Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Введение
Атомный номер 30
Атомная масса 65,409
Плотность, кг/мі 7140
Температура плавления, °С 419,5
Температура кипения, °С 906,2
Теплоемкость, кДж/(кг·°С) 0,383
Электроотрицательность 1,6
Ковалентный радиус, Е 1,25
1-й ионизац. потенциал, эв 9,39
Цинк -- это элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 30. Обозначается символом Zn (лат. Zincum). При нормальных условиях- хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка). При кристаллизации имеет гексагональную решетку. Элемент имеет пять стабильных изотопов с массовыми числами 64, 66, 67, 68 и 70. Самый распространенный 64Zn (48,89 %).
Цинк относится к металлам, широко используемым в самых разнообразных областях народного хозяйства, науки, техники, медицины.
На разные применения цинка приходится:
цинкование -- 45-60 %
медицина (оксид цинка как антисептик) -- 10 %
производство сплавов -- 10 %
производство резиновых шин -- 10 %
масляные краски -- 10 %
также необходим для жизнедеятельности растений животных и человека, т. к. входит в состав некоторых ферментов и гормонов.
1. История открытия
Слово «цинк» встречается в трудах Парацельса и других исследователей 16-17 вв. и восходит, возможно, к древнегерманскому «цинко» -- налет, бельмо на глазу. Название этого металла за его историю несколько раз менялось. Слово «цинк» в России ввел М. В. Ломоносов в 1742 г.
Когда впервые был выплавлен металлический цинк, точно не установлено, но исторические документы говорят о том, что в Индии его получали еще в V в. до н.э. Сплав цинка с медью -- латунь -- был известен в Древней Греции, Древнем Египте, Индии, Китае.
В XVI в. были предприняты первые попытки выплавлять его в заводских условиях. Но производство «не пошло». Технологические трудности оказались непреодолимыми. Цинк пытались получать точно так же, как и другие металлы - руду обжигали, превращая цинк в окись, затем эту окись восстанавливали углем. Цинк, естественно, восстанавливался, взаимодействуя с углем, но не выплавлялся потому, что этот металл уже в плавильной печи испарялся - температура его кипения всего 906°C. 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.
В промышленном масштабе выплавка цинка началась также в XVIII в. В 1743 году в Бристоле вступил в строй первый цинковый завод, основанный Уильямом Чемпионом, где получение цинка проводилось дистилляционным способом. Продукция быстро проникла в Бельгию и Силезию. В 1746 А. С. Маргграф в Германии разработал похожий на способ Чемпиона дистилляционный способ получения чистого цинка путём прокаливания смеси его окиси с углём без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров цинка в холодильниках. Маргграф описал свой метод во всех деталях и этим заложил основы теории производства цинка. Поэтому его часто называют первооткрывателем цинка.
2. Месторождения цинка в природе
Цинк присутствует не только в горных породах и почве, но также и в воздухе, воде и биосфере. 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%), в воде Мирового океана- 0,01 мг/л. Цинк, как один из биогенных элементов постоянно присутствует в тканях животных и растений. Среднее содержание этого металла в большинстве живых организмов планеты -- 5*10-4 %.
Самородный цинк в природе не найден. Цинк встречается в рудах главным образом в виде соединений. Соединения этого металла входят в состав полиметаллических руд. Только после обогащения цинковые концентраты содержат от 48 до 65 % цинка, до 12 % железа, до 2 % меди, до 2 % свинца и, кроме того доли процента рассеянных и редких металлов.
Основные минералы цинка:
ZnS - сфалерит (цинковая обманка), содержит 67,1 % цинка, цвет - желтый, бурый, чёрный;
nZnS·mFeS - марматит, содержит более 60 % цинка, буровато-черный цвет;
ZnO - цинкит, содержит 80,3 % цинка, темно-красный цвет;
ZnCO3 - смитсонит, содержит 64,8 % ZnO, белый, серый, зеленоватый цвет;
Zn2SiO4(2ZnO·SiO2) - виллемит, содержит 73 % ZnO, белый, желтый, зеленоватый цвет;
H2Zn2SiO5(2ZnO·SiO2·H2 O) - каламин, содержит 67,5 % ZnO, белый, желтый, цвет;
ZnSO4 - цинкозит, содержит 50,3 % ZnO, в природе встречается редко;
ZnSO4·7H2O - госларит, содержит 28,2 % ZnO, белый или красноватый цвет.
Цинк активно переносится водными потоками, особенно такая миграция этого металла характерна для термальных вод, где цинк переносится вместе со свинцом. Впоследствии из таких потоков осаждаются сульфиды цинка, которые занимают важнейшее место в промышленности.
Цинковые месторождения руды широко распространены во всем мире. Цинковые руды добываются более чем в 50 странах.
Китай, Австралия, Перу, Европа и Канада - лидеры по добыче цинка в мире.
В рудах цинк обычно соседствует со свинцом и другими металлами, включая медь, золото и серебро.
