Цинк — общая характеристика элемента, химические свойства цинка и его соединений

К элементам подгруппы цинка относятся металлы: цинк Zn, кадмий Cd, ртуть Hg. Атомные веса: Zn — 65,37, Cd — 112,4, Hg — 200,59. Электроны по энергетическим уровням распределяются так, что на внешнем энергетическом уровне располагаются 2 электрона, находящихся на s-оболочке (табл. 24). Валентными в атомах элементов в данной подгруппе являются лишь электроны внешнего электронного слоя. Электроны предвнешнего слоя в образовании валентных

Распределение электронов по энергетическим уровням элементов побочной подгруппы II группы . Таблица 24

Элемент	Заряд ядра	Число электронов на энергетических уровнях	Радиус атома A
K	L	M	N	O	P	Q
Цинк Zn Кадмий Cd Ртуть Hg	+ 30 +48 +80	2 2 2	8 8 8	18 18 18	2 18 32	2 18	2		1,33 1,49 1,50

связей не участвуют в отличие от элементов побочной подгруппы I группы. С возрастанием заряда ядра от цинка к ртути снижается восстановительная активность. Цинк в ряду напряжений располагается левее водорода. Физические свойства элементов подгруппы цинка приведены в табл. 25.

Физические свойства элементов подгруппы цинка. Таблица 25

Элемент	Порядковый номер	Атомный вес	Температура плавления, °С	Температура кипения, °С	Плотность, г/смЗ
Цинк Zn Кадмий Cd Ртуть Hg	30 48 80	65,3 112,4 200,5	419,4 320,9 -38,84	906 767 356,95	7,1 8,6 14,0

Из элементов подгруппы цинка наибольшее значение имеют цинк и ртуть, поэтому мы в основном остановимся на этих металлах. 23. Сравните величину радиусов атомов щелочноземельных металлов и металлов подгруппы цинка, находящихся в одних и тех же периодах, и объясните, почему при одинаковой структуре внешнего электронного слоя элементы подгруппы цинка проявляют меньшую восстановительную активность. 24. Изобразите электронные конфигурации внешнего и предвнешнего слоя атомов элементов подгруппы цинка и распределение электронов по орбиталям. Отметьте их сходство и различие.

Цинк Zn

Цинк Zn — тяжелый цветной металл, химически активен, обладает хорошо выраженными восстановительными свойствами. Подобно алюминию, он покрыт защитной пленкой окиси, однако реагирует с кислородом при нагревании и даже может гореть в кислороде с образованием окиси цинка ZnO:

2Zn + О2 = 2ZnO

В соединениях цинк постоянно двухвалентен.

Цинк что это

Металл серебристо-голубоватого цвета. В соединениях проявляет степень окисления +2. Из девяти радиоактивных изотопов важнейший изотоп 65Zn с периодом полураспада 250 дней. Важнейший минерал Цинка — сфалерит (цинковая обманка). В виде соединений цинк находится в полиметаллических рудах, содержащих свинец, медь и железо.

Если смешать тонкий порошок металлического цинка с мелко растертой серой и нагреть, то происходит бурная реакция, сопровождающаяся яркой вспышкой, образуется сульфид цинка белого цвета: Zn + S = ZnS С галогенами цинк реагирует без нагревания: Zn + Cl2 = ZnCl2 Взаимодействие с водой практически прекращается сразу после начала реакции, так как на поверхности металла образуется плотная пленка гидроокиси цинка, которая прекращает доступ воды к металлу. Однако если вода берется в виде перегретого пара, а цинк — сильно раскаленный, то идет реакция с образованием окиси цинка: Zn + H2O = ZnO + H2↑ С кислотами цинк активно реагирует с вытеснением водорода. Реакция идет при обычных условиях и служит общеизвестным способом получения водорода в лаборатории: Zn + 2НСl = ZnCl2 + H2↑

Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + H2↑ При взаимодействии с концентрированной серной кислотой цинк в зависимости от концентрации кислоты и других условий может восстанавливать серу до сероводорода, до свободной серы или до двуокиси серы: Zn + H2SO4 → … (S⁺⁴) Zn + H2SO4 → … (S^-2) • Самостоятельно составьте полные уравнения и расставьте коэффициенты на основе электронного баланса. Особенностью цинка является его амфотерность. Наряду с реакцией между цинком и кислотами легко происходит реакция между цинком и щелочами. При этом цинк вытесняет из щелочей водород и образует соли — цинкаты: Zn + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2↑ цинкат натрия Zn + 2Na⁺ + 2OH^— = 2Na⁺ + ZnO²₂^— + H2↑

