Цинк

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Цинк (Zn)
Атомний номер 30
Зовнішній вигляд
простої речовини
в'язкий, блакитно-сірий метал
Zinc fragment sublimed and 1cm3 cube.jpg
Властивості атома
Атомна маса
(молярна маса)
65,39 а.о.м. (г/моль)
Радіус атома 138 пм
Енергія іонізації
(перший електрон)
905,8(9,39) кДж/моль (еВ)
Електронна конфігурація [Ar] 3d10 4s2
Хімічні властивості
Ковалентний радіус 125 пм
Радіус іона (+2e) 74 пм
Електронегативність
(за Полінгом)
1,65
Електродний потенціал
Ступені окиснення 2
Термодинамічні властивості
Густина 7,133 г/см³
Питома теплоємність 0,388 Дж/(K моль)
Теплопровідність 116 Вт/(м К)
Температура плавлення 692,73 K
Теплота плавлення 7,28 кДж/моль
Температура кипіння 1180 K
Теплота випаровування 114,8 кДж/моль
Молярний об'єм 9,2 см³/моль
Кристалічна ґратка
Структура ґратки гексагональна
Період ґратки 2,660 Å
Відношення c/a n/a
Температура Дебая 234 K
Періодична система елементів
H He
Li Be B C N O F Ne
Na Mg Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Fl Uup Lv Uus Uuo
* La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Цинк — хімічний елемент з атомним номером 30, проста речовина якого — в'язкий блакитно-сірий метал. Цинк разом з кадмієм та ртуттю, за сучасною номенклатурою IUPAC утворюють 12 групу періодичної таблиці і за своїми хімічними властивостями близький до магнію в тому сенсі, що має ступінь окиснення +2. Цинк 24-ий за поширеністю хімічний елемент у земній корі. Найчастіше він зустрічається у вигляді сульфіду, його основна порода — сфалерит (цинкова обманка).

Історія[ред.ред. код]

Хоча людство дуже давно використовувало латунь — сплав міді з цинком, виділення цинку, як окремого елемента відбулося порівняно пізно. Древні римляни отримували латунь, нагріваючи каламін із деревним вугіллям та міддю.

Походження назви[ред.ред. код]

Різні алхімічні символи цинку.

Вважається, що назву цинку дав Парацельс, мабуть, як похідну від слова нім. Zinke — зубчастий. За іншою версією слово цинк могло бути похідною від перського سنگ (сенг), що означає «камінь».

Ізотопи[ред.ред. код]

В природі зустрічається п'ять ізотопів цинку, серед яких найчастіше зустрічається 64Zn (48,63 % від загального числа)[1]. Період напіврозпаду 4,3·1018 років цього ізотопу настільки великий, що його радіоактивністю можна знехтувати[2]. Аналогічно, зазвичай не вважається радіоактивним 70Zn (0,6 %) з періодом напіврозпаду 1,3·1016 років. У природі зустрічаються також 66Zn (28 %), 67Zn (4 %) та 68Zn (19 %).

Зареєстровано багато радіоактивних ізотопів. 65Zn з періодом напіврозпаду 243,66 днів живе найдовше з них. За ним йде 72Zn з періодом напіврозпаду 46,5 годин[1]. Існує 10 ядерних ізомерів цинку. Серед них найбільший період напіврозпаду має 69mZn — 13,76 годин[1]. Верхній індекс m позначає, що цей ізотоп метастабільний. Ядро метастабільного ізотопу перебуває у збудженому стані, з якого повертається в основний стан, випромінюючи фотон, гамма-квант. Ізотоп 61Zn має три збуджених стани, а ізотоп 73Zn — два[3]. Ізотопи 65Zn, 71Zn, 77Zn та 78Zn мають один збуджений стан[1].

Зазвичай радіоізотопи цинку з масовим числом, меншим ніж 66 розпадаються із захопленням електрона. Продуктом розпаду в такому випадку є один із ізотопів міді[1]

nZn + enCu

Для ізотопів із масовим числом, більшим ніж 66, звичним каналом розпаду є бета-розпад-), при якому утворюються ізотопи галію[1]

nZn → nGa + e + νe.

Утворення[ред.ред. код]

Цинк надто важкий, щоб утворюватися всередині зірок, тому основним механізмом його нуклеосинтезу є R-процес, що відбувається при вибуху наднових.

