH 3 . С концентрированной НCl, H 2 SO 4 и HNO 3 Цинк реагирует, выделяя соответственно Н 2 , SO 2 , NO и NO 2 . Растворы и расплавы щелочей окисляют Цинк с выделением Н 2 и образованием растворимых в воде цинкитов. Интенсивность действия кислот и щелочей на Цинк зависит от наличия в нем примесей. Чистый Цинк менее реакционноспособен по отношению к этим реагентам из-за высокого перенапряжения на нем водорода. В воде соли Цинка при нагревании гидролизуются, выделяя белый осадок гидрооксида Zn(OH) 2 . Известны комплексные соединения, содержащие Цинк, например SО 4 и другие.
У цинка есть несколько марок. В зависимости от них металл может использоваться:
- Для оцинковки стали.
- Для изготовления цинковых сплавов.
- Для производства полуфабрикатов из цинка.
- Для изготовления цинковых соединений.
Продукция из металла
С помощью напыления цинкосодержащих красок на самих строительных объектах обрабатываются сварные швы.
Использование в строительстве
На протяжении долгих лет цинк используется в строительстве для защиты железа от коррозии. Эта процедура получила название «оцинкование».
Роль оцинкования
Процессам коррозии подвержен практически весь строительный фонд. Если говорить в цифрах, то это примерно 75%. Зная это, конструкторы уже на этапе проектирования закладывают процедуру оцинковки или закупку уже готовых оцинкованных изделий.
К этому шагу производители пришли не сразу. Повышенные требования к качеству возникли после ряда обрушений строительных сооружений, причиной которых были некачественные крепежные изделия. Борьба с коррозий металлических конструкция давно стала вопросом государственной важности.
Сейчас количество выпускаемых оцинкованных изделий растет с каждым годом. При этом на каждый вид изделия есть ГОСты, ОСты или технические условия, в которых обязательно регламентируется оцинковка конкретных элементов.
Так, например, обязательной оцинковке подлежат линии электропередач и дорожные ограждения.
На сегодняшний день ассортимент оцинкованных изделий порадует любого покупателя и производителя.
Технологии оцинкования
Существует несколько способов использования цинка на поверхности металла. И далее мы погорим о технологиях и методах оцинкования металлоконструкций, труб, деталей, профнастила и других изделий.
Горячий способ
Это наиболее популярный способ оцинкования. Он с успехом применяется во многих странах. В результате его использования изделие получает высокое качество и отличные эксплуатационные характеристики. Пятьдесят процентов стали подвергается оцинкованию в виде листового проката, примерно сорок процентов приходится на долю готовых изделия, а остальные десять процентов идет на оцинковку труб и проволоки.
Суть горячего способа заключается в следующем: очищенное стальное изделие погружают в цинк, который представлен в виде расплавленного вещества. Между металлом и цинком происходит связь, которая приводит к формированию нескольких слоев. На характеристики покрытия (толщину и структуру) влияет состав расплавленного вещества.
У горячего способа цинкования металлов есть свои недостатки.
- В частности, способ экологически небезопасен, так как в нем используется много химических составляющих.
- Второй недостаток: процесс обработки требует постоянного поддержания высокой температуры, а это в свою очередь свидетельствует о больших энергозатратах.
Горячим способом чаще всего обрабатывается стальная сетка, элементы строительных конструкция огромных размеров, а так же .
Про горячее цинкование расскажет это видео:
Гальванический способ
Способ применяется при необходимости достижения высокой гладкости поверхности. В результате электрохимического воздействия происходит фиксация цинка на поверхности. Здесь металл и цинк плотно сливаются друг с другом.
Суть гальванического способа состоит в следующем: металлическое изделие погружают в ванну с раствором электролита. Изделие подводят к источнику тока. В результате электролиза цинк ровно ложится на деталь. Такой способ обработки подходит для всех видов металла. В результате изделие получается очень блестящим. При этом блеск равномерно распределяется по всему объему.
