Властивості цинку

ЦИНК. (Zinc; від нім. Zinc), Zn – хім. елемент VII групи періодичної системи елементів; ат. н. 30, ат. м. 65,38. Метал сріблясто-блакитного кольору. У з’єднаннях виявляє ступінь окислення +2. Природний Ц. складається з стабільних ізотопів
64Zn (48,89%), 66Zn (27,81%), 67Zn (4,07%), 68Zn (18,61%) і 70Zn (0,62%). З дев’яти радіоактивних ізотопів найважливіший ізотоп 65Zn з періодом напіврозпаду 250 днів. Ц. був відомий ще в далекій давнині. Близько 2500 років тому його отримували в Індії, а потім у Китаї. Вміст цинку в земній корі 2,0-10-2%.
Найважливіший мінерал Ц. сфалерит (цинкова обманка). У вигляді сполук Ц. знаходиться в поліметалічних рудах, що містять свинець, мідь і залізо. Кристалічна решітка Ц. гексагональна щільноупакована з періодами а = 2,664 А і с = 4,946 А. Щільність литого Ц. (т-ра 20 ° С) 7,132 г / НЖ3, після прокатки збільшується, до 7,14, при т-рі 419 ° С становить 6,92; tun 419,5 ° С; гкіп906 ° С; теплота плавлення 1650 кал / моль, теплота випаровування (т-ра 9079 С) 27500 кал / моль; температурний коеф. об’ємного розширення 9,35 • 10-5 (т-ра 20-100 ° С) і 9,81 • 10-5 град-1 (т-ра 200-410 ° С); коеф. теплопровідності (т-ра 20 ° С) 0,265 кал / см • сек град, атомна теплоємність 6,26 (т-ра 100 ° С) І 6,5 кал / г-атом град (т-ра 200 ° С).
Електричний опір (мком • см): 1,39 (т-ра 200 ° С), 5,75 (т-ра 0 ° С), 7,95 (т-ра 100 ° С) і 13,25 (т- ра 300 ° С), температурний коеф. електр. опору в інтервалі т-р від -170 до 25 ° С дорівнює 0,004058 градг \ Пружність пари Ц. (мм рт.ст.): 1,13 X 10-14 (т-ра 25 ° С), 1,26 • 10-3 (т-ра 300 ° С), 1,27 (т-ра 500 ° С), 59,87 (т-ра 700 ° С) і 760 (т-ра 905,4 ° С). Ц. високої чистоти (99,999%) пластичний, легко може бути протягнуть в тонкий дріт. Ц. чистотою 99,9% лрі звичайної т-рі крихкий, при т-рі 100-150 ° С його можна прокатувати в листи, з підвищенням т-ри до 200 ° С він легко перетворюється в порошок. Твердість литого Ц. 30,1- 32,7 кгс / мм2; твердість за мінералогічною шкалою 2,5. При зберіганні на повітрі Ц. тьмяніє, покриваючись тонким шаром оксиду, к-рий оберігає метал від подальшого окислення. У середовищі вологого повітря, особливо при наявності вуглекислого газу або сірчистого ангідриду, Ц. руйнується вже при кімнатній т-рі. При нагріванні на повітрі Ц. згорає, утворюючи оксид білого кольору.
Сухі фтор, хлор і бром не взаємодіють з Ц. на холоду, але при наявності парів води Ц. може запалати з утворенням відповідного галогенида. З сірої Ц. утворює сульфід ZnS. Неорганічні та органічні к-ти утворюють з Ц. відповідні солі: нітрати, сульфати, ацетати та ін. З’єднання Ц. відрізняються амфотерними св-вами. Вони розчиняються в надлишку лугу, утворюючи цинкати. Ц. утворює комплексні сполуки, напр. [Zn (NH3) 2] Cl2, Na2 [Zn (CN) 4). Ц. чистотою 99,9-99,99% легко розчиняється в к-тах, Ц. чистотою 99,999% і вище не розчиняється у к-тах навіть при нагріванні. Ц. утворює сплави з багатьма металами (див. Цинку сплави). Ц. отримують пиро- або гідрометалургійним методом. Цинковий концентрат піддають випалу в печах киплячого шару. Гази, містять сірчистий ангідрид, надходять на произ-во сірчаної к-ти, а обпалений концентрат (за пірометалургійного методу) – в шахтні печі, де Ц. відновлюється до металу вугіллям. За гідрометалургійного методу обпалений концентрат надходить на вилуговування сірчаної к-тій. Отриманий кек йде на доізвлече-ня Ц., а розчин сірчанокислого Ц. на очищення від домішок. Потім очищений розчин сірчанокислого Ц. надходить на електроліз у ванни зі свинцевими анодами і алюмінієвими катодами.
Для здобуття Ц. високої чистоти вдаються до дистиляції, ректифікації, електролітичному рафінування та амальгамного методу. У Ц., очищеному ректифікацією, вміст домішок 1 • 10-5 – 1 • 10-7%. Чистота Ц., попередньо очищеного дистиляцією і подальшої 20-кратної зонної плавкою в струмі азоту, 99,999995%. Ц. використовують для нанесення покриттів (див. Цинкування), виготовлення друкарських сплавів, в металургії – для обессеребренія свинцю і очищення розчинів сірчанокислого цинку. Сплави Ц. з міддю (латуні) знаходять застосування в техніці у вигляді листа, стрічки, труб і дроту, сплави Ц. з міддю і оловом (бронзи) і сплави Ц. з нікелем (мельхіор) прим. в машинобудуванні. Вироби, отримані литтям цинкових сплавів під тиском, використовують в авіаційній, автомобільній та ін. Галузях пром-сті. У середньому один автомобіль містить близько 25 кг цинкових деталей, відлитих під тиском.