Самый распространенный цинковый минерал - сфалерит (ZnS), также известный как цинковый сфалерит, который присутствует практически во всех разрабатываемых в настоящее время месторождениях цинка. Цинковые руды, расположенные близко к поверхности земли, часто представляют из себя оксиды и карбонаты.
Мировые запасы цинка на Земле составляют около 1900 млн. тонн, резервы (доступные для добычи) - примерно 250 млн. тонн. Крупнейшие запасы цинка находятся в Австралии (22,4% от общего количества) и Китае (17,2%).
Запасы на месторождениях цинка в 2010 году, тыс.тонн
Сырьевые ресурсы России
Несмотря на то, что доля России в мировых запасах цинка составляет 14%, ее доля в мировом производстве этого металла гораздо скромнее и составляет лишь около 3%. Это объясняется недостаточной разработанностью имеющихся месторождений.
Примерно 82 % запасов находится в месторождениях Восточно-Сибирского и Уральского регионов, других 18 % -- в пределах Западно-Сибирского, Дальневосточного и Северо-Кавказского регионов. Наиболее крупные месторождения цинка в России: Холоднинское, Озерное, Корбалихинское, Гайское, Узельгинское, Учалинское и Николаевское.
Около 80% цинковых месторождений - подземные, 8% располагаются на поверхности, а остальные - комбинированный тип. Однако, с точки зрения объема производства, из карьеров добывается 15%, из подземных шахт производится 64% руды, а 21% добычи приходится на комбинированные разработки.
В настоящее время только приблизительно 60% потребляемого в мире цинка происходит из добытых руд, остальные 40% получаются после переработки цинксодержащих отходов и металлического лома. Уровень переработки в мире увеличивается каждый год. В мире на сегодняшний день собирается и перерабатывается более 90% цинксодержащих отходов. Обычно это отходы производства, либо отслужившие свой срок сооружения, конструкции, машины, оборудование и бытовая техника.
Цинк в чистом виде -- довольно пластичный серебристо-белый металл. Обладает гексагональной решеткой. При комнатной температуре хрупок, при сгибании пластинки слышен треск от трения кристаллитов, в литом состоянии малопластичен, но уже при 100--150°C легко подвергается обработке давлением -- прессованию, штамповке и глубокой вытяжке, прокатывается в тонкие листы, фольгу толщиной около сотых долей миллиметра, проволоку. При дальнейшем нагревании (выше 200° C) цинк становится очень хрупким -- вплоть до истончения в порошок. Примеси, даже незначительные, резко увеличивают хрупкость цинка.
Свойства:
атомный радиус этого элемента: -1,37Е, ионный- Zn2+ -0,83Е;
обладает гексагональной решеткой с параметрами:
а = 0,26649 нм, с = 0,49468 нм;
плотность, г/см3: в твердом состоянии при 20°С - 7,1 - 7,2, в жидком состоянии при 450°С -6,6;
температура, плавления, °С: - 419,4, кипения- 905,4;
теплота, кДж/кг: плавления - 100,8, испарения - 1,75;
теплоемкость, Дж/(кг.К): в твердом состоянии при 20°С -394, в жидком состоянии при 450°С -502;
теплопроводность, Вт/(м.К): в твердом состоянии при 20°С -111, в жидком состоянии при 450°С - 60;
удельная электропроводность, при 20°С, (МСм/м) -15,9;
удельное электросопротивление, мк Ом.м: в твердом состоянии при 20°С -0,059, в жидком состоянии при 420°С - 0,354;
коэффициент линейного расширения в интервале температур 20-200°С, К-1 -29,8.10-6
температурный коэффициент теплопроводности, К-1 - 0Д5.10-3
температурный коэффициент электросопротивления, К"1 - 4,17.10-3
магнитные характеристики - диамагнитен;
4. Химические свойства
Внешняя электронная конфигурация атома Zn- 3d104s2. Степень окисления в соединениях +2. Нормальный окислительно-восстановительный потенциал, равный 0,76 в, характеризует цинк как активный металл и энергичный восстановитель. На воздухе при температуре до 100 °С цинк быстро тускнеет, покрываясь поверхностной пленкой основных карбонатов. Во влажном воздухе, особенно в присутствии СО2, происходит разрушение металла с образованием основного гидрокарбоната цинка даже при обычных температурах.
При температуре красного каления он может окислиться парами воды с выделением водорода и двуокиси углерода. При достаточном нагревании на воздухе сгорает ярким зеленовато-синим пламенем с образованием окиси цинка с значительным выделением энергии.
В соответствии с местом, занимаемым цинком в ряду напряжений, он легко растворяется в разбавленных кислотах с выделением водорода. При этом концентрированная кислота восстанавливается до окислов азота, разбавленная -- до аммиака. Растворение в конц. H3S04 сопровождается выделением не водорода, а двуокиси серы.
