Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Цинк



План:


Введення

Цинк - елемент побічної підгрупи другої групи, четвертого періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 30. Позначається символом Zn ( лат. Zincum ). Проста речовина цинк ( CAS-номер : 7440-66-6) при нормальних умовах - тендітний перехідний метал голубувато-білого кольору (тьмяніє на повітрі, покриваючись тонким шаром оксиду цинку).


1. Історія

Сплав цинку з міддю - латунь - був відомий ще в Стародавній Греції, Стародавньому Єгипті, Індії ( VII ст.), Китаї ( XI ст.). Довгий час не вдавалося виділити чистий цинк. В 1746 А. С. Маргграф розробив спосіб отримання чистого цинку шляхом прожарювання суміші його окису з вугіллям без доступу повітря в глиняних вогнетривких ретортах з подальшою конденсацією парів цинку в холодильниках. У промисловому масштабі виплавка цинку почалася в XVII ст.


2. Походження назви

Слово "цинк" вперше зустрічається в працях Парацельса, який назвав цей метал словом "zincum" або "zinken" у книзі Liber Mineralium II [2]. Це слово, мабуть, перегукується з ньому. Zinke , Що означає "зубець" (кристали металевого цинку схожі на голки) [3].

3. Знаходження в природі

Найбільш поширений мінерал цинку - сфалерит, чи цинкова обманка. Основний компонент мінералу - сульфід цинку ZnS, а різноманітні домішки надають цієї речовини різноманітні кольори. Мабуть, за це мінерал і називають обманкою. Цинкову обманку вважають первинним мінералом, з якого утворилися інші мінерали елемента № 30: смітсоніт ZnCO 3, цинкіт ZnO, каламін 2ZnO SiO 2 Н 2 O. На Алтаї нерідко можна зустріти смугасту "бурундучную" руду - суміш цинкової обманки і бурого шпату. Шматок такий руди видали справді нагадує принишклого смугастого звіра.

Середній вміст цинку в земній корі (кларк) - 8,3 10 -3% по масі, в основних вивержених породах його дещо більше (1,3 10 -2%), ніж у кислих (6 10 -3%). Відомо 66 мінералів цинку, найважливіші з них - цинкіт, сфалерит, Віллема, каламін, смітсоніт, франк-лініт ZnFe 2 O 4. Цинк - енергійний водний мігрант, особливо характерна його міграція в термальних водах разом зі свинцем. З цих вод осідають сульфіди цинку, що мають важливе промислове значення. Цинк також енергійно мігрує в поверхневих і підземних водах, головним осадителем для нього є H 2 S, меншу роль грає сорбція глинами та інші процеси. Цинк - важливий біогенний елемент, в живу речовину міститься в середньому 5 10 -4% цинку, але є і організми-концентратори (наприклад, деякі фіалки).


3.1. Родовища

Родовища цинку відомі в Австралії, Болівії [4].

4. Отримання

Цинк в природі як самородний метал не зустрічається. Цинк добувають з поліметалічних руд, що містять 1-4% Zn у вигляді сульфіду, а також Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руди збагачують селективної флотацією, отримуючи цинкові концентрати (50-60% Zn) і одночасно свинцеві, мідні, а іноді також піритні концентрати. Цинкові концентрати обпалюють в печах в киплячому шарі, переводячи сульфід цинку в оксид ZnO; утворюється при цьому сірчистий газ SO 2 витрачається на виробництво сірчаної кислоти. Чистий цинк з оксиду ZnO отримують двома способами. За пирометаллургическими (дистиляційному) способу, який існує здавна, обпалений концентрат піддають спіканню для додання зернистості і газопроникності, а потім відновлюють вугіллям або коксом при 1200-1300 C: ZnO + С = Zn + CO. Утворені при цьому пари металу конденсують і розливають у виливниці. Спочатку відновлення проводили тільки в ретортах з обпаленої глини, що обслуговуються вручну, пізніше стали застосовувати вертикальні механізовані реторти з карборунд, потім - шахтні й дугові електропечі; з свинцево-цинкових концентратів цинк отримують в шахтних печах з дуттям. Продуктивність поступово підвищувалася, але цинк містив до 3% домішок, в тому числі цінний кадмій. Дистиляційний цинк очищають Ліквація (тобто відстоюванням рідкого металу від заліза і частини свинцю при 500 C), досягаючи чистоти 98,7%. Застосовується іноді більш складна і дорога очищення ректифікацією дає метал чистотою 99,995% і дозволяє витягувати кадмій.