Цинковий прокат використовують для произова сухих елементів, друкарських плит і як конструкційний матеріал. Ц. використовують для покриття стартових конструкцій для запуску ракет. Тепло, що виділяється при згоранні палива в ракеті, частково поглинається при випаровуванні цинкового покриття, що охороняє від руйнування металеві частини конструкцій. Фарба з сульфіду Ц. має високі відбивні св-ва і застосовується для фарбування космічних кораблів. Джерелами електр. енергії в космічних кораблях служать цинк-срібні окисні батареї, що володіють високою питомою потужністю. Сульфід Ц. використовується для виявлення альфа-, бета- і гамма-радіації. Антимонід Ц. використовують напівпровідниковій техніці. Окис Ц. застосовують для виготовлення фарби (цинкових білил), в произове гуми, для поліпшення якості гумових шин. Сірчанокислий Ц. використовують произове деяких пластичних мас.
Цинк в природі складається з стабільних ізотопів з масовими числами 64, 66, 68 і 70. У ізотопу Zn (період напіврозпаду 245 днів) і застосовувався як радіоактивний індикатор.
Вміст цинку в літосфері 1,5 • 10⁻³ мас.%, Він зустрічається у вигляді мінералів галмея ZnCO3 і цинкової обманки (сфалериту) ZnS, входить до складу полімерних руд.
Отримання цинку.
Збагачену руду обпалюють, переводячи її в оксид цинку (II):
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 ↑
З оксиду цинк відновлюють вугіллям (воднем):
ZnO + C = Zn + CO ↑
Далі пари цинку конденсують в залізних судинах. Чистий метал отримують електролізом підкисленою розчину сульфату цинку (або інших солей).
Цинк – синювато – білий, пластичний і тягучий метал, але вище температури 200 ° C він стає крихким. У вологому середовищі він покривається захисною плівкою основної солі ZnCo3 • 3Zn (OH) 2.
Цинк розчиняється в розбавлених кислотах (сірчана кислота):
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2 ↑
У лугах утворює тетрагідроксоцінкатов:
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 [Zn (OH) 4] + H2
При високих температурах з’єднується з галогенами, сіркою і фосфором, розкладає воду.
Оксид цинку (II) ZnO – пухкий білий порошок, використовуваний для виготовлення фарби – цинкових білил. Він також амфотерен, розчиняється в кислотах:
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O
і в лугах:
ZnO + 2NaOH + H2O = Na2 [Zn (OH) 4]
У техніці оксид цинку (II) ZnO застосовують як наповнювач каучуку, пластмас, целюлози.
Гідроксид цинку Zn (OH) 2 отримують, діючи лугами на розчини солей цинку:
ZnSO4 + 2NaOH = Zn (OH) 2 ↓ + Na2SO4
Це біле аморфна речовина мало розчинний у воді. Гідроксид цинку поводиться як підстава:
Zn (OH) 2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O
або як кислота:
Zn (OH) 2 + 2NaOH = Na2 [Zn (OH) 4]
Залежно від концентрації лугу крім тетрагідроксоцінкатов можуть вийдуть гексагідроксоцінкати Ba2 [Zn (OH) 6] і т.п.
Гідроксид цинку розчиняється також в водному аміаку з утворенням комплексної сполуки – гідроксиду гексааммінцінка (II):
Zn (OH) 2 + 6NH3 = [Zn (NH3) 6] (OH) 2
Хлорид цинку ZnCl2 використовується при паянні (так як видаляє оксиди з поверхні металів), застосовують в процесі переробки деревини, а також у виробництві фібри і пергаменту.
Сульфат цинку (цинковий купорос) ZnSO4 • 7H2O – основний компонент розчинів для електролітичного цинкування.
Усі солі цинку і сильних кислот гідролізуються у водних розчинах, які набувають кислотну реакцію:
2ZnSO4 + 2H2O ⇄ (ZnOH) 2SO4 + H2SO4
Сульфід цинку ZnS – малорастворимая у воді сіль білого кольору, люминесцирует, використовується для виготовлення світних шкал.
Цинк – один з сільськогосподарських мікроелементів, при недоліку його в грунті у рослин порушується обмін білків і вуглеводів, засмучуються функції окисно – відновних ферментів, може знижуватися вміст хлорофілу. Підживлення цинковими мікродобривами усуває захворювання рослин, сприяє їх зростанню.
Солі цинку використовують у ветеринарії, оксид цинку входить до складу мазей для лікування опіків і виразок. Сульфат і хлорит цинку відомі як припікаючу, в’яжучий і дезинфікуючий засоби. Використовується в сучасних косметичних засобах для боротьби з проблемною шкірою.
Велика кількість металевого цинку витрачається на виготовлення оцинкованого заліза і сплавів (мельхіору, латуні).
Крім того, цинк застосовується при виготовленні цинково – вугільних, марганцово – цинкових і повітряно – цинкових гальванічних елементів.

Посилання на основну публікацію