На качество покрытия существенно влияет частота изделия. На нем не должно быть мелкого мусора и различных пленок, в противном случае оцинкование будет некачественным. За чистотой поверхности очень трудно уследить при производстве больших объемов. К положительным сторонам этого способа обработки относится идеально блестящая и ровная поверхность.
- К отрицательной стороне: большое количество отходов, которые образуются на этапе очистки. Полученные отходы наносят сильный вред окружающей среде.
- Ко второй отрицательной стороне относится обязательное наличие дорогостоящего оборудования, без которого гальванический способ обработки произвести нельзя.
Термодиффузионный способ
Этот способ применяется при необходимости получения толщины слоя в 20 мкм. Термодиффузионный способ очень схож с горячим цинкованием. Только здесь обработанное изделие помещают в печь барабанного тира.
За счет вращательного движения на изделие наносится оцинкованный слой. На выполнения одного полного цикла нанесения слоя требуется примерно три часа. Термодиффузионный способ в основном применяют для мелких метизов, таких как шурупы и шайбы. Так же этот способ применяется для сложных по форме деталей, для элементов с глухими отверстиями и для изделий с резьбой.
К самому эффективному способу обработки изделий относят термодиффузионное окрашивание. Способ обработки решает вопрос не только поверхностной коррозии, но внутренней. Термодиффузионный способ применяется для защиты арматуры в и перекрытиях. Его используют для труб водоснабжения (как холодного, так и горячего).
Холодный способ
Этот вид обработки давно широко применяется. В результате холодной обработки изделие окрашивается цинкосодержащими веществами. Обработка изделий таким способом не требует от исполнителя профессиональных навыков. Так же не требуется дорогостоящего оборудования.
Но есть один минус этой обработки. Готовые оцинкованные изделия могут быть подвержены механическому влиянию. Холодное оцинкование часто применяют для оцинкования труб.
Процесс холодного цинкования рассмотрен в этом видеоролике:
Цинк в природных условиях представляет собой металл серебристо-белого цвета (см. фото). Он довольно хрупок при комнатной температуре, при повышении ее до 100-150 градусов Цельсия металл становится более пластичным. Цинк плавится при температуре 692°C, а закипает при 1180°C.
Цинк известен еще с древних времен в Греции, Египте, Китае и Индии, где его использовали в сплаве с медью – латунью. В чистом виде был выделен только в середине 18 века.
Происхождение названия точно не установлено, есть несколько версий. Например, с латыни zincum переводится как «белый налет» и происходит от древнегерманского цинко, означающего бельмо на глазу. Т.к. получаеют его осаждением на алюминиевых катодах. Непосредственно название «цинк» закрепили за элементом лишь в 1920-х годах.
В природе его находят в виде солей в составе минералов. Используется в промышленности в качестве защитного слоя от коррозии, защиты тканей, противогрибкового средства. Также его применяют в производстве фарфора и цемента для лечения зубов.
Действие цинка, его роль в организме
Действие макроэлемента обусловлено его нахождением в составе более чем сорока ферментов. Цинк – один из важнейших элементов для жизнедеятельности человека, он играет немаловажную роль в организме! Еще в древнем Египте его использовали в составах для заживления ран. Сегодня ученые доказали, что цинк напрямую участвует в укреплении иммунитета, поддержании уровня гормонального фона, а также он стабилизирует рост. Это химическое вещество содержится в клетках крови, мышечных тканях, костях, печени, почках и даже в сетчатке глаз. Элемент способствует не просто длительной жизнедеятельности, но еще и помогает сохранять молодость и избавляться от усталости.
Цинк оказывается в организме вместе с едой и таким образом попадает в тонкий кишечник, откуда после всасывания с кровью заносится в печень, а уже потом разносится по всем клеткам организма.
Ранее упомянутый химический элемент осуществляет функции антиоксидантов, и специалисты отмечают, что сегодня даже у молодых людей сильно снижено их количество. Это оказывает влияние на эндокринную систему и женскую репродуктивность. Девушки со сниженным уровнем цинка страдают от нехватки выработки половых гормонов и продолжают расти, когда все остальные их сверстницы уже останавливаются в росте. Отмечаются у них очень длинные конечности и внешняя инфантильность, нарушаются отложения жировых клеток. Кроме того нарушается менструальный цикл.