Основний спосіб отримання цинку - електролітичний (гідрометалургійний). Обпалені концентрати обробляють сірчаною кислотою; одержуваний сульфатний розчин очищають від домішок (осадженням їх цинковим пилом) і піддають електролізу у ваннах, щільно викладених всередині свинцем або вініпласт. Цинк осідає на алюмінієвих катодах, з яких його щодоби видаляють (здирають) і плавлять в індукційних печах. Зазвичай чистота електролітного цинку 99,95%, повнота вилучення його з концентрату (при обліку переробки відходів) 93-94%. З відходів виробництва отримують цинковий купорос, Pb, Cu, Cd, Au, Ag, іноді також In, Ga, Ge, Tl.


5. Фізичні властивості

У чистому вигляді - досить пластичний сріблясто-білий метал. Володіє гексагональної гратами з параметрами а = 0,26649 нм, с = 0,49431 нм, просторова група P 6 3 / mmc, Z = 2. При кімнатній температурі крихкий, при згинанні пластинки чути тріск від тертя кристалітів (звичайно сильніше, ніж "крик олова "). При 100-150 C цинк пластичний. Домішки, навіть незначні, різко збільшують крихкість цинку. Власна концентрація носіїв заряду в цинку 13,1 10 28 м -3


6. Хімічні властивості

Типовий амфотерний метал. Стандартний електродний потенціал -0,76 В, в ряду стандартних потенціалів розташований до заліза.

На повітрі цинк покривається тонкою плівкою оксиду ZnO. При сильному нагріванні згоряє з утворенням амфотерного білого оксиду ZnO:

2Zn + O 2 = 2ZnO.

Оксид цинку реагує як з розчинами кислот:

ZnO + 2HNO 3 = Zn (NO 3) 2 + H 2 O

так і лугами:

ZnO + 2NaOH = Na 2 ZnO 2 + Н 2 О,

Цинк звичайної чистоти активно реагує з розчинами кислот:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 ↑,

Zn + H 2 SO 4 (разб.) = ZnSO 4 + H 2

і розчинами лугів:

Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 [Zn (OH) 4] + H 2 ↑,

утворюючи гідроксоцінкати. З розчинами кислот і лугів дуже чистий цинк не реагує. Взаємодія починається при додаванні декількох крапель розчину сульфату міді CuSO 4.

При нагріванні цинк реагує з галогенами з утворенням галогенідів ZnHal 2. З фосфором цинк утворює фосфіди Zn 3 P 2 і ZnP 2. З сірої та її аналогами - селеном і телуром - різні халькогенідів, ZnS, ZnSe, ZnSe 2 і ZnTe.

З воднем, азотом, вуглецем, кремнієм і бором цинк безпосередньо не реагує. Нітрид Zn 3 N 2 одержують реакцією цинку з аміаком при 550-600 C.

У водних розчинах іони цинку Zn 2 + утворюють аквакомплексу [Zn (H 2 O) 4] 2 + і [Zn (H 2 O) 6] 2 +.


7. Застосування

Чистий металевий цинк використовується для відновлення благородних металів, що видобуваються підземним вилуговуванням ( золото, срібло). Крім того, цинк використовується для добування срібла, золота (та інших металів) з чорнового свинцю у вигляді інтерметалідів цинку з сріблом і золотом (так званої "сріблястою піни"), що обробляються потім звичайними методами афінажу.

Застосовується для захисту стали від корозії ( оцинковка поверхонь, не схильних до механічних впливів, або металізація - для мостів, ємностей, металоконструкцій).

Цинк використовується як матеріал для негативного електрода в хімічні джерела струму, тобто в батарейках і акумуляторах, наприклад: марганцево-цинковий елемент, срібно-цинковий акумулятор ( ЕРС 1,85 В, 150 Вт год / кг, 650 Вт год / дм , малий опір і колосальні розрядні струми), ртутно-цинковий (ЕРС 1,35 В, 135 Вт год / кг, 550-650 Вт год / дм ), діоксісульфатно-ртутний елемент, йодатна-цинковий елемент, мідно-окисной гальванічний елемент (ЕРС 0,7-1,6 Вольт, 84-127 Вт год / кг, 410-570 Вт год / дм ), хром-цинковий елемент, цинк-хлоросеребряний елемент, нікель-цинковий акумулятор (ЕРС 1,82 Вольт, 95-118 Вт год / кг, 230-295 Вт год / дм ), свинцево-цинковий елемент, цинк-хлорний акумулятор, цинк-бромний акумулятор та ін

Дуже важлива роль цинку в цинк-повітряних акумуляторах, які відрізняються досить високою питомою енергоємністю. Вони перспективні для пуску двигунів (свинцевий акумулятор - 55 Вт год / кг, цинк-повітря - 220-300 Вт год / кг) і для електромобілів (пробіг до 900 км).