Zn + 2OH^— = ZnO²₂^— + H2↑ ■ 25. Перечислите особенности химических свойств цинка, подтвердите их уравнениями реакции и обоснуйте с позиции теории строения атомов. Составьте план изложения этого вопроса. (См. Ответ) Окись цинка ZnO с водой в реакцию не вступает, однако обладая амфотерным характером, может вступать в реакцию как с кислотами: ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + Н2O ZnO + 2Н⁺ + SO²4^— = Zn²⁺ + SO²₄^— + H2O ZnO + 2H⁺ = Zn²⁺ + H2O так и со щелочами: ZnO + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2O ZnO + 2Na⁺ + 2OH^— = 2Na⁺ + ZnO²₂^— + H2O ZnO + 2OH^— = ZnO²₂^— + H2O Окись цинка широко используется для изготовления нетемнеющих цинковых белил. При сильном нагревании с углем окись цинка может быть восстановлена до свободного цинка: ZnO + С = Zn + СО Окись цинка иногда встречается в природе. Гидроокись цинка Zn(OH)2 — также вещество амфотер-ное, нерастворимое в воде, но хорошо растворимое как в кислотах: Zn(OH)2 + 2Н⁺ = Zn²⁺ + 2Н2O так и в щелочах: Zn(OH)2 + 2OН^— = ZnO²₂^— + 2Н2O • На основании приведенных сокращенных ионных . уравнений составьте полные ионные и молекулярные уравнения. Из солей цинка важнейшими являются хлорид ZnCl2 и сульфат ZnSO4.

Сульфат цинка (цинковый купорос) поступает в лаборатории в виде кристаллогидрата ZnSO4-7H2O. Разбавленные растворы применяются как лекарственное средство при некоторых заболеваниях. Как уже указывалось, сульфат цинка используют для получения металлического цинка путем электролиза, а также как протраву при крашении тканей. Хлорид цинка ZnCl2 — «травленая кислота» применяется при паянии, для пропитки древесины с целью предохранения ее от гниения, в производстве пергамента. Цинк в природе встречается в виде минерала цинковой обманки ZnS, которая является цинковой рудой. Цинк из нее получают посредством обжига на воздухе с последующим восстановлением полученной окиси углем: 2ZnS + 3O2 = 2SO2 + 2ZnO ZnO + С = Zn + СО Образовавшуюся окись иногда при наличии дешевой электроэнергии переводят серной кислотой в сульфат, а затем последний подвергают электролизу. Свободный цинк широко применяется в промышленности. Благодаря способности образовывать на поверхности металла защитную окисную пленку цинком покрывают изделия из железа для защиты от коррозии посредством погружения их в расплавленный цинк (цинкование). Чистый цинк довольно хрупок, поэтому чаще он применяется в составе сплавов, например латуни . Соединения цинка имеют гораздо более ограниченное применение по сравнению с чистым металлом. ■ 26. Что такое амфотерность и как она проявляется в соединениях цинка? (См. Ответ) 27. Укажите способы получения окиси и гидроокиси цинка. 28. Почему цинковая посуда портится при добавлении в нее при стирке уксуса или щелочи? Можно ли в цинковой посуде держать раствор медного купороса? 29. Каким простейшим способом можно освободить раствор сульфата цинка от примеси раствора сульфата меди? (См. Ответ)

Ртуть Hg

Ртуть — единственный металл, находящийся при обычной температуре в жидком состоянии (температуре плавления — 38,8°). Ртуть белого цвета. Она обладает меньшей восстановительной активностью, чем цинк. В ряду напряжений ртуть располагается правее водорода, т. е. не вытесняет его из воды и кислот. Радиус атома ртути почти равен радиусу атома кадмия, а заряд ядра атома значительно больше, поэтому электроны внешнего слоя удерживаются ртутью значительно прочнее. ■ 30. Изобразите электронную конфигурацию внешнего и предв-нешнего слоя атома ртути. Объясните, почему среди металлов группы цинка ртуть проявляет наименьшую восстановительную активность. (См. Ответ) Ртуть легко образует с другими металлами сплавы, которые называются амальгамами. Ртуть химически малоактивна и на воздухе без изменений может храниться довольно долго. Однако при длительном слабом нагревании может окисляться, образуя окись ртути: 2Hg + O2 = 2HgO При растирании в ступке ртуть очень легко взаимодействует с серой, образуя сульфид ртути (II) черного цвета: Hg + S = HgS С водой ртуть в реакцию не вступает, но хорошо реагирует с азотной и концентрированной серной кислотами, обладающими сильным окисляющим действием. При этом в зависимости от того, при какой температуре ведется реакция, образуются соли как одновалентной, так и двухвалентной ртути. Ртуть в соединениях может быть одновалентной и двухвалентной. Соединения как одновалентной, так и двухвалентной ртути достаточно устойчивы, хотя и могут превращаться друг в друга. Следует отметить сильную ядовитость ртути, которая даже при комнатной температуре легко испаряется и может вызвать тяжелые отравления, оказывающие сильное влияние на сердце. При попадании соединений ртути внутрь возникает расстройство деятельности органов пищеварения и почек. Очень ядовиты и соединения ртути, такие, как, например, сулема. В промышленности применяется как металлическая ртуть, так и некоторые ее соли. Металлическую ртуть используют при изготовлении термометров, барометров и некоторых измерительных приборов, а также при добыче золота для его очистки от примесей, так как ртуть легко образует амальгамы с золотом и некоторыми другими драгоценными металлами. Этим ее свойством пользуются и в зубоврачебной практике для изготовления пломб.