У мужчин же цинк позволяет контролировать рост предстательной железы и служит профилактикой развития аденомы простаты, мужского бесплодия. Кроме того, именно этот макроэлемент активирует деятельность сперматозоидов и половых гормонов вообще.
В пожилом возрасте уровень цинка необходимо повышать, а иначе могут возникать потеря слуха, прогресс развития атеросклероза, частые инфекционные заболевания. Кроме того достаточное количество элемента положительно сказывается на функции мозга (внимание, память и др.).
Очень большое количество макроэлемента, как ни странно, содержится в волосах. Даже больше чем в крови и почках. Если возникают проблемы с волосяным покровом (выпадение, ломкость, тусклость), стоит задуматься о восполнении полезного вещества. Всем известно, что именно витамин А влияет на внешнюю привлекательность. Но случается так, что даже усиленный прием ретинола не решает проблем с кожей, волосами и ногтями. Просто цинк является, своего рода, активатором витаминов А и Е. Таким образом, без него не могут проходить процессы регенерации кожных покровов, работы сальных желез и здорового роста волос и ногтей. Также элемент помогает бороться с угревой сыпью.
При ревматизме тоже стоит позаботиться о приеме цинка. Согласно научным экспериментам, группа больных с ревматизмом и артритом, принимая этот элемент, уже через три месяца заметили ослабление болей и воспаление суставов настолько, что могли спокойно совершать продолжительные прогулки.
Не только кожа, ногти и волосы нуждаются в цинке. Он также необходим зубам для профилактики инфекционных заболеваний десен и полости рта.
Интересный факт: высокая смертность новорожденных мальчиков часто бывает вызвана дефицитом элемента и связано это может быть с проблемами усвоения этого элемента матерью во время беременности. Также возможны выкидыши, гестоз. Потребности женского пола значительно меньше.
Итоги: цинк содержится в крови, костях и тканях организма. Влияет он на развитие иммунной системы, зрение (в комплексе с витаминами В), работу нервной системы, рост, размножение, кроветворение и обмен веществ. Кроме того, он крайне необходим спортсменам для выработки тестостерона, поскольку увеличивает выносливость и силу мышц.
Женщины порадуются тому факту, что цинк сохраняет их молодость и привлекательный внешний вид, а во время беременности помогает избежать осложнений.
Благодаря регенеративным и антиоксидантным свойствам, макроэлемент уже 5000 лет назад использовался для заживления ран и ожогов. И даже сейчас его добавляют в мази, крема и лосьоны.
Суточная норма (потребность мужчин и женщин в данном веществе)
Суточная норма макроэлемента была определена только в 1970-х годах. Она составляет 15 мг для мужчин и 12 мг для женского пола. Хотя некоторые специалисты заявляют о норме, которая превышает современную в 2-3 раза. А статистика говорит, о том что большая часть населения планеты не получает даже заявленных дозировок.
Есть несколько факторов, при которых потребуется усиленная доза: беременность и кормление, физические и психологические нагрузки, возраст. Дозировку должен определять только врач.
Необходимо учитывать, что прием противозачаточных препаратов, лечение кортизоном и злоупотребление слишком сладкой и соленой пищей приводит к малой усвояемости цинка. А вот витамин В6 и магний, наоборот являются ближайшими помощниками данного элемента.
Признаки недостатка (дефицита) цинка в организме
Недостаток макроэлемента может быть вызван рядом причин, такими как плохое усвоение, недостаток поступления с едой и водой, нарушение работы щитовидной железы и эндокринной системы, болезни печени. Также поводом может послужить большое количество белков, фитина (возникает при употреблении соевого белка) и селена в продуктах питания. Но не только еда может вызывать такую проблему – физические и моральные нагрузки, стрессовые ситуации, нестабильный образ жизни и обилие вредных привычек могут сильно сказаться на усвоении элементов и качестве жизнедеятельности.
В организме происходит большой перерасход цинка при воспалениях и онкологических образованиях бронхов, предстательной железы, лейкозе. Это связано с тем, что при лечении этих болезней происходит активный рост клеток, в котором принимает участие элемент.