Смесь порошка цинка с серой при нагревании реагирует со взрывом.
С азотом даже в парах цинк не взаимодействует, но довольно легко при температуре красного каления реагирует с аммиаком, образуя нитрид цинка- Zn3Na.
Карбид цинка ZnC, образуется при нагревании цинка в токе ацетилена, разлагается водой и разбавленными кислотами.
При нагревании металлического цинка в парах фосфора до 440--780°С образуются фосфиды- Zn3Ps и ZnP2.
В расплавленном состоянии цинк неограниченно смешивается со многими металлами: Си, Ag, Аи, Cd, Hg, Са, Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Al, Sn.
Со многими металлами цинк образует соединения, например: Си, Ag, Аи, Mn, Fe, Со, Ni, Pf, Pd, Rh, Sb, Mg, Ca, Li, Na, K.
Цинк довольно легко растворяется в щелочах, а также водных растворах аммиака и хлорида аммония, особенно при нагревании. Скорость растворения цинка не только в щелочах, но и в кислотах зависит от его чистоты. Очень чистый цинк растворяется медленно, а для ускорения процесса рекомендуется вводить в раствор несколько капель сильно разбавленного раствора сульфата меди (возникновение гальванических пар).
Взаимодействие с неметаллами
При сильном нагревании на воздухе сгорает ярким голубоватым пламенем с образованием оксида цинка:
При поджигании энергично реагирует с серой:
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 с водой
Реагирует с парами воды при температуре красного каления с образованием оксида цинка и водорода:
Zn + H2O = ZnO + H2
Взаимодействие 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 со щелочами
Реагирует с растворами щелочей с образованием гидроксокомплексов:
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 + 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 = (OH)2 + H2
Взаимодействие 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
5. Соединения цинка
Оксид цинка является самым важным промышленным цинксодержащим соединением. Будучи побочным продуктом производства латуни, он стал известен раньше, чем сам металл. Оксид цинка получают, сжигая на воздухе пары цинка, образующиеся при плавке руды. Более чистый и белый продукт производят сжиганием паров, полученных из предварительно очищенного цинка.
Обычно оксид цинка - это белый тонкий порошок. При нагревании его окраска меняется на жёлтую в результате удаления кислорода из кристаллической решётки. Добавляя в оксид цинка 0,02-0,03%-ный избыток металлического цинка, можно получить целый спектр цветов - желтый, зеленый, коричневый, красный, однако красноватые оттенки природной формы оксида цинка - цинкита - появляются по другой причине: за счет присутствия марганца или железа. Оксид цинка ZnO амфотерен; он растворяется в кислотах с образованием солей цинка и в щелочах с образованием гидроксоцинкатов, таких как - и 2-.
Основное промышленное применение оксида цинка - производство резины, в котором он сокращает время вулканизации исходного каучука.
Оксид цинка увеличивает срок жизни стекла и поэтому используется в производстве специальных стекол, эмалей и глазурей. Еще одна важная область применения - в составе нейтрализующих косметических паст и фармацевтических препаратов.
Гидроксид цинка образуется в виде студенистого белого осадка при добавлении щелочи к водным растворам солей цинка. Гидроксид цинка, так же как и оксид, амфотерен:
Zn(OH)2 + 2OH- = 2-
Сульфид цинка выделяется в виде белого осадка при взаимодействии растворимых сульфидов и солей цинка в водном растворе. В кислотной среде осадок сульфида цинка не выпадает. Сероводородная вода осаждает сульфид цинка лишь в присутствии анионов слабых кислот, например, ацетат-ионов, которые понижают кислотность среды, что приводит к повышению концентрации сульфид-ионов в растворе.
Сфалерит является наиболее распространенным минералом цинка и главным источником металла, однако известна и вторая природная, хотя и намного более редкая форма- вюрцит, более устойчивая при высокой температуре. Чистый сульфид цинка - белый и, подобно оксиду цинка, применяется как пигмент, для этого его часто получают вместе с сульфатом бария при взаимодействии водных растворов сульфата цинка и сульфида бария.
Свежеосажденный сульфид цинка легко растворяется в минеральных кислотах с выделением сероводорода:
ZnS + 2H3O+ = Zn2+ + H2S + 2H2O
Однако прокаливание делает его менее реакционноспособным, и поэтому он является подходящим пигментом в красках для детских игрушек, так как безвреден при проглатывании. Кроме того, у сульфида цинка интересные оптические свойства. Он становится серым при действии ультрафиолетового излучения.
Хлорид цинка является одним из важных соединений цинка в промышленности. Его получают действием соляной кислоты на вторичное сырье или обожженную руду.
Концентрированные водные растворы хлорида цинка растворяют крахмал, целлюлозу (поэтому их нельзя фильтровать через бумагу) и шёлк. Его применяют в производстве текстиля, кроме того, он используется как антисептик для древесины и при изготовлении пергамента.
