Цинк

Физические свойства

Цинк - это блестящий голубовато-серый металл. Когда цинк только что разрезан, он имеет беловато-серый цвет. Если его подвергнуть воздействию воздуха, он не будет долго оставаться блестящим. Его температура плавления составляет 419,58 °C (787,24 °F), температура кипения - 907,0 °C (1 664,6 °F), температура охлаждения -419,58 °C (-723,24 °F), а температура замерзания -907,0 °C (-1 600,6 °F). Эта температура ниже, чем у большинства переходных металлов, но выше, чем у олова или свинца. Его можно расплавить на кухонной плите. Он кипит при низкой температуре для металла. Он не магнитный. При небольшом нагревании он становится очень гибким. Если его нагреть сильнее, он становится очень хрупким. Легко образует сплавы с другими металлами.

Химические свойства

Цинк - реактивный металл. Он примерно так же реактивен, как алюминий, и более реактивен, чем большинство более распространенных металлов, таких как железо, медь, никель и хром. Он менее реактивен, чем магний. Цинк может реагировать с кислотами, основаниями и неметаллами. Однако он не ржавеет на воздухе. На поверхности цинка на воздухе образуется покрытие из оксида и карбоната цинка. Это покрытие останавливает коррозию. Кислоты могут растворять это покрытие и вступать в реакцию с металлическим цинком. В результате реакции цинка с кислотой образуется соль цинка(II), например, хлорид цинка, и газообразный водород. Это очень распространенная химическая реакция. Ниже показана реакция с соляной кислотой.

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Цинк может гореть в порошке или в виде мелких кусочков для получения оксида цинка - белого порошка. Пламя имеет яркий сине-зеленый цвет.

2 Zn + O₂ → 2 ZnO

Оксид цинка может растворяться в сильных основаниях. Эта реакция происходит в некоторых батареях, в состав которых входит цинк.

ZnO +₂ HO + 2 OH^- → Zn(OH)₄^2-.

Цинк является халькофилом. Это означает, что он скорее вступит в реакцию с серой и элементами, расположенными ниже его в периодической таблице, чем с кислородом. Именно поэтому наиболее распространенной цинковой рудой является сульфид цинка, а не оксид цинка.

Химические соединения

Цинк может образовывать химические соединения с другими элементами. Эти химические соединения находятся только в одном состоянии окисления: +2. Было найдено соединение +1, но его трудно получить. Других состояний окисления, кроме +1 или +2, не существует. Большинство этих соединений не имеют цвета. Если у них есть цвет, то это не цинк придает цвет.

Хлорид цинка - одно из самых распространенных соединений цинка. Они совершенно не реакционноспособны. При растворении в воде они немного кислые. При нагревании в огне они дают зеленое пламя.

Другими соединениями цинка являются:

• Антимонид цинка, серый полупроводник
• Арсенид цинка, оранжевый полупроводник
• Бромид цинка, защищающий от радиации
• Карбонат цинка, руда цинка
• Фторид цинка
• Гидроксид цинка, используемый в хирургических повязках
• Йодид цинка, используемый при получении рентгеновских снимков
• Нитрат цинка, используемый в качестве протравы
• Оксид цинка, используется в солнцезащитных кремах
• Фосфат цинка, используется в стоматологии
• Сульфат цинка, используется в пигментах
• Сульфид цинка, обычная цинковая руда

В природе встречаются пять изотопов цинка. ⁶⁴Zn - самый распространенный изотоп, составляющий 48,63% встречающегося в природе цинка. Период полураспада этого изотопа составляет 4,3x10¹⁸ лет. Это так долго, что его радиоактивностью можно пренебречь. Аналогично, ⁷⁰
Zn (0,6%) с периодом полураспада 1,3x10¹⁶ лет обычно считается нерадиоактивным. Другие изотопы, встречающиеся в природе, - это ⁶⁶
Zn (28%), ⁶⁷
Zn (4%) и ⁶⁸
Zn (19%).

Цинк не встречается в земной коре в виде металла. Цинк встречается только в виде соединений цинка. Сфалерит, минерал, состоящий из сульфида цинка, является основной рудой цинка. В океане цинка очень мало. Цинковая руда обычно встречается вместе с медной и свинцовой рудами.

Существуют некоторые другие цинковые руды, такие как смитсонит (карбонат цинка) и минерал силикат цинка. Они менее распространены.

Сульфид цинка концентрируется с помощью флотации. Имеется детергент, который собирает сульфид цинка. Примеси опускаются на дно и удаляются. Затем сульфид цинка нагревают на воздухе, чтобы получить оксид цинка и диоксид серы.

2 ZnS + 3 O₂ → 2 ZnO + 2 SO₂

Диоксид серы окисляется до триоксида серы.

2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃

Триоксид серы реагирует с оксидом цинка, образуя сульфат цинка. Таким образом, получается растворимая форма цинка, которую можно переработать.

SO₃ + ZnO → ZnSO₄

Сульфат цинка очищается и подвергается электролизу. В результате электролиза образуются кислород, цинк и серная кислота. В результате получается чистый цинк, который известен как "SHG" или специальный высококачественный.

2 ZnSO₄ + 2₂ HO → 2 Zn + 2 ₂HSO₄ + O₂

Серная кислота повторно используется вместо триоксида серы для выщелачивания большего количества оксида цинка.

Оксид цинка также может быть восстановлен углеродом до металлического цинка и диоксида углерода при высоких температурах. Это доменный процесс, аналогичный тому, как получают железо.

2 ZnO + C → 2 Zn + CO₂

Эта форма цинка дешевле, но не является чистой.

Цинк - четвертый по распространенности металл в мире. Ежегодно производится около 10 миллионов тонн.

В качестве металла

Цинк используется в электрических батареях. Больше всего цинк используется в щелочных элементах и элементах Лекланша. Он становится окисленным и обеспечивает электроны для работы батареи.

Около 59% цинка используется для предотвращения коррозии, что включает цинкование. 47% цинка в мире используется для оцинковки. Это используется для защиты другого металла, обычно железа, от ржавчины. Цинковое покрытие корродирует вместо железа. Цинковое покрытие может быть нанесено на металл двумя способами. Металл можно окунуть в кастрюлю с расплавленным цинком. Цинк также может быть нанесен на металл гальваническим способом. Окунание держится дольше, но имеет пятнистую поверхность, которая, по мнению некоторых, выглядит не очень красиво. Цинк также используется в моторных лодках и трубопроводах для замедления ржавления. Двигатель моторной лодки часто имеет "пулю" из цинка, которая легко ржавеет, но помогает другим металлическим частям двигателя не ржаветь.

Цинк используется в сплавах. Латунь - это сплав меди и цинка. Латунь - самый распространенный сплав цинка. Цинк может образовывать сплавы со многими другими металлами. Цинк-алюминий - это сплав цинка и алюминия, из которого получаются хорошие подшипники. Коммерческая бронза содержит цинк. Иногда теллурид кадмия вступает в реакцию с цинком, чтобы получить полупроводник - теллурид кадмия-цинка. Никель-серебро - еще один сплав цинка.

Цинк может использоваться в трубах трубного органа. В прошлом использовался сплав олова и свинца. Цинк используется в американском пенни, где он имеет лишь тонкий слой меди. Сердцевина - цинк. Более старые пенни полностью изготавливались из бронзы.

Смесь порошкообразного цинка и серы можно использовать для приведения в движение модели ракеты. В результате реакции образуется сульфид цинка, тепло, свет и газы. Цинковый лист используется для изготовления цинковых прутков.

Как соединения цинка

Около 1/4 цинка используется для получения соединений цинка. Оксид цинка можно использовать для изготовления солнцезащитного крема или пигмента краски. Оксид цинка также является полупроводником. Хлорид цинка используется для консервации древесины, чтобы она не гнила. Некоторые фунгициды содержат цинк. Сульфат цинка используется в красителях и пигментах. Сульфид цинка используется в люминесцентных лампах для преобразования ультрафиолетового света в видимый.

В биологии

Для нормальной работы организма человеку требуется небольшое количество цинка. Если человек не получает достаточного количества цинка с пищей, у него может возникнуть дефицит минерала. Почти два миллиарда человек испытывают дефицит цинка. Из-за дефицита цинка человек легче заражается инфекциями. Некоторые люди говорят, что при простуде нужно принимать больше цинка. Другие говорят, что цинк не имеет значения. Существуют лекарства, которые можно использовать при простуде. Люди добавляют крошечные количества соединений цинка в витаминные таблетки и крупы, чтобы убедиться, что они получают достаточно цинка. Большинство однотаблеточных витаминов содержат цинк. Цинк содержится по меньшей мере в 100 ферментах. Он является вторым по распространенности переходным металлом, кроме железа. Цинк также используется мозгом. В человеческом организме содержится от 2 до 4 граммов цинка. Фермент цинка помогает удалять углекислый газ из крови. В пшенице содержится много цинка.

Большое количество металлического цинка токсично. Он может растворяться в кислоте желудка. Когда в пищу употребляется слишком много цинка, в организме снижается уровень меди и железа. Соединения цинка могут вызывать коррозию в желудке. Соединения цинка, попавшие в нос, могут испортить обоняние.

Ионы цинка очень токсичны для рыб и многих вещей, живущих в воде.