Есть еще целый перечень возможностей возникновения дефицита цинка:
Дефицит элемента довольно опасная вещь и может вызывать сложнейшие заболевания:
- всевозможные патологии желудочно-кишечного тракта;
- нервозность, быстрая утомляемость, нарушения сна;
- депрессивные состояния, возникновение склонности к алкогольной зависимости;
- гиперактивность;
- потеря аппетита и вкусовых ощущений, обоняния;
- уменьшается острота зрения;
- малокровие;
- болезни кожи, вроде угрей, дерматитов, экземы, язв, псориаза;
- поражение ногтевых пластин (расслаивание, появление белых пятен), волосяного покрова (перхоть, замедление роста волос, обильное выпадение, облысение);
- развитие сахарного диабета вследствие снижения уровня гормона инсулина;
- задержка полового созревания, особенно у мальчиков, впоследствии может развиться импотенция и аденома простаты;
- развитие патологий во время беременности или вообще бесплодие;
- дестабилизация иммунной системы и, соответственно, частые респираторные заболевания и аллергические реакции;
- преждевременное старение всего организма.
Недавно были проведены исследования, которые показали, что недостаток цинка способен вызывать развитие эпилепсии, особенно если отсутствует и второй компонент – таурин.
Очень важно соблюдать рацион питания детей, ведь нехватка элемента может привести к остановке роста. В некоторых странах Востока часто можно встретить людей карликового роста, именно из-за вышеуказанной причины.
Встречаются мази для заживления ран с высоким содержанием цинка. Но гораздо целесообразнее насытить пищу элементом, т.к. он будет воздействовать на организм в целом, что поспособствует природной регенерации. При приеме цинкосодержащих таблеток, в первую очередь необходима консультация врача, и не стоит забывать, что макроэлементы усваиваются только в органическом виде.
Эта способность к восстановлению очень требуется в послеоперационный период. При принятии обильного количества цинка за неделю до операции поможет восстановиться за более короткий период. Особенно после гинекологических вмешательств и удаления миндалин.
Язвы слизистых оболочек подразумевают употребление в пищу легкой вареной пищи, что усугубляет недостаток цинка, а также ученые обратили внимание, что такие заболевания могут самоликвидироваться при лечении цинком. Это говорит о том, что они были вызваны неврозами и диетами, выводящими элемент.
Во время беременности часто женщины замечают изменение вкусовых предпочтений. Именно в этот момент стоит усилить прием цинка, ведь в это время происходит формирование и развитие плаценты.
Современная экологическая ситуация приводит к тому, что дефицит цинка испытывает практически все население. Поэтому каждому стоит позаботиться о дополнительном его приеме.
Избыток цинка и отравление ним: каковы симптомы?
Переизбыток макроэлемента может наступить при употреблении более 2 грамм. А при приеме более 200 грамм цинк является средством, вызывающим рвоту. Длительный же прием 150 мг в день ухудшает иммунитет и способствует развитию язвенных образований в желудке. Острые отравления отмечаются возникновением рвотных рефлексов, диареей и появлением специфического привкуса в ротовой полости.
Причинами таких явлений могут быть продолжительные контакты с соединениями на производстве, прием препаратов, содержащих цинк, несогласованный с лечащим врачом или нарушение обмена веществ на клеточном уровне.
Интересный факт: токсическое отравление цинком можно получить при приготовлении и последующем хранении еды в оцинкованной посуде.
Обращайте внимание на такие признаки, если вышеперечисленные моменты имели место: упадок иммунной системы, патологии волос, кожи и ногтей, болезненные ощущения в желудке, нарушение работы простаты, поджелудочной железы и печени.
При более серьезных отравлениях могут возникать усиленное сердцебиение, боли в поясничном отделе и при мочеиспускании. Велика вероятность повышения содержания холестерина в сосудах.
Многие ученые сегодня считают, что передозировка элемента в органах человека практически невозможна, т.к. он не токсичен и не способен накапливаться в виде излишков в тканях. Особенно этому не сможет способствовать цинк из продуктов. Скорее в нынешнее время можно говорить о катастрофическом дефиците у всего человечества, о чем говорит рост характерных заболеваний и патологий.