Поскольку в расплаве хлорид цинка легко растворяет оксиды других металлов, его используют в ряде металлургических флюсов. С помощью раствора хлорида цинка очищают металлы перед пайкой.
6. Производство цинка
Известно, что чисто цинковые руды в природе почти не встречаются. Соединения цинка входят в состав полиметаллических руд, обычно содержащих 1-5 % Zn, поэтому их предварительно обогащают, получая цинковый концентрат, который может содержать 50-65 % цинка, до 12 % железа, до 2 % меди, до 2 % свинца, плюс доли процента рассеянных и редких металлов. Такой сложный состав цинковых концентратов и руд -- одна из причин, по которым цинковое производство так долго зарождалось. Современные технологии до сих пор сталкиваются с проблемами переработки полиметаллических руд цинка.
Цинковые концентраты подвергают обжигу, при этом сульфид цинка превращается в оксид:
2ZnS + 2O2 = 2ZnO + 2SO2^
Получение же чистого металлического цинка из оксида возможно двумя способами.
На данный момент электролитический или гидрометаллургический является основным способом получения цинка. Он заключается в электролитическом выделении цинка из сульфата, который получается обработкой обожженных концентратов серной кислотой. Получившийся сульфатный раствор очищают от примесей -- путем осаждения их цинковой пылью -- затем электролизуют в специальных ваннах, поверхность которых выложена свинцом или винипластом. Затем цинк осаждается на алюминиевых катодах, откуда его ежесуточно удаляют для дальнейшей переплавки в индукционных печах.
При таком методе получения цинка удается выработать руду на 93-94 % (если перерабатывать отходы), то есть извлечение цинка происходит почти на 100 %. Притом, что чистота получаемого металла составляет 99,95 %. Из отходов такого производства можно получить цинковый купорос, а также кадмий, свинец, медь и даже золото и серебро. Иногда получают In, Ga, Ge, Tl.
Другой способ (существующий издавна) получения металлического цинка -- пирометаллургический или дистилляционный. Этот метод заключается в следующем. Сквозь слой дробленой руды (порошкообразного состояния), размещенной на решетке, подают снизу воздух или какой-нибудь газ с такой скоростью, что его струи проходят сквозь материал, интенсивно перемешивая его. Получается как бы «кипение» порошкообразной руды, которая находится в «псевдоожиженном» состоянии, ведь кипеть могут только жидкости. Из обожженного концентрата цинк извлекают, восстанавливая его коксом при температуре 1200-1300° и конденсируя образующиеся пары цинка с последующим разлитием их в изложницы.
Ранее восстановление проводили в ретортах из обожженной глины, которые приходилось обслуживать вручную, позднее их заменили вертикальные механизированные реторты из огнеупорного материала -- карборунда.
За счет плотного контакта твердых частиц руды и газа химические реакции в «кипящем слое» протекают с очень большой скоростью. Применение обжига в «кипящем слое» дает повышение производительности печей в 3-4 раза при более тщательном извлечении цинка из концентрата.
Этот метод очень эффективен при обжиге сульфидных руд и концентратов, сублимации сравнительно летучих металлов, прокаливании, охлаждении и сушке различных веществ.
Из свинцово-цинковых концентратов цинк получают в шахтных печах. Дистилляционный цинк очищают ликвацией (разделение жидкого цинка от железа и части свинца при температуре 500°C). При такой очистке удается достигнуть чистоты металла 98,7 %.
Иногда применяется более сложная и дорогостоящая очистка ректификацией, которая дает металл чистоты 99,995 %, позволяя извлекать ценный кадмий.
цинк дистилляционный химический
7. Применение
Спрос на металл в последние годы имел растущую динамику, что в первую очередь объясняется обширным применением цинка в различных отраслях экономики - автомобилестроении, металлургии, авиации, трубной промышленности, машиностроении, строительстве, медицине и при производстве резинотехнических изделий и лакокрасочных материалов.
Более половины производимого в мире цинка расходуется на защиту сталей от коррозии -- оцинкование. Механизм этой защиты иной, чем у других антикоррозионных покрытий: кобальта, никеля, кадмия, олова -- все эти элементы в ряду активности металлов стоят после железа. Это значит, что они химически более стойки, чем железо, они «прикрывают» стальную поверхность от воздействия окружающей среды. Цинк же, наоборот, химически активнее, чем железо, он реагирует с агрессивными компонентами атмосферы раньше. Получается, что цинк не просто механически защищает железо от внешних воздействий, он его химически защищает. При возникающем электрохимическом процессе разрушается цинк, сохраняя в безопасности основной металл. Такое покрытие будет эффективно работать, даже если произошло нарушение целостности -- скол или царапина.
Оцинкованная жесть применяется в качестве кровельного материала, идет на изготовление предметов находящихся в частом контакте с водой (ведра, баки).
Велико значение и сплавов цинка с другими металлами. Так давно известная латунь (сплав меди и цинка) идет на изготовление конденсаторных трубок, патронных гильз, различной запорной арматуры, радиаторов и многого другого. Введенный в определенных концентрациях цинк всегда улучшает механические свойства меди (ее прочность, пластичность, коррозионную стойкость). Кроме того, такое введение удешевляет сплав - ведь цинк намного дешевле меди.
Цинковые сплавы стали использоваться в полиграфии, постепенно вытесняя сурьмяно-оловянно-свинцовый сплав гарт для отливки шрифтов. Теперь все чаще стали использовать сплав № 3, содержащий 95 % цинка, 3 % алюминия и магний. Из цинка делают клише, позволяющие воспроизвести в печати рисунки и фотографии.
Чистый цинк в виде пыли применяют для вытеснения золота и серебра из цианистых растворов; для очистки раствора сульфата цинка от меди и кадмия. Цинк применяется при отделении свинца от благородных металлов, так как образует с ними интерметаллиды нерастворимые в жидком свинце.
В пиротехнике цинковую пыль применяют, чтобы получить голубое пламя. Порошкообразный цинк используют в приготовлении специальной защитной краски для технических объектов и строений.
Листы из чистого цинка широко применяют в производстве гальванических элементов.
Большое применение находят соединения цинка. Основное промышленное применение оксида цинка ZnO -- производство резины, в котором он сокращает время вулканизации исходного каучука. При смешивании с олифой оксид цинка превращается в цинковые белила, используемые малярами. Кроме того, ZnO увеличивает срок жизни стекла и поэтому используется в производстве специальных стекол, эмалей и глазурей. Еще одна важная область применения -- в составе нейтрализующих косметических паст и фармацевтических препаратов.
Хлорид цинка ZnCl2 применяют в производстве текстиля, кроме того, он используется как антисептик для древесины и при изготовлении пергамента.
Хлорид цинка используют в ряде металлургических флюсов. С помощью раствора ZnCl2 очищают металлы перед пайкой.
8. Токсичность цинка
Цинк проявляет токсические свойства в дозе 150-600 мг, летальная доза - 6 г. В производственных условиях везде, где цинк нагрет выше температуры плавления (419,5° C), в воздухе может быть окись цинка; она ядовита, при вдыхании вызывает так называемую литейную лихорадку, выражающуюся в ознобе, головной боли, тошноте, кашле. Предельно допустимая концентрация для оксида цинка 0,5 мг/м3. Чистый цинк для человека не опасен, редко наблюдающиеся случаи отравления обычно связаны с техническим цинком, загрязненным примесями мышьяка, сурьмы и свинца. С точки зрения физиологии цинк -- необходимый элемент как для человека и животных, так и для растений.
9. Цинк и его роль в организме человека
Цинк необходим для нормального функционирования любой клетки организма. В норме в организме человека должно содержаться около 2-3 г цинка. Большая его часть находится в коже, печени, почках, в сетчатке глаза, в волосах, а у мужчин, кроме того, в предстательной железе.
Цинк является одним из жизненно важных микроэлементов:
входит в состав более 40 металлоферментов, связанных с дыханием и другими физиологическими процессами. Они катализируют гидролиз пептидов, белков, некоторых эфиров и альдегидов;
является компонентом таких жизненно важных гормонов, как инсулин;
необходим для образования эритроцитов и других форменных элементов крови;
играет существенную роль в синтезе молекул информационной РНК на соответствующих участка ДНК (транскрипция), в функционировании Т-клеточного звена иммунитета, в метаболизме липидов и белков, в стабилизации рибосом и биополимеров;
участвует в обмене углеводов за счет инсулина, кроме того, витамин A усваивается организмом только в присутствии цинка, витамины C и E слабоусвояемы без этого элемента;
входит в состав ферментов и комплексов, обеспечивающих важнейшие физиологические функции организма:
Образование, рост и метаболизм (обмен веществ) клеток, синтез белков, заживление ран;
Активизацию иммунных реакций, направленных против бактерий, вирусов, опухолевых клеток;
Усвоение углеводов и жиров;
Поддержание и улучшение памяти;
Поддержание вкусовой и обонятельной чувствительности;
Формирование костей
Обеспечение стабильности сетчатки и прозрачности хрусталика глаза;
Нормальное развитие и функционирование половых органов.
Человек получает цинк главным образом с пищей. Организму необходимо 10-20 мг этого минерала в день. Он содержится в таких продуктах, как: морковь, свекла, картофель, вишня, сливы, яблоки, капуста, чеснок, грибы, бобовые, зерновые, орехи, яйца, сыр, молоко, морепродукты, мясо.
Низкий уровень цинка в крови характерен для ряда заболеваний: атеросклероз, цирроз печени, рак, болезни сердца, ревматизм, артрит, диабет, язвенная болезнь желудка и 12-перстной кишки, язвы на теле.