Соли ртути также находят некоторое применение. Например, сулема HgCl2 используется как дезинфицирующее средство, каломель Hg2Cl2(Cl — Hg — Hg — Cl) — как легкое слабительное. В природе ртуть встречается изредка в самородном жидком состоянии, но чаще в виде соединений, например киновари HgS. Для получения из нее ртути киноварь сначала обжигают: 2HgS + 3O2 = 2HgO + 2SO2 а затем полученную окись ртути HgO разлагают нагреванием: 2HgO = 2Hg + O2 Обычно обе реакции протекают одновременно в едином процессе. ■ 31. Что такое амальгамы? С какой амальгамой вы уже знакомы? (См. Ответ) 32. Перечислите особенности химических свойств ртути. 33. Каково физиологическое действие ртути? 34. Укажите, где применяется металлическая ртуть. 35. Что вам известно о соединениях ртути? 36. В каком виде ртуть может встречаться в природе и как можно получить ее из природных соединений? Подтвердите свой ответ уравнениями реакций. 37. Основываясь на положении ртути в ряду напряжений металлов, опишите отношение ртути к воде, соляной кислоте, разбавленной и концентрированной серной кислоте, разбавленной и концентрированной азотной кислоте. (См. Ответ)

Титан Ti (побочная подгруппа IV группы)

Титан Ti — элемент побочной подгруппы IV группы периодической системы. Атомный вес 47,9, заряд ядра + 22. Электроны распределены по четырем энергетическим уровням:

38. Изобразите электронную конфигурацию внешнего и предвнешнего слоев и распределение электронов по орбиталям. Незавершенностью d-орбиталей предвнешнего слоя объясняется то, что в образовании валентных связей участвуют не только два электрона внешнего слоя, но и два электрона предвнешнего слоя. B связи с этим титан может быть в соединениях как двухвалентным, так и (гораздо чаще) четырехвалентным. Соединения четырехвалентного титана более устойчивы.

Титан довольно легкий металл с плотностью 4,5. Он плавится при температуре 1670°, а кипит при 3260°. Титан пластичен, обладает хорошей ковкостью. Чем выше температура, тем сильнее проявляются восстановительные свойства титана. На холоде он сравнительно мало активен, но при нагревании легко взаимодействует с галогенами, кислородом, проявляя при этом степень окисления + 4. Из реакций со сложными веществами следует отметить взаимодействие с перегретым водяным паром: Ti +2H2O = TiO2 + 2H2↑ Интересно, что титан гораздо активнее реагирует с газообразными галогеноводородами, чем с аналогичными кислотами. Например, с хлористым водородом при нагревании идет реакция: Ti + 4НСl = TiCl4 + 2H2↑ в то время как соляная кислота действует на титан только в концентрированном виде. Кислородные кислоты с сильными окислительными свойствами в основном вступают с титаном в окислительно-восстановительные реакции: Ti + HNO3 → H2TiO3 + NO титановая кислота Ti + H2SO4 → Ti(SO4), + SO2 сульфат титана

• Закончите составление уравнений окислительно-восстановительных реакций самостоятельно. Однако на гладкой поверхности изделий из титана или его сплавов такие кислоты могут образовывать оксидную пленку, защищающую металл от дальнейшего окисления. Высший окисел титана ТiO2 носит в основном кислотный характер. Ему соответствует титановая кислота Н2TiO3, соли которой носят название титанатов, например титанат железа FeTiO3, титанат кальция CaTiO3. При сплавлении ТiO2, с некоторыми основными окислами, например с СаО, образуются соответствующие титанаты: СаО + ТiO2 = CaTiO3

В природе титан довольно распространен. Он встре-чается в виде минерала рутила, в основе которого двуокись титана ТiO2, а также в виде титанатов кальция и железа. Минералы, содержащие титан, часто сопутствуют железным рудам и редко встречаются в виде крупных самостоятельных месторождений. Получают титан из природных соединений, переводя их в хлорид TiCl4, а затем восстанавливая из хлорида расплавленным магнием: TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2 Это весьма дорогой способ. Титан применяют в основном в качестве добавок к сплавам, в частности к стали, что придает ей ковкость, жаропрочность, устойчивость к коррозии.

■ 39. Подробно опишите химические свойства титана. Чем титан отличается от цинка и в чем они сходны? 40. Что такое титанаты и как можно их получить? 41. Каким способом можно получить титан из природных соединений? 42. Где применяется титан? (См. Ответ)

Статья на тему Цинк. Подгруппа цинка

Неорганическая химия, Теория Янв 102014

Цинк — 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 при нормальных условиях — хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

В четвертом периоде цинк является последним d-элементом, его валентные электроны 3d¹⁰4s². В образовании химических связей участвуют только электроны внешнего энергетического уровня, поскольку конфигурация d¹⁰ является очень устойчивой. В соединениях для цинка характерна степень окисления +2.

Цинк – химически активный металл, обладает выраженными восстановительными свойствами, по активности уступает щелочно-земельным металлам. Проявляет амфотерные свойства.

Взаимодействие цинка с неметаллами При сильном нагревании на воздухе сгорает ярким голубоватым пламенем с образованием оксида цинка: 2Zn + O₂ → 2ZnO.

С галогенами реагирует при обычных условиях в присутствии паров воды в качестве катализатора: Zn + Cl₂ → ZnCl₂.

При действии паров фосфора на цинк образуются фосфиды: Zn + 2P → ZnP₂ или 3Zn + 2P → Zn₃P₂.

С водородом, азотом, бором, кремнием, углеродом цинк не взаимодействует.

Взаимодействие цинка с водой Реагирует с парами воды при температуре красного каления с образованием оксида цинка и водорода: Zn + H₂O → ZnO + H₂.

Взаимодействие цинка с кислотами В электрохимическом ряду напряжений металлов цинк находится до водорода и вытесняет его из неокисляющих кислот: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂; Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂.

Взаимодействует с разбавленной азотной кислотой, образуя нитрат цинка и нитрат аммония: 4Zn + 10HNO₃ → 4Zn(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O.

Реагирует с концентрированными серной и азотной кислотами с образованием соли цинка и продуктов восстановления кислот: Zn + 2H₂SO₄ → ZnSO₄ + SO₂ + 2H₂O; Zn + 4HNO₃ → Zn(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O

Взаимодействие цинка со щелочами Реагирует с растворами щелочей с образованием гидроксокомплексов: Zn + 2NaOH + 2H₂O → Na₂[Zn(OH)₄] + H₂

при сплавлении образует цинкаты: Zn + 2KOH → K₂ZnO₂ + H₂.

Взаимодействие с аммиаком С газообразным аммиаком при 550–600°С образует нитрид цинка: 3Zn + 2NH₃ → Zn₃N₂ + 3H₂; растворяется в водном растворе аммиака, образуя гидроксид тетраамминцинка: Zn + 4NH₃ + 2H₂O → [Zn(NH₃)₄](OH)₂ + H₂.

Взаимодействие цинка с оксидами и солями Цинк вытесняет металлы, стоящие в ряду напряжения правее него, из растворов солей и оксидов: Zn + CuSO₄ → Cu + ZnSO₄; Zn + CuO → Cu + ZnO.

Оксид цинка (II) ZnO – белые кристаллы, при нагревании приобретают желтую окраску. Плотность 5,7 г/см³, температура возгонки 1800°С. При температуре выше 1000°С восстанавливается до металлического цинка углеродом, угарным газом и водородом: ZnO + C → Zn + CO; ZnO + CO → Zn + CO₂; ZnO + H₂ → Zn + H₂O.

С водой не взаимодействует. Проявляет амфотерные свойства, реагирует с растворами кислот и щелочей: ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O; ZnO + 2NaOH + H₂O → Na₂[Zn(OH)₄].

При сплавлении с оксидами металлов образует цинкаты: ZnO + CoO → CoZnO₂.

При взаимодействии с оксидами неметаллов образует соли, где является катионом: 2ZnO + SiO₂ → Zn₂SiO₄, ZnO + B₂O₃ → Zn(BO₂)₂.

Гидроксид цинка (II) Zn(OH)₂ – бесцветное кристаллическое или аморфное вещество. Плотность 3,05 г/см³, при температуре выше 125°С разлагается: Zn(OH)₂ → ZnO + H₂O.

Гидроксид цинка проявляет амфотерные свойства, легко растворяется в кислотах и щелочах: Zn(OH)₂ + H₂SO₄ → ZnSO₄ + 2H₂O; Zn(OH)₂ + 2NaOH → Na₂[Zn(OH)₄];

также легко растворяется в водном растворе аммиака с образованием гидроксида тетраамминцинка: Zn(OH)₂ + 4NH₃ → [Zn(NH₃)₄](OH)₂.

Получается в виде осадка белого цвета при взаимодействии солей цинка со щелочами: ZnCl₂ + 2NaOH → Zn(OH)₂ + 2NaCl.

Сложные эфиры — номенклатура, получение, химические свойства. Жиры. Мыла

Занятие №1. Интенсивный курс подготовки к ЕГЭ по химии (А1)

Нержавеющие кровельные покрытия, вполне эффективная борьба с простудой, технология хранения электричества внутри аккумуляторной батареи и ещё ряд применений. Всё это цинк – химический элемент, конечно же, далёкий от ценностей платины или золота, не такой эффектный как серебро или медь, тем не менее, вполне привлекательный и популярный. Металл голубовато-белого цвета занимает 24 место по распространённости среди 92 элементов земной коры. Однако для добычи 65 граммов металла потребуется обработать не менее одной тонны породы в зоне залежей этого химического элемента.

Природное образование и конечное формирование

Аналогично многим другим металлам, цинк в природе не встречается в чистом виде. Как правило, этот химический элемент присутствует в минералах, сочетаясь с другими элементами, и присутствует как:

• оксид,
• силикат,
• карбонат.

Можно сказать, это традиционная цинковая составляющая. Поэтому, чтобы воспроизвести чистый металл, придётся прибегнуть к переработке сырья цинксодержащего минерала, процедуре, которая предполагает многоступенчатый процесс очистки (включающий несколько отдельных физических и химических этапов).

Например, для переработки сульфида цинка необходимо измельчить сырьё в порошок, и тщательно промыть, чтобы избавиться от сульфидов других металлов, присутствующих в виде примесей. В конечном итоге получается оксид цинка (ZnO). Выщелачиванием (реакция с серной кислотой) получают раствор сульфата.

Затем используется электролиз (электрохимический процесс) для отделения чистого химического элемента. Также допустимо воспроизводить металл из минерального сырья путём плавки (нагревания углеродом), что традиционно и применяется в промышленном секторе.

Свойства, особенности, характеристики цинка

Если визуально исследовать кусок цинка, внешне металл, скорее всего, будет выглядеть серовато-белым по окрасу. Однако таким выглядит именно оксид, который образуется в результате реакции чистого металла с кислородом и углекислым газом в условиях влажной среды. Внешний вид чистого цинка несколько иной:

• блестящий,
• голубоватый,
• белесоватый,
• серебристый.

Этот металл не похож на железо и, прежде всего, по причине выраженной хрупкости. Однако стоит лишь нагреть металл до температуры 100–150°C, после чего структура приобретает свойства гибкости и легко обрабатывается.

Благодаря нагреву, материал допустимо превращать в различные формы и даже сворачивать в тонкие листы. Как и другие металлы, цинк представлен кристаллически-твёрдым веществом. Атомы цинка объединяются в гексагональные, плотно упакованные кристаллы.

Большая часть добываемого химического элемента используется для гальванизации. Процесс гальванизация основан на электролизе, который включает в себя покрытие железа (стали) тонким защитным слоем цинка.

Под влиянием окружающего воздуха (кислорода и углекислого газа) чистое покрытие окисляется с последующим формированием карбоната цинка. Таким способом предотвращается фактор ржавления (коррозии) металлов в условиях влажной среды.

Изготовление и применение чистого металла

Многие виды повседневных хозяйственных вещей оцинкованы. Например:

• металлические крыши сооружений,
• водосточные желоба зданий,
• резервуары для воды и т.д.

Достаточно большая доля цинка используется в конструкциях одноразовых цинк-углеродистых не перезаряжаемых аккумуляторов. Процесс изготовления латуни также требует значительных объёмов этого вещества.

Характерной особенностью цинка является образование целого ряда полезных соединений:

1. Сульфид (люминофор экранов старых телевизоров, осциллографов, люминесцентные лампы и светящиеся краски);
2. Сульфат (защитные средства от сорняков, применение в текстильном производстве);
3. Оксид (используется для изготовления резины, способствует улучшению свойств пластмасс, красок, чернила, бетона, косметики).

Многие известные сплавы формируются на цинковой составляющей. Например, латунь, зубная амальгама, бронза и некоторые виды припоев. Оцинковка не только предотвращает ржавление резервуаров для воды. Практически все виды лекарств от кашля и простуды, витаминные таблетки и добавки никак не обходятся без этого вещества.

Дефицит цинка в организме сопровождается различными проблемами по отношению к здоровью организма, приводит к развитию болезней. Правда, в основном эта проблема характерна для развивающихся стран, где отмечаются факторы недоедания населения, недостаток сбалансированного полезного питания.

Цинк — история появления и статус элемента

Точно неизвестно — кому, где и когда удалось впервые обнаружить цинк. Однако археологами обнаруживались цинковые сплавы в местах, относящихся к доисторическим временам. Достоверно известно – древние римляне производили медные монеты, состав которых включал это вещество, правда, с примесями.

Минуло почти тысяча лет, прежде чем люди начали использовать цинк в качестве металла как такового. Историки предполагают — впервые производство металла отметилось в Индии XIII века. Ещё спустя 300 лет, на территории Китая началось производство цинка в крупных масштабах.

Современная история начала производства цинка исчисляется от середины XVIII века. Первым 1737 году разработал и запатентовал процесс производства чистого цинка английский металлург Уильям Чампион. Производство в огромных промышленных масштабах осуществлялось путём плавки каламина древесным углем.

Между тем вещество окончательно было признано химическим элементом в 1746 году, благодаря усилиям немецкого химика по имени Андреас Сигизмунд Маргграф. Немецкий учёный использовал методы, подобные тем, что использовал Чемпион, с целью детального изучения цинка в стенах лаборатории.

Содержание

В 4 тысячелетии до н. э. человек впервые познакомился с самородками из металла. В дальнейшем он научился его обрабатывать и изготавливать инструменты для решения бытовых задач и оружие. С тех пор человек продолжает знакомиться и совершенствоваться в способах добычи и обработки металлов. Ключевую роль в истории сыграл цинк и цинковый сплав.

Свойства сплавов цинка

Чтобы понимать какими свойствами должны обладать цинковые сплавы, необходимо знать характеристики цинка. Литейные качества, температура плавления, твердость и другие параметры этого соединения зависят от химических и физических свойств цинка. Он представляет собой голубоватый металл. Это вещество не встречается в природных месторождениях в чистом виде. В процессе длительной обработки получается оксид цинка, из которого можно получить чистый металл.

Характеристики и свойства цинка

Перед описанием сплавов цинка и их применения в различных направлениях производства требуется разобраться со свойствами цинка.

Химические свойства:

1. При длительном нагревании может вступать в реакции с Н2О и сероводородом. В ее процессе выделяется водород.
2. Не вступает в контакт с углеродом и азотом.
3. Смешивается с различными неметаллами — кислородом, фосфором и серой.
4. При соединении с щелочами, образуются цинкаты (это соли цинковой кислоты).
5. Если смешивать металл с серной кислотой, могут образовываться различные вещества. Все зависит от количества кислоты.
6. При очень высокой температуре металл может контактировать с различными газами (йод в газообразном состоянии, хлор и фтор).

Физические свойства:

1. Представляет собой прочный металл. При нагревании до 100–150°С он становится пластичным. При разогревании более 210 °С металл изменяет свою форму. В сравнении с другими металлами цинк плавится при низкой температуре.
2. Обладает хорошей теплопроводностью — 116 Вт/м К.
3. Кипение материала при температуре — 906°С.
4. Плотность — 7.133 гр./см куб.
5. Плавление материала — 419°С.
6. Максимальная прочность при растяжении — 200–250 МН/м2.
7. Удельная теплота испарения — 114.8 КДж/моль.

Количество примесей в составе металла напрямую зависит от способа добычи, обработки и изначальной породы материала. Часто встречающиеся примеси, содержащиеся в цинке — никель, фтор, хлор и свинец.

Свинец и цинк называют неразлучной парой. Хоть свинец и является примесью, содержащейся в цинке, в месторождениях они совместно встречаются не очень часто. Большое количество свинца, содержащееся в изначальном материале, ухудшает его свойства. Быстрее развивается межкристальная коррозия. Чтобы удалить примеси посторонних металлов, используется дистилляционный способ.

Как примеси изменяют свойства цинка

Посторонние примеси, содержащиеся в цинке, ухудшают характеристики этого металла (при большом содержании). Первостепенная задача производителей — снизить количество свинца, кадмия и олова в этом металле, чтобы избежать межкристаллической коррозии.

Воздействие примесей на цинк:

1. Свинец — усиливает растворимость металла в воде.
2. Медь — ухудшает показатель пластичности. Металл становится более уязвимым для коррозии, однако улучшается его прочность.
3. Мышьяк — ухудшает прочность и пластичность цинка даже при минимальном содержании.
4. Олово — увеличивает ломкость готовых отливок.
5. Кадмий — снижает пластичность металла.
6. Сурьма — в процессе прокатки при больших температурах, увеличивает прочность и ухудшает пластичность цинка.

Практически все примеси считаются вредными для готовых заготовок. Из-за этого производители в первую очередь проводят ряд процедур, чтобы содержание цинка в готовой отливке было наиболее высоким.

Виды сплавов

В процессе развития технологий появились различные сплавы цинка. Соединение двух металлов может быть гораздо лучше по характеристикам, чем чистое сырье, очищенное и переплавленное в заготовки. Поговорим о самых известных сплавах цинка с другими металлами.

Медь и цинк

Производная смесь меди и цинка — латунь. Сплав известен с древних времен. Изначально он изготавливался в процессе сплавки цинковой руды и меди. В XVIII в. был впервые изготовлен сплав с добавлением металлического цинка. Существует 3 вида латуни:

1. Зеленая — 60% меди.
2. Золотистая — 75% меди.
3. Желтая — 67% меди.

Раньше латунь использовалась при производстве монет и украшений.

Сталь и цинк

Оцинкованную сталь знает каждый человек. Ее можно встретить в любой квартире или на производстве. Эту смесь неразумно называть сплавом. На лист стали наносится слой цинкового напыления. При температуре в 400°С, жидкий цинк наносится на стальную поверхность. При такой температуре атомы двух металлов плотно связываются между друг другом и образуют железоцинковый сплав. Оцинкованные поверхности не ржавеют.

Олово и цинк

Сплав олова и цинка популярен в электропромышленности. Благодаря высокому показателю теплоемкости этот сплав использовался при изготовлении сосудов для хранения жидкости. Напитки длительное время оставались теплыми.

Алюминий и цинк

Сплавы алюминия и цинка с добавлением других металлов используются в литейном производстве. Получаемая смесь обладает хорошими литейными параметрами благодаря низкой температуре плавления.

Вреден ли цинковый сплав

С современным оборудованием производители добились снижения количества свинца и никеля в составе сплавов до минимума. Эти металлы несли в себе ключевую опасность для человеческого организма. Благодаря их уменьшению в составе готовый изделий бижутерия из цинковых сплавов считается безопасной для здоровья.

Применение

В нынешнее время применение сплавов цинка с другими металлами можно увидеть в различных отраслях производства.

Для защиты металлов от коррозии

Чтобы защитить другие металлы от развития коррозии, используется чистый материал, которым покрывается уязвимая поверхность. Процесс покрытия называется металлизация.

В автомобильной отрасли

Цинк и сплавы с его добавлением получили большую популярность в автомобильной отрасли. Смеси металлов используют для декоративного покрытия отдельных элементов автомобиля (ручки, бампера, решетки, зеркала). Зубчатые механизмы, рычажные механизмы, покрышки, аккумуляторах — содержат это вещество.

В производстве ювелирных украшений

Бижутерия и украшения из цинковых сплавов известны уже длительное время. Цинк часто смешивается с золотом. Для изготовления белого золота также используют этот металл. Он осветляет готовое изделие.

В строительстве

В строительстве широкое применение получили сплавы из цинка и других металлов. Например, их используют при производстве кровли. Из оцинковки изготавливается не только кровельное покрытие, но и различные трубы, желоба, ветровые планки, подшивка для свесов крыши.

В медицине

Если говорить о медицине, окись цинка часто используется в качестве антисептического средства. Также ее добавляют в составы использующиеся для ускорения регенерации.

Перед тем как разбираться с изготовлением сплавов, требуется понять, как получают чистый металл. Самым известным способом считается дистилляционный. В первую очередь, концентрированный состав обжигается. Затем он разогревается до тех пор, пока не получится зернистая структура. После этого концентрированное вещество восстанавливается с помощью угля при нагревании до 1300°С. Пары, получаемые в этом процессе, конденсируют и разливают по формам. Далее жидкий металл отстаивается при температуре в 500°С. Из него выходит свинец и железо. После процесса дистилляции получается материал чистотой в 98–99%.

Также существует более сложный и дорогой способ обработки — ректификация. Во время этого процесса происходит теплообмен между жидкостью и паром. Теплообмен разделяет смеси и исключает примеси. На выходе получается материал чистотой в — 99–99.9%.

Есть еще один метод изготовления чистого материала — электролитический. После обжига концентрата его обрабатывают серной кислотой. Получившееся вещество подвергается очистке от примесей и проходит процесс электролиза (производится в свинцовых ваннах). В ваннах остается металл, который переплавляют с помощью индукционных печей. На выходе получается материал чистотой в 99.95%.

После получения чистого материала его расплавляют. В жидкий металл добавляют другие вещества для улучшения его технических характеристик. Чем лучше будет разогрет металл, тем лучше он будет заполнять литейные формы.

Цинковые сплавы используются в различных отраслях производства, изготовлении украшений и медицине (оксид). Оцинкованные листы и изготовленные из них материалы популярны в строительстве. При покупке сплава важно уточнить о содержании свинца и никеля в его составе. Эти 2 вещества вредны для здоровья человека.

Цинк — тридцатый по порядку химический элемент II группы периодической системы Менделеева. Обозначается «Zn» и классифицируется, как переходной металл.

Цинк относится к металлам древности, дата и место открытия которых теряются в столетиях. По одним источникам, первые упоминания о нем археологи находили в индийских манускриптах, относящихся к V веку до н.э., по другим, в Египте в I веке до нашей эры.

Само слово «цинк» упоминается в средневековых трудах алхимика и философа Парацельса в XVI веке н.э. Как только не называли этот металл за его историю. Его называли и смитсонит, и виллемит. Латинское же zincum переводится как белый налет или бельмо на глазу. В России термин «цинк» ввел Михаил Васильевич Ломоносов в 1742 году.

Цинк применяется в медицине, как противовоспалительное и антисептическое средство. Сплавы с цинком находят и промышленное применение: в машиностроении, для производства цинковых белил, в качестве антикоррозийных покрытий для стали, в изготовлении аккумуляторов и батареек.

Цинк в промышленности

Технология производства цинка

В природе металл встречается в виде сульфида с примесями меди, железа и кадмия. В чистом виде цинк не добывают. Он присутствует в составе сульфидных руд и минеральных пород: сфалерите, вюртците, цинките. Также содержится в литейных сплавах с алюминием, медью (латунью), никелем.

Цинк выплавляют на заводе. Для производства металлического цинка используют пирометаллургический и гидрометаллургический процессы. Сульфидные руды перерабатывают, в результате чего они распадаются на отдельные элементы: цинк и другие составные части.  Полученный цинковый концентрат подвергают обжигу.

Характеристики цинка: физические и химические свойства

 Цвет цинка — сине-белый.

Температура плавления — 419°С.

Температура кипения (переходит в состояние пара) — 913 °С.

В спокойном состоянии — хрупкий металл (плотность цинка 7130 кг/м³).

Пластичность появляется при 100°С.

Атомная масса цинка — 65.382 а.е.м.

Цинк образует кислородные соединения, оксидируется и образует пленку.

Цинк не вступает в реакцию с щелочами и кислотами.

 Такие свойства делают цинк уникальным металлом. При разных температурах он меняет свое состояние.

Области применения цинка

Основными производственными сферами использования цинка являются:

• Получение сплавов с добавлением цинка;
• Производство оцинкованной стали;
• Цинк является основным легирующим элементом для латуни;
• Производство химикатов.

Также металл находит широкое применение в прочих производствах:

• Данный металл используется для извлечения золота и серебра.
• При помощи цинка производят энергоемкие воздушные и автомобильные аккумуляторы.
• Цинк является важным элементов при создании аккумуляторов и батареек.
• Селенид цинка участвует в производстве оптических стекол.
• Используется в качестве антикоррозийного материала.
• Сульфиды и окиси цинка применяются для создания гибких экранов, деталей автомобилей и оружия.
• Металл применяется для производства цинковых матриц в сфере полиграфической печати.
• Сульфид цинка обнаруживает лучи радиации.
• В состав многих красящих смесей для ремонта входит цинк, в особенности в белила и белую краску.
• При производстве бытовых оцинкованных изделий: ведра, тазы, посуда.

Цинк в медицине

Биологическая роль и функции цинка в организме

Согласно исследованиям ученых, в организме взрослого человека цинк содержится в размере:

• у женщин — 1,5 грамма
• у мужчин — 2,5-3 грамма

Процентное соотношение цинка в организме:

• в коже — 20%
• в костно-мышечной системе — 60%

Основная функция элемента для человеческого организма — это формирование карбоангидраза в эритроцитах для поддержания кислотно-щелочного равновесия. Этот белок обеспечивает преобразование углекислого газа и обратное его перемещение в легкие для последующего выдоха. Цинк, будучи частью 400 пищеварительных ферментов, влияет на полноценное усвоение микроэлементов из пищи.

Помимо основного свойства, цинк выполняет следующие функции:

• Влияет на синтез гормонов. Цинк оказывает влияние на: активность тройных гормонов гипофиза; обмен липидов и холестерина; действие инсулина в крови.
• Есть данные об участии металла в кроветворении, в формировании новых клеток. Это важные функции в период роста и для регенерации тканей.
• Для мужчин особо важен этот микроэлемент, поскольку активно способствует выработке тестостерона. Цинк стимулирует образование семенной жидкости и оказывает положительное влияние на здоровье простаты.
• Является антиоксидантом, нейтрализует действие токсинов и свободных радикалов, предотвращая развитие рака.
• Цинк управляет воспроизводством ДНК и РНК.
• Участвует в синтезе коллагена. Этот фибриллярный белок составляет основу соединительной ткани: суставы, сухожилия, кожа, кости, хрящи. Обеспечивает их прочность и эластичность.
• Цинк «успокаивает» нервную систему, улучшает умственную деятельность, положительно влияет на сон.
• Цинк — ключ к иммунитету. Участвует в метаболизме витаминов А, С, Е, помогает при борьбе с проявлениями аллергии.

Продукты питания, богатые цинком

Цинк из пищи и витаминов всасывается в верхней части кишечника посредством белковых соединений из желудочного сока. Этот микроэлемент обязательно должен быть в рационе мужчин, беременных, кормящих женщин и детей в период их активного роста.

ТОП-10 продуктов питания по содержанию цинка в мкг на 100 грамм:

1.	Зародыши пшеницы	17.000
2.	Семена кунжута	7.800
3.	Овсянка	6.200
4.	Яичный желток	5.600
5.	Говяжья печень	5.000
6.	Арахис	4.800
7.	Горох лущеный	2.440
8.	Мясо кролика	2.300
9.	Цельнозерновой пшеничный хлеб	2.130
10.	Гречневая крупа	2.000

Суточная норма потребления цинка

При правильном питании гипоцинкоз (недостаток цинка) человеку не опасен. Лишь при возникновении проблем с всасыванием солей цинка из кишечника и выведением его из организма, могут возникать нарушения обменного характера.

Недостаток цинка часто встречается у детей в период активного роста и у младенцев на грудном вскармливании. В молоке, к сожалению, малое количество необходимого для развития элемента.

У больных сахарным диабетом наблюдается повышенное выделение цинка с мочой и, соответственно, более низкое его содержание в организме.

Для повышения уровня цинка в организме рекомендуется не только добавлять в рацион продукты, богатые этим элементом, но и принимать цинкосодержащие препараты.

Рекомендуемые суточные дозы цинка в зависимости от пола и возраста:

• Новорожденные — 2 мг
• Малыши от 6 мес. до 5 лет — 3 мг
• Дели до 8 лет — 5 мг
• Подростки 8-14 лет — 8 мг
• Мужчины — 15 мг
• Женщины — 10 мг
• Беременные женщины — 15 мг
• Кормящие мамы — до 20 мг

Цинк — незаменимый питательный элемент, обладающий антиоксидантными и противовоспалительными свойствами, участвующий во множестве биологических процессов человеческого организма.