Взаимодействие с другими веществами
Взаимодействие цинка с другими веществами происходит на уровне «враг-помощник». К числу первых можно отнести такие элементы как медь, ртуть, железо, кальций, селен. Также плохо действует на процесс усвоения танин, содержащийся в чае и кофе, алкоголь, лечение кортизоном и употребление противозачаточных препаратов, диуретиков, анаболических стероидов.
Такое полезное вещество, как клетчатка, может приводить к тому, что потери потребленного цинка составят до 80%. Поэтому вегетарианцам стоит обратить внимание на этот факт, т.к. из-за потребления большого количества фруктов и овощей, содержащих клетчатку и щавелевую кислоту, попадают в зону риска.
К группе помощников можно отнести витамин В6, С, А и Е. Еще может способствовать усвоению пиколиновая кислота и фтор.
Прием комплекса цинк+витамин В6+марганец способствуют уменьшению риска развития некоторых видов шизофрении.
Источники в пище
Продукты, содержащие цинк относятся и к животным, и к растительным источникам. В первую очередь это морепродукты, мясо животных и птицы, яйца, сыр. Из овощей стоит отметить томаты, чеснок, имбирь, свеклу, картофель, а из фруктов и ягод – апельсины, грейпфруты, инжир, яблоки, смородина, вишня. Еще не забывайте употреблять зерновые продукты, типа проросшей пшеницы, отрубей, бобовых.
Важный источник цинка это любые виды орехов и семечки подсолнечника, тыквенные, грибы, дрожжи.
Казалось бы, что такое количество пищи, богатой необходимым макроэлементом должно полностью справляться с проблемой нехватки. Но все чаще ведутся разговоры о проблеме дефицита цинка для всего человечества.
Однако не забывайте, что содержание элемента в растительных продуктах довольно низкое. К тому же усваивается лишь малая часть, поступающая с пищей. Поэтому поддержание вегетарианской диеты должно быть правильно сбалансировано. Такая пища часто выращивается на обедненных грунтах, к тому же проходит такую обработку и очистку в промышленных условиях, что в ней не остается и толики полезных элементов.
Например, хлеб можно есть, приготовив его на опаре, а не на дрожжах. Такие продукты обезвреживают действие фитина, содержащегося в соевых и бобовых продуктах. Добавляйте в рацион изделия из муки грубого помола, отруби и проросшие зерна. В данном вопросе главное не перестараться, ведь все эти вещества содержат в большом объеме клетчатку и могут вытеснять столь полезный для организма цинк.
Народное средство для восполнения дефицита элемента представляет собой всего лишь настой из березовых листьев. Просто и очень доступно, а что самое главное, эффективно!
Препараты на основе цинка
В аптеках сегодня можно найти препараты, которые помогают восполнять «прорехи» в поступлении макроэлемента. Но оговоримся сразу, что применение их должно происходить только с разрешения врача, т.к. легко можно заработать отравление и нарушить весь химический баланс в организме.
В качестве препаратов применяют сульфат и окись цинка в виде капель, растворов, присыпок, мазей и паст. Их применяют при коньюктивите, ларингите, кожных болезнях. Также можно использовать как дезинфицирующее и подсушивающее средство.
Препараты в виде свечей активно лечат геморрой и трещины в заднем проходе. Мужчины могут применять лекарства для борьбы с облысением в виде таблеток и в виде местного средства.
Сейчас работают над выпуском лекарственных средств с содержанием цинка в виде аэрозолей и шампуней.
Показания к назначению
Показания к назначению макроэлемента представляют собой целый список:
- Высокие физические нагрузки – увеличивается выносливость и силовые показатели.
- Акне – при наружном применении.
- Возрастные нарушения работы сетчатки глаз (макулярная дегенерация).
- Сахарный диабет (в качестве вспомогательного компонента).
- ВИЧ / СПИД (аналогично).
- Дерматиты, раны, ожоги, экземы, пролежни – для наружного применения.