При передозировке цинка наблюдаются приступы слабости, опасность отравления, т. к. цинк проявляет токсические свойства в дозе 150-600 мг, летальная доза - 6 г. Может быть канцерогенен. Оксид цинка и его металлическая пыль вызывают патологические изменения в легких. При попадании на кожу соединений этого металла возникают экзема и дерматит.
Необходимость цинка в жизни человека
Цинк является одним из самых распространенных металлов в промышленности. Из-за своих характеристик он очень легок в обработке давлением или высокими температурами, широко используется в самых разнообразных областях народного хозяйства, науки, техники, медицины.
Спрос на металл остается высоким, благодаря бурному росту производства антикоррозионных покрытий. Цинковое покрытие часто оказывается более надежным, нежели остальные, потому что цинк не просто механически защищает железо от внешних воздействий, он его химически защищает.
Также цинк - один из наиболее важных биологически активных элементов и необходим для всех форм жизни.
Тело человека содержит около 2 г цинка. Хотя цинксодержащие ферменты присутствуют в большинстве клеток, его концентрация очень мала и поэтому довольно поздно стало понятно, насколько важен этот элемент; необходимость и незаменимость цинка для человека была установлена 100 лет тому назад.
Изучение цинка всё ещё продолжается. Хоть этот металл и неприметен, дешев, но цинку в мире нашли тысячи применений.
Список литературы
1. Живописцев В.П, Селезнёва Е.А. Аналитическая химия элементов. «Наука» Москва 1975.- 543с.
2. Популярная библиотека химических элементов. М., Наука, 1977
3. Свойства химических элементов- Справочник химика. Цинк- chem100.ru
4. Казаков Б.И. Металл из Атлантиды(о цинке). М.: Металлургия, 1984- 128с.
5. Популярная библиотека химических элементов. Цинк- http://n-t.ru/ri/ps/
6. Зефиров Н. С. (гл. ред.) Химическая энциклопедия: в 5 т. -- Москва: Большая Российская энциклопедия, 1999. -- Т. 5. -- 378с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Распространение цинка в природе, его промышленное извлечение. Сырьё для получения цинка, способы его получения. Основные минералы цинка, его физические и химические свойства. Область применения цинка. Содержание цинка в земной коре. Добыча цинка В России.
реферат , добавлен 12.11.2010
Положение цинка, фосфата кадмия и ртути в периодической системе Д.И. Менделеева. Распространение их в природе, физические и химические свойства. Получение фосфорнокислого цинка. Синтезирование и изучение окислительно-восстановительных свойств цинка.
курсовая работа , добавлен 12.10.2014
Физические, химические свойства и применение цинка. Вещественный состав цинкосодержащих руд и концентратов. Способы переработки цинкового концентрата. Электроосаждение цинка: основные показатели процесса электролиза, его осуществление и обслуживание.
курсовая работа , добавлен 08.07.2012
Особенности влияния различных примесей на строение кристаллической решетки селенида цинка, характеристика его физико-химических свойств. Легирование селенида цинка, диффузия примесей. Применение селенида цинка, который легирован различными примесями.
курсовая работа , добавлен 22.01.2017
презентация , добавлен 16.02.2013
Характеристика свойств и строения соединения селенида цинка. Описание особенностей, технологий различных способов его получения. Промышленные принципы легирования полупроводников. Легирующие добавки селенида цинка и описание свойств легированных образцов.
курсовая работа , добавлен 22.01.2017
Общая характеристика элементов подгруппы меди. Основные химические реакции меди и ее соединений. Изучение свойств серебра и золота. Рассмотрение особенностей подгруппы цинка. Получение цинка из руд. Исследование химических свойств цинка и ртути.
презентация , добавлен 19.11.2015
Анализ влияния цинка на качественный и количественный состав микрофлоры в почве урбанизированных экосистем города Калининграда, проведение собственного эксперимента. Выявление группы микроорганизмов, проявляющих устойчивость в высокой концентрации цинка.
курсовая работа , добавлен 20.02.2015
Физико-химическая характеристика кобальта. Комплексные соединения цинка. Изучение сорбционного концентрирования Co в присутствии цинка из хлоридных растворов в наряде ионитов. Технический результат, который достигнут при осуществлении изобретения.
реферат , добавлен 14.10.2014
Характеристика цинка и меди как химических элементов и их место в периодической таблице Менделеева. Получение цинка из полиметаллических руд пирометаллургическим и электролитическим методами. Способы применения меди в электротехнике и производстве.
Цинк – химический элемент II группы периодической системы Менделеева, с атомным номером 30; при обычных условиях – хрупкий металл голубовато-белого цвета.
Сплав цинка с медью (латунь) производился еще древними египтянами и греками, однако чистый цинк был выделен гораздо позже. В промышленном масштабе цинк начали выплавлять только в 17 веке.
Среднее содержание цинка в земной коре составляет 8,3 10-3% по массе, при этом в основных изверженных породах его относительно больше, чем в кислых. Из 55 минералов цинка наиболее важными являются сфалерит (цинковая обманка), цинкит, виллемит, каламин, фракн-линит и смитсонит. Цинк энергично мигрирует в водной среде, особенно в термальных водах вместе со свинцом с последующим осаждением сульфидов цинка. Также цинк мигрирует в подземных и поверхностных водах, осаждаясь за счет воздействия сероводорода и в меньшей степени – за счет сорбции глинами и других процессов.
Цинк имеет среднюю твердость. В холодном состоянии он хрупок, при температуре 100-150С становится пластичным и легко прокатывается в тонкие листы и фольгу, а при 250С к нему вновь возвращается хрупкость. При наличии даже незначительных примесей хрупкость цинка значительно увеличивается. Полиморфных модификаций нет. Кристаллическая решетка – гексагональная, температура плавления 419,46С, температура кипения 906С.
На воздухе цинк медленно покрывается серым защитным слоем карбоната цинка и окиси цинка, что приводит к исчезновению его металлического блеска. Защитная пленка аналогичного состава образуется при повышенной влажности на оцинкованном железе.
При температуре 500С цинк загорается голубовато-синим пламенем. На поверхности возле пламени выпадает оксид цинка – желтый порошок, который при остывании становится белым.
Цинк обычной чистоты взаимодействует с растворами кислот и растворами щелочей с образованием гидроксоцинкатов. Очень чистый цинк не реагирует с растворами ни кислот, ни щелочей. Реакция начинается с добавлением малого количества раствора сульфата меди.
При нагревании цинк взаимодействует с галогенами, образуя галогениды. С серой, селеном и теллуром цинк образует различные халькогениды, с фосфором – фосфиды, а взаимодействие цинка с аммиаком при 550-600С позволяет получить нитрид цинка. С азотом, водородом, углеродом, бором и кремнием не непосредственно не взаимодействует.
Основой для промышленного производства цинка служит цинковый концентрат, извлеченный путем обогащения полиметаллических руд, в которых цинк содержится в виде сульфида. Полученный цинковый концентрат обжигают в печах, обожженный концентрат обрабатывают электролитическим (гидрометаллургическим) или (реже) пирометаллургическим (дистилляционным) способом, что дает возможность получить цинк чистотой 98-99,95%.
Около половины всего мирового производства цинка направляется на защиту стали от коррозии (оцинковку или металлизацию). Чистый металлический цинк применяется для восстановления золота и серебра, добываемых подземным выщелачиванием. Также цинк помогает извлекать серебро и золото из чернового свинца в виде так называемой «серебристой пены» - интерметаллидов цинка, которые затем обрабатываются стандартными методами аффинажа.
Цинк в соединении с другими элементами используется для изготовления отрицательного электрода в химических источниках тока (например, серебряно-цинковый аккумулятор, ртутно-цинковый элемент, марганцево-цинковый элемент и другие). Очень важную роль цинк играет в цинк-воздушных аккумуляторах, отличающихся очень высокой удельной энергоемкостью.
Большое количество цинка требуется для производства латуни и других сплавов. Так, сплавы цинка с магнием и алюминием широко используются в машиностроении, также из цинковых сплавов изготовляют различную техническую фурнитуру и другие изделия.
Оксид цинка используется в медицине в качестве антисептического и противовоспалительного средства, а также применяется для производства краски – цинковых белил. Из других соединений цинка особенно важен сульфид цинка, способный светиться под воздействием электронного луча, что дает возможность использовать его для синтеза люминофоров и люминесцентов.
Люминофоры на основе сульфидов цинка и кадмия применяются в электронной промышленности для покрытия экранов телевизоров, осциллографов и другой аппаратуры.
Cборник готовых к написанию сочинений по русской и зарубежной литературе, рефераты, краткое содержание произведений на сайте сайт на самые разнообразные темы, разных писателей, поэтов: зарубежных, отечественных и мировых, которые своими произведениями покорили не только весь мир но и целую эпоху, произведения которых остаются актуальными и по этот день. Предложенные на сайте сочинения основательно отличаются разработкой и глубиной анализа. Сочинения это ваше небольшое произведение искусства на прочитанный материал в котором вы передаете и описываете те чувства, моменты жизни и ситуации которые пережил персонаж произведения. Давайте посмотрим на готовые сочинения по литературе и русскому языку глазами школьника. Интернет так наполнен информацией, что не знаешь на чем остановиться и как правильно сделать выбор: кто-то нажимает наугад и начинает копаться в непонятной структуре сайтов, и в конечном итоге, переходит на другой сайт и так до бесконечности, а кто-то заходит на свой любимый сайт.
Рефераты и Сочинения по русской и зарубежной литературе
Но, к сожалению, это, немного, усложняет ситуацию в выполнении домашнего задания. Поэтому, вы можете легко из выбранного материала сочинений выбрать вам необходимое. Вам останется добавить немного своих мыслей или собрать из нескольких сочинений одно, поскольку на сайте сайт предоставлены сочинения в нескольких вариантах на одну тему, но под разными названиями. В результате, вы не потеряете много времени на написания роботы и получите отличное сочинение, не похожее ни на одно другое. Сочинения на тему известных русских и зарубежных писателей, поэтов разных эпох, поколений и направлений Л. Н. Толстой, М. Ю. Лермонтов, Ф. М. Достоевский, А. С. Пушкин, А. Ахматова, М. Шолохов, Гомер, и других писателей с большой буквы. Собранные и представленные рефераты по основным учебным дисциплинам подобраны по всем правилам и нормам школьных программ. Это будет Вам дополнительный материал для занятий, контрольных работ и т. д. Пользователям опишу немного о том как правильно пользоваться сайтом. Простой, удобный и бесплатный. Вам не нужно прилагать много усилий для того что бы найти необходимые сочинения, нужно лишь выбрать необходимый раздел наводите курсором на него и щелкаете левой кнопкой мышки. После этого откроется под меню где вы сможете выбрать интересующий вас раздел, а для того что бы в категориях легче было искать нужное сочинения можно воспользоватся поиском по сайту который находится в правом верхнем углу. Вот вкратце и все!!! Желаем вам отличных успехов, легкой учебы и надеемся, что вы получили удовольствия от посещения нашего сайта. Заходите всегда будем рады вашему визиту.
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:
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Цинк представляет собой мягкий серебристо-белый металл (рис. 1) с голубоватым оттенком. Он имеет гексагональную плотнейшую упаковку, в которой расстояния между атомами металла внутри слоя на 10% короче, чем между атомами соседних слоев.
Рис. 1. Цинк. Внешний вид.
При комнатной температуре цинк хрупок, но при нагревании до 100 o С становится пластичным, прокатывается в тонкие листы и вытягивается в проволоку. Дальнейшее нагревание выше 200 o С вновь делает его хрупким. На воздухе он покрывается тонким слоем оксида или основного карбоната, предохраняющим его от дальнейшего окисления. Вода почти не действует на цинк.
Важнейшие константы цинка приведены в таблице ниже.
Таблица 1. Физические свойства и плотность цинка.
Нахождение цинка в природе
Благодаря высокому сродству к сере цинк встречается в земной коре преимущественно в форме сульфидов. По распространенности цинк (7,6×10 -3 %) близок к рубидию и меди. Среди цинксодержащих минералов наибольшее значение имеют сфалерит (ZnS), а также вюрцит — другая полиморфная модификация сульфида. Часто он входит в состав полиметаллических руд, содержащих медь, кадмий и свинец.
Краткое описание химических свойств и плотность цинка
Цинк при хранении на воздухе тускнеет, покрываясь тонким слоем оксида ZnO. Особенно легко окисление протекает при высокой влажности и в присутствии углекислого газа. Пар цинка горит на воздухе, если тонкую пластинку металла накалить в пламени горелки, то она сгорает зеленоватым пламенем с образованием белого дыма оксида.
При повышенной температуре цинк реагирует также с галогенами, серой, фосфором.
Zn + Cl 2 = ZnCl 2 (t > 60 o C);
Zn + S = ZnS (t > 130 o C);
3Zn + 2P = Zn 3 P 2 (t = 400 — 650 o C).
Цинк взаимодействует с кислотами-неокислителями с выделением водорода:
Zn + H 2 SO 4 (20%) = ZnSO 4 + H 2 .
Особенно легко растворяется в кислотах технический цинк, содержащий примеси менее активных металлов, например меди или кадмия.
При температуре красного каления расплавленный цинк вытесняет водород из водяного пара:
Zn + H 2 O = ZnO + H 2 (800 o C).
Цинк взаимодействует также с кислотами-окислителями: серной и азотной. Состав продуктов восстановления определяется концентрацией раствора:
Zn + 4HNO 3 (conc .) = Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O;
3Zn + 8HNO 3 (40%) = 3Zn(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O;
4Zn + 10HNO 3 (20%) = 4Zn(NO 3) 2 + 2N 2 O + 5H 2 O;
5Zn + 12HNO 3 (6%) = 5Zn(NO 3) 2 + N 2 + 6H 2 O;
4Zn + 10HNO 3 (0,5%) = 4Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O.
Благодаря амфотерности гидроокиси цинка металлический цинк способен растворяться в щелочах:
Zn + 2KOH + 2H 2 O = K + H 2 .
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
ПРИМЕР 2
| Задание | Определите во сколько раз тяжелее воздуха фосфин PH 3 . |
| Решение | Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа.
Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух - это смесь газов. D air (PH 3) = M r (PH 3) / M r (air); D air (PH 3) = 34 / 29 = 1,17. M r (PH 3) = A r (P) + 3×A r (H) = 31 + 3× 1 = 31 + 3 = 34. |
| Ответ | Фосфин PH 3 тяжелее воздуха в 1,17 раз. |
Загрузка...