Цинк вводиться до складу багатьох твердих припоїв для зниження їх температури плавлення.

Окис цинку широко використовується в медицині як антисептичний і протизапальний засіб. Також окис цинку використовується для виробництва фарби - цинкових білил.

Цинк - важливий компонент латуні. Сплави цинку з алюмінієм і магнієм (ЦАМ, ZAMAK) завдяки порівняно високим механічним і дуже високим ливарним якостям дуже широко використовуються в машинобудуванні для точного лиття. Зокрема, в збройовій справі зі сплаву ZAMAK (-3, -5) іноді відливають затвори пістолетів, особливо розрахованих на використання слабких або травматичних патронів. Також з цинкових сплавів відливають всіляку технічну фурнітуру, на зразок автомобільних ручок, корпуси карбюраторів, масштабні моделі та всілякі мініатюри, а також будь-які інші вироби, що вимагають точного лиття при прийнятній міцності.

Хлорид цинку - важливий флюс для пайки металів і компонент при виробництві фібри.

Сульфід цинку використовується для синтезу люмінофорів тимчасової дії і різного роду люмінесцентними на базі суміші ZnS і CdS. Люмінофори на базі сульфідів цинку і кадмію, також застосовуються в електронній промисловості для виготовлення світних гнучких панелей і екранів в якості електролюмінофоров і складів з коротким часом висвічування.

Теллурід, селенід, фосфід, сульфід цинку - широко застосовуються напівпровідники.

Селенід цинку використовується для виготовлення оптичних стекол з дуже низьким коефіцієнтом поглинання в середньому інфрачервоному діапазоні, наприклад, в вуглекислотних лазерах.

На різні застосування цинку доводиться:

  • цинкування - 45-60%
  • медицина (оксид цинку як антисептик) - 10%
  • виробництво сплавів - 10%
  • виробництво гумових шин - 10%
  • масляні фарби - 10%

7.1. Світове виробництво

Виробництво цинку в світі за 2009 рік склало 11277000 т, що на 3,2% менше ніж у 2008 р. [5]

Список країн з виробництва цинку в 2006 році (на основі "Геологічного огляду Сполучених Штатів") [6] :

Список країн з виробництва цинку
Місце Країна Продуктивність (тонн)
- Map projection-Eckert IV.png Весь світ 10,000,000
1 Flag of the People's Republic of China.svg Китай 2,600,000 [7]
2 Flag of Australia.svg Австралія 1,380,000
3 Flag of Peru.svg Перу 1,201,794
4 Flag of the United States.svg США 727,000
5 Flag of Canada.svg Канада 710,000
6 Flag of Mexico.svg Мексика 480,000 [7]
7 Ірландія Ірландія 425,700
8 Flag of India.svg Індія 420,800
9 Flag of Kazakhstan.svg Казахстан 400,000 [7]
10 Flag of Sweden.svg Швеція 192,400
11 Flag of Russia.svg Росія 190,000 [7]
12 Flag of Brazil.svg Бразилія 176,000 [7]
13 Flag of Bolivia.svg Болівія 175,000 [7]
14 Flag of Poland.svg Польща 135,600
15 Flag of Iran.svg Іран 130,000 [7]
16 Flag of Morocco.svg Марокко 73,000 [7]
17 Flag of Namibia.svg Намібія 68,000 [7]
18 Flag of North Korea.svg Північна Корея 67,000 [7]
19 Flag of Turkey.svg Туреччина 50,000 [7]
20 Flag of Vietnam.svg В'єтнам 48,000 [7]
21 Flag of Thailand.svg Таїланд 45,000 [7]
22 Flag of Honduras.svg Гондурас 37,646
23 Flag of Finland.svg Фінляндія 35,700
24 Flag of South Africa.svg ПАР 34,444
25 Flag of Chile.svg Чилі 31,725
26 Flag of Argentina.svg Аргентина 30,300 [7]
27 Flag of Bulgaria.svg Болгарія 17,300 [7]
28 Flag of Romania.svg Румунія 9,600 [7]
29 Flag of Japan.svg Японія 7,169
30 Flag of Algeria.svg Алжир 5,000 [7]
31 Flag of Saudi Arabia.svg Саудівська Аравія 1,500 [7]
32 Flag of Georgia.svg Грузія 400 [7]
33 Flag of Bosnia and Herzegovina.svg Боснія і Герцеговина 300 [7]
34 Flag of Myanmar.svg М'янма 100 [7]