Отримання[ред.ред. код]

У світі щорічно виробляється 10 мільйонів тон цинку. Це четвертий за об'ємом використання метал після заліза, алюмінію та міді. Здебільшого сировиною служать сірчані руди, в яких сфалерит змішаний із сульфідами інших металів.

Цинк у природі як самородний метал не зустрічається. Його добувають з поліметалічних руд, що містять 1-4 % Zn у вигляді сульфіду, а також Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руди збагачують селективню 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; при цьому утворюється сірчистий газ SO2, що витрачається на виробництво сірчаної кислоти. Від ZnO до Zn йдуть двома шляхами. За пірометалургійним (дистиляційним) способом, який існує здавна, обпалений концентрат піддають спіканню для збільшення зернистості і газопроникності, а потім відновлюють вугіллям або коксом при 1200–1300 °С: ZnO + С = Zn + CO. Утворену при цьому пару металу конденсують і розливають у форми. Спочатку відновлення проводили тільки в ретортах з обпаленої глини, що обслуговуються вручну, пізніше стали застосовувати вертикальні механізовані реторти з карборунду, потім — шахтні і дугові електропечі; з свинцево-цинкових концентратів цинк одержують в шахтних печах з дуттям. Продуктивність поступово підвищувалася, але цинк містив до 3 % домішок, в тому числі і цінний кадмій. Дистилляційно цинк очищають ліквацією (тобто відстоюванням рідкого металу від заліза і частини свинцю при 500 °C), досягаючи чистоти 98,7 %. Застосовують іноді більш складне і дороге очищення — ректифікацію, вона дає метал чистотою 99,995 % і дозволяє витягати з цинку кадмій.

Основний спосіб отримання цинку — електролітичний (гідрометалургійний). Обпалені концентрати обробляють сірчаною кислотою; отриманий сульфатний розчин очищають від домішок осадженням їх цинковим пилом і піддають електролізу у ваннах, щільно викладених всередині свинцем або вініпластом. 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 (з урахуванням переробки відходів) 93-94 %. З відходів виробництва отримують цинковий купорос, Pb, Cu. Cd, Au, Ag, іноді також In, Ga, Ge, Tl.

Застосування[ред.ред. код]

Цинк використовують як антикорозійний матеріал, ним покривають вироби зі сталі та заліза (цинкування), а також як конструкціонний матеріал для цинкографії анодів, використаних в електролізерах і в гальванічних елементах.

Використовується також в латуні як сплав цинку з міддю.

Оцинкована поверхня

Біологічна роль[ред.ред. код]

Цинк впливає на активність тропних гормонів гіпофізу, бере участь в реалізації біологічних функцій інсуліну, нормалізуючи жировий обмін. Цинк бере участь у кровотворенні, а також необхідний для нормального функціонування гіпофіза, підшлункової залози, сім'яних міхурів. Сполуки цинку використовують в медицині в якості лікарських засобів.

Негативний вплив[ред.ред. код]

Надлишок цинку в організмі може призвести до загальної інтоксикації та мутацій ДНК.

Див. також[ред.ред. код]

Виноски[ред.ред. код]

  1. а б в г д е NNDC contributors (2008), Alejandro A. Sonzogni (Database Manager), ред., Chart of Nuclides, Upton (NY): National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory, http://www.nndc.bnl.gov/chart/, процитовано 2008-09-13 
  2. NASA contributors (PDF), Five-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Data Processing, Sky Maps, and Basic Results, NASA, http://lambda.gsfc.nasa.gov/product/map/dr3/pub_papers/fiveyear/basic_results/wmap5basic.pdf, процитовано 2008-03-06 
  3. Audi, Georges (2003), «The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties», Nuclear Physics A (Atomic Mass Data Center) 729: 3–128, doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001 

Література[ред.ред. код]

  • Глосарій термінів з хімії // Й.Опейда, О.Швайка. Ін-т фізико-органічної хімії та вуглехімії ім.. Л. М. Литвиненка НАН України, Донецький національний університет — Донецьк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
  • Гірничий енциклопедичний словник: в 3 т. / За ред. В. С. Білецького. — Донецьк: Східний видавничий дім, 2001—2004. ISBN 966-7804-19-4