8. Біологічна роль

Question book-4.svg
У цьому розділі не вистачає інформації.
Інформація повинна бути проверяема, інакше вона може бути поставлена ​​під сумнів і вилучена.
Ви можете відредагувати цю статтю, додавши посилання на авторитетні джерела.
Ця позначка стоїть на статті з 11 травня 2011

Цинк:

  • необхідний для продукції сперми і чоловічих гормонів [8]
  • необхідний для метаболізму вітаміну E, який є попередником статевих гормонів і включається в продукцію тестостерону.
  • важливий для нормальної діяльності простати.
  • бере участь у синтезі різних анаболічних гормонів в організмі, включаючи інсулін, тестостерон і гормон росту [8].
  • необхідний для розщеплення алкоголю в організмі, оскільки входить до складу алкогольдегідрогенази. [8]

8.1. Вміст у продуктах харчування

Серед продуктів, що вживаються в їжу людиною, найбільший вміст цинку - в устрицях. Однак у гарбузовому насінні міститься всього на 26% менше цинку, ніж в устрицях. Наприклад, з'ївши 45 грамів устриць, людина отримає стільки ж цинку, скільки міститься в 60 грамах гарбузового насіння. Практично у всіх хлібних злаках цинк міститься в достатній кількості і в легкозасвоюваній формі. Тому, біологічна потреба організму людини в цинку зазвичай повністю забезпечується щоденним вживанням в їжу цільнозернових продуктів (нерафінованої зерна).

Зміст цинку:

  • ~ 0,25 мг / кг - яблука, апельсини, лимони, інжир, грейпфрути, всі м'ясисті фрукти, зелені овочі, мінеральна вода.
  • ~ 0,31 мг / кг - мед.
  • ~ 2-8 мг / кг - малина, чорна смородина, фініки, велика частина овочів, більшість морських риб, пісна яловичина, молоко, очищений рис, буряк звичайна і цукрова, спаржа, селера, помідори, картопля, редька, хліб.
  • ~ 8-20 мг / кг - деякі зернові, дріжджі, цибулю, часник, неочищений рис, яйця.
  • ~ 20-50 мг / кг - вівсяна та ячмінна мука, какао, патока, яєчний жовток, м'ясо кроликів і курчат, горіхи, горох, квасоля, чечевиця, зелений чай, сушені дріжджі, кальмари.
  • ~ 30-85 мг / кг - яловича печінка, деякі види риб.
  • ~ 130-202 мг / кг - висівки з пшениці, пророслі зерна пшениці, гарбузове насіння, насіння соняшнику.

8.2. Основні прояви дефіциту цинку

Недолік цинку в організмі призводить до ряду розладів. Серед них дратівливість, стомлюваність, втрата пам'яті, депресивні стани, зниження гостроти зору, зменшення маси тіла, накопичення в організмі деяких елементів ( заліза, міді, кадмію, свинцю), зниження рівня інсуліну, алергічні захворювання, анемія та інші [9].

Для оцінки вмісту цинку в організмі визначають його зміст у волоссі, сироватці та цільній крові.


9. Токсичність

При тривалому надходженні в організм у великих кількостях всі солі цинку, особливо сульфати і хлориди, можуть викликати отруєння через токсичність іонів Zn 2 +. 1 грама сульфату цинку ZnSO 4 достатньо, щоб викликати важке отруєння. У побуті хлориди, сульфати і оксид цинку можуть утворюватися при зберіганні харчових продуктів в цинковій та оцинкованої посуді.

Отруєння ZnSO 4 приводить до недокрів'я, затримки росту, безпліддя.

Отруєння оксидом цинку відбувається при вдиханні його парів. Воно проявляється у появі солодкуватого смаку в роті, зниженні або повної втрати апетиту, сильній спразі. З'являється втома, відчуття розбитості, сором і давить біль у грудях, сонливість, сухий кашель.


Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru