Atomska masa cinka. Interakcija sa vodom. i atomsku strukturu

Cink je srebrno-bijeli metal koji se od davnina u Egiptu, Kini, Grčkoj i Indiji široko koristio u leguri s bakrom (mjed). Sredinom 18. stoljeća supstanca je izolirana u svom čistom obliku. Cink je dobio svoje moderno ime tek 1920-ih. U prirodi je predstavljen solima koje se nalaze u mineralima. U ovom članku ćete saznati više o tome što je cink i kako se može koristiti.

opšte karakteristike

Cink je element sekundarne podgrupe 2. grupe 4. perioda periodnog sistema, sa rednim brojem 30. Atomska masa cink je 65,39. Svoje ime duguje Paracelzusu, u čijim se spisima pojavljuju riječi zinken i cincum, koje su očigledno nastale od riječi zinke, što znači zub. Odavde je došao hemijska formula cink - Zn. Kao vrlo čest element, cink se nalazi u zemljine kore u gotovo svim vodnim resursima planete i u lavovskom dijelu živih organizama. Do danas je poznato više od šest desetina minerala ove supstance. Najveći dio cinka se kopa u Boliviji, Australiji, Kazahstanu i Iranu.

Fizička i hemijska svojstva

Hajde da saznamo šta je cink sa naučne tačke gledišta. Ovaj element je krhki i duktilni prijelazni metal. Kada je izložena vazduhu, srebrno-bela supstanca se zatamni. Cink se sagorijeva i formira bijeli oksid. Prilikom savijanja ploče od ovog materijala možete čuti zvuk pucanja koji je rezultat trenja kristala. Cink zagrijan na 100-150 °C postaje vrlo plastičan.

Industrijska upotreba

Metalni cink se široko koristi u industriji. Uz njegovu pomoć, zlato i srebro se kopaju podzemnim ispiranjem. Cink se također koristi za zaštitu čelika od korozije (galvanizacija i metalizacija). U baterijama i akumulatorima ova tvar djeluje kao materijal za negativne elektrode.

Cinčane ploče se široko koriste u štampi, uglavnom za štampanje ilustracija. Mesing se proizvodi od bakra i cinka. Legure ove supstance sa magnezijumom i aluminijumom naširoko se koriste u mašinstvu. Cink se dodaje tvrdim lemovima kako bi se smanjila njihova tačka topljenja. Njegov oksid je antiseptik i protuupalno sredstvo, stoga je popularan u medicini. Koristi se i za proizvodnju boja - takozvane cink bijele.

Cink selenid, fosfid, sulfid i telurid su široko rasprostranjeni poluprovodnici. Osim toga, fosfid se koristi u otrovima za glodavce, sulfid u fosforima i selenid u proizvodnji optičkih naočala.

Cink u organizmu

Djelovanje makroelementa određeno je činjenicom da je dio velikog broja enzima. Dakle, cink igra važnu ulogu u ljudskom tijelu. Čak iu starom Egiptu, rane su se liječile uz njegovu pomoć. Do danas su naučnici dokazali da ovaj makroelement direktno učestvuje u jačanju imunog sistema i održavanju normalnog hormonskog nivoa, a takođe stabilizuje rast.

U ljudskom tijelu, ova hemikalija se može naći u: mišićnom tkivu, kostima, bubrezima, jetri, krvnim stanicama, pa čak i retini oka. Cink ne samo da potiče dugovječnost, već i pomaže u održavanju mladosti i uklanjanju znakova umora.

Danas čak i mladi ljudi pate od nedostatka antioksidansa, od kojih je jedan cink. Ovo ima izuzetno negativan uticaj na žensku reprodukciju i endokrini sistem. Djevojčice koje imaju manjak cinka pate od nedovoljne proizvodnje polnih hormona i rastu više nego što je potrebno. Imaju preduge udove, smetnje u taloženju masnih ćelija i menstrualnog ciklusa i spoljašnju infantilnost.

Za muškarce, cink je takođe veoma važan. Reguliše rast prostate, a odgovoran je i za prevenciju muške neplodnosti i adenoma prostate. Osim toga, ovaj mikroelement aktivira aktivnost polnih hormona i sperme.

U starijoj dobi, nedostatak cinka dovodi do gubitka sluha, razvoja ateroskleroze i čestih zaraznih bolesti. Uz dovoljnu konzumaciju ove supstance poboljšavaju se pamćenje, pažnja i druge moždane funkcije.

Ogromna količina cinka se nalazi u našoj kosi. Stoga su problemi s kosom (lomljivost, tupost, gubitak kose) prvi signal njenog nedostatka. Mnogi ljudi znaju da je vitamin A ključ zdravih noktiju, kože i kose. Međutim, čak i njegov povećani unos može biti neučinkovit ako ne uzimate cink, koji djeluje kao aktivator vitamina E i A.

Osim toga, omogućava vam da se riješite akni, reumatizma i zaraznih bolesti usne šupljine. Istraživanja su pokazala da visoka stopa smrtnosti novorođenih dječaka može biti uzrokovana nedostatkom cinka kod majke tokom trudnoće. Ovaj problem je pojačan činjenicom da je potreba žena za ovom supstancom mnogo manja nego kod muškaraca. Iz istog razloga moguće su gestoze i pobačaji.

Zahvaljujući svojim antioksidativnim i regenerativnim svojstvima, ovaj makronutrijent se koristi više od 5000 godina za zacjeljivanje rana i opekotina. Do danas se dodaje u masti, losione i kreme.

Dnevna norma

Stopa unosa cinka utvrđena je tek 1970. godine. Za muškarce to je 15 mg dnevno, a za žene - 12 mg. Međutim, mnogi stručnjaci insistiraju na tome da ove brojke treba barem udvostručiti. Statistike pokazuju da većina svjetske populacije ne prima određene količine makroelemenata. U nekim slučajevima dozu cinka svakako treba povećati. To su: psihički stres, trudnoća i hranjenje, fizička aktivnost, vegetarijanstvo.

Takođe je potrebno imati na umu da se tokom lečenja kortizonom, upotrebe kontraceptiva i zloupotrebe previše slatke i slane hrane smanjuje apsorpcija cinka. No, potrošnja magnezija i vitamina B6, naprotiv, povećava aktivnost ovog makronutrijenta. Stoga su magnezijum i cink često prisutni u tandemu u lijekovima.

Znaci nedostatka

Nedostatak cinka u organizmu može biti uzrokovan nizom razloga: nedovoljan unos hranom, loša apsorpcija, poremećaji štitne žlijezde, bolesti jetre. Uz to, uzrok nedostatka ovog makronutrijenta može biti višak proteina, fitina i selena koji se unose u hranu. Uzrok ovog problema i općenito smanjenja kvalitete života mogu biti i moralni i fizički stres, nestabilan način života, stresne situacije i loše navike.

Prekomjerna potrošnja cinka u organizmu javlja se tokom upala i onkologije. Razlog je taj što se pri liječenju ovih bolesti aktivira rast stanica, u čemu cink igra važnu ulogu.

Nedostatak ovog makronutrijenta u organizmu je prilično ozbiljan problem. To može dovesti do sljedećih problema:

Patologije gastrointestinalnog trakta.
Poremećaji spavanja, umor, nervoza.
Sklonost ovisnosti o alkoholu, depresivna stanja.
Hiperaktivnost.
Gubitak mirisa, apetita i ukusa.
Smanjena vidna oštrina.
Anemija.
Akne, dermatitis, ekcem, psorijaza i druga kožna oboljenja.
Oštećenje kose i noktiju.
Razvoj dijabetes melitusa.
Odgođen pubertet, što može dovesti do adenoma prostate i impotencije.
Patologije tokom trudnoće ili čak neplodnosti.
Oslabljen imunitet i, kao rezultat, alergijske i respiratorne bolesti.
Prerano starenje.

Kao što su nedavne studije pokazale, ako u ljudskom tijelu nedostaje cinka i taurina, tada može početi razvijati epilepsiju.

Cink je posebno važan za djecu, jer njegov nedostatak može dovesti do usporavanja rasta. U nekim istočne zemlje, zbog toga ima mnogo ljudi patuljastog rasta.

Višak cinka

Višak makronutrijenata nastaje kada unosite više od dva grama dnevno. Ako uzmete više od 200 g cinka, to će izazvati povraćanje. Dugotrajna upotreba supstance u količinama većim od 100 grama dnevno dovodi do pogoršanja imuniteta i doprinosi nastanku čira na želucu. Akutno trovanje je praćeno refleksima grčenja, proljevom i pojavom specifičnog okusa u ustima.

Uzrok viška cinka može biti uzimanje lijekova koje nije odobrio ljekar, metabolički poremećaji ćelijski nivo, rad u opasnim industrijama pa čak i nepravilna upotreba pocinčanog pribora.

Simptomi početnih faza trovanja ovim makroelementom su: patologije kože, noktiju i kose, slabljenje imunog sistema, bolovi u stomaku, poremećaji u radu jetre, gušterače i prostate. Kod težih trovanja može se javiti bol u lumbalnoj regiji, ubrzan rad srca i bol pri mokrenju. Takođe postoji velika verovatnoća povećanja nivoa holesterola u krvnim sudovima.

Pozitivno je to što je, prema mnogim naučnicima, predoziranje cinkom praktično nemoguće, jer nije toksičan i ne može se akumulirati u tkivima u vidu viška. Ovo posebno važi za makronutrijente koji se prirodno nalaze u hrani. Ali nedostatak ove supstance u ishrani mnogih ljudi je zaista ozbiljan problem.

Izvori u hrani

Čini se da ako se cink nalazi gotovo svuda u hrani, zašto ljudi imaju problema s nedostatkom ovog makronutrijenta? Ovdje postoji niz nijansi. Prvo, količina cinka u biljnim izvorima je izuzetno mala. Drugo, makroelementi koji ulaze u organizam s hranom ne apsorbiraju se uvijek u potpunosti. I treće, kulinarska obrada i uzgoj na osiromašenim tlima (u odnosu na biljke) mogu smanjiti nutritivnu vrijednost proizvoda. Stoga, prije kreiranja sveobuhvatne prehrane, vrijedi razumjeti što je cink i koliko ga ima u određenom proizvodu. Vegetarijanci bi trebali biti posebno oprezni.

Inače, u narodnoj medicini postoji jednostavan, ali efikasan lijek za nadoknađivanje nedostatka cinka - infuzija listova breze.

Interakcija cinka sa drugim supstancama

Cink ima i "neprijatelje" i "pomoćnike". U prvu kategoriju supstanci spadaju: bakar, gvožđe, živa i kalcijum. Cink se slabo apsorbuje pod uticajem: tanina, alkohola, anaboličkih steroida, diuretika i kontraceptiva. Tako važna supstanca za organizam kao što su vlakna može smanjiti efikasnost cinka do 80%. I ovdje bi opet trebali biti oprezni vegetarijanci koji konzumiraju puno povrća i voća koje sadrži vlakna.

Pomagači cinka uključuju: vitamine A, E, C i B6, fluor i pikolinsku kiselinu. Inače, kompleks cinka, mangana i vitamina B6 koristi se za prevenciju određenih vrsta šizofrenije.

Preparati na bazi cinka

Nakon što smo shvatili šta je cink i kako se koristi, pogledajmo ukratko u kojim se lijekovima nalazi. Ovdje vrijedi odmah rezervirati da je korištenje lijekova bez savjetovanja s liječnikom krajnje nepoželjno. Najčešće se pacijentima propisuju otopine cinka, prahovi, masti (na primjer, Bureau Plus, Desitin, Glutamol, cinkova mast), kao i oksidi i sulfati u obliku kapi. Popularni su i vitamini koji sadrže cink (“Centrum”, “Selinitsink Plus”, “Zincteral”, “Zincit”). Osim toga, cink supozitorije se koriste za liječenje hemoroida, a tablete se koriste za borbu protiv ćelavosti.

Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod

Studenti, postdiplomci, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu biće vam veoma zahvalni.

Objavljeno na http://www.allbest.ru/

Uvod

Atomski broj 30

Atomska masa 65.409

Gustina, kg/m 7140

Tačka topljenja, °C 419,5

Tačka ključanja, °C 906.2

Toplotni kapacitet, kJ/(kg °C) 0,383

Elektronegativnost 1.6

Kovalentni radijus, E 1,25

1. jonizacija potencijal, eV 9,39

Cink je element sekundarne podgrupe druge grupe, četvrtog perioda periodnog sistema hemijski elementi D.I. Mendeljejev, sa atomskim brojem 30. Označen simbolom Zn (lat. Zincum). U normalnim uslovima, to je krhki prelazni metal plavičasto-bele boje (na vazduhu postaje dosadan, prekrivajući se tankim slojem cink oksida). Kada se kristalizira, ima heksagonalnu rešetku. Element ima pet stabilnih izotopa sa masenim brojevima 64, 66, 67, 68 i 70. Najzastupljeniji je 64Zn (48,89%).

Cink je jedan od metala koji se široko koristi u raznim oblastima nacionalne ekonomije, nauke, tehnologije i medicine.

Različite upotrebe cinka uključuju:

pocinčavanje -- 45-60%

lijek (cinkov oksid kao antiseptik) -- 10%

proizvodnja legura -- 10%

proizvodnja gumenih guma -- 10%

uljane boje -- 10%

Neophodan je i za život biljaka, životinja i ljudi, jer je dio nekih enzima i hormona.

1. Istorija otkrića

Reč "cink" nalazi se u delima Paracelzusa i drugih istraživača iz 16. i 17. veka. i vraća se, možda, do drevnog njemačkog "cinka" - plaka, rane na oku. Ime ovog metala se menjalo nekoliko puta tokom svoje istorije. Reč "cink" je u Rusiju uveo M. V. Lomonosov 1742. godine.

Ne zna se tačno kada je prvi put istopljen cink, ali istorijskih dokumenata kažu da je primljen u Indiji još u 5. veku. BC. godine bila je poznata legura cinka i bakra - mesing Ancient Greece, Drevni Egipat, Indija, Kina.

U 16. veku Prvi pokušaji da se istopi u fabričkim uslovima. Ali proizvodnja nije dobro išla. Tehnološke poteškoće su se pokazale nepremostivim. Pokušali su dobiti cink na isti način kao i drugi metali - spaljivali su rudu, pretvarajući cink u oksid, a zatim je ovaj oksid reducirao ugljem. Cink je, naravno, reduciran interakcijom sa ugljem, ali nije bio otopljen jer je ovaj metal već ispario u peći za topljenje - njegova tačka ključanja je bila samo 906°C. A u pećnici je bilo zraka. Susrevši se s njim, aktivne cinkove pare reagirale su s kisikom i ponovno je nastao početni proizvod - cink oksid.

U Evropi je bilo moguće uspostaviti proizvodnju cinka tek nakon što je ruda počela da se redukuje u zatvorenim retortama bez pristupa vazduhu. „Grubi“ cink se danas dobija otprilike na isti način, a prečišćava se rafiniranjem.

Topljenje cinka je takođe počelo u industrijskim razmerama u 18. veku. Godine 1743. u Bristolu je počela sa radom prva topionica cinka, koju je osnovao William Champion, gdje se cink proizvodio destilacijom. Proizvodi su brzo prodrli u Belgiju i Šleziju. Godine 1746. A. S. Marggraf u Njemačkoj razvio je metodu destilacije sličnu Championovoj metodi za dobivanje čistog cinka kalciniranjem mješavine njegovog oksida i uglja bez pristupa zraka u glinenim vatrostalnim retortama, nakon čega je uslijedila kondenzacija cinkove pare u hladnjačama. Marggraf je vrlo detaljno opisao svoj metod i time postavio temelje za teoriju proizvodnje cinka. Stoga ga često nazivaju otkrivačem cinka.

2. Naslage cinka u prirodi

Cink je prisutan ne samo u stijenama i zemljištu, već iu zraku, vodi i biosferi. Prosečan sadržaj cinka u zemljinoj kori je 8,3 10-3%, u bazičnim magmatskim stenama je nešto veći (1,3 10-2%) nego u kiselim stenama (6 10-3%), u vodi Svetskog okeana - 0,01 mg/l. Cink, kao jedan od biogenih elemenata, stalno je prisutan u tkivima životinja i biljaka. Prosječan sadržaj ovog metala u većini živih organizama na planeti je 5*10-4%.

Prirodni cink se ne nalazi u prirodi. Cink se u rudama nalazi uglavnom u obliku jedinjenja. Jedinjenja ovog metala su dio polimetalnih ruda. Tek nakon obogaćivanja, koncentrati cinka sadrže od 48 do 65% cinka, do 12% željeza, do 2% bakra, do 2% olova i, pored toga, dio procenta tragova i rijetkih metala.

Glavni minerali cinka:

ZnS - sphalerit (cink blende), sadrži 67,1% cinka, boja - žuta, smeđa, crna;

nZnS·mFeS - marmatit, sadrži više od 60% cinka, smeđe-crne boje;

ZnO - cincit, sadrži 80,3% cinka, tamnocrvene boje;

ZnCO3 - smitsonit, sadrži 64,8% ZnO, bijele, sive, zelenkaste boje;

Zn2SiO4(2ZnO·SiO2) - willemit, sadrži 73% ZnO, bijele, žute, zelenkaste boje;

H2Zn2SiO5(2ZnO·SiO2·H2O) - kalamin, sadrži 67,5% ZnO, bijela, žuta, boja;

ZnSO4 - cinkozit, sadrži 50,3% ZnO, rijedak je u prirodi;

ZnSO4·7H2O - goslarit, sadrži 28,2% ZnO, bijele ili crvenkaste boje.

Cink se aktivno prenosi vodenim strujama, a takva migracija ovog metala posebno je tipična za termalne vode, gdje se cink transportuje zajedno s olovom. Nakon toga, iz takvih tokova se talože cink sulfidi, koji zauzimaju značajno mjesto u industriji.

Ležišta rude cinka su rasprostranjena širom svijeta. Rude cinka se kopaju u više od 50 zemalja.

Kina, Australija, Peru, Evropa i Kanada su lideri u iskopavanju cinka u svijetu.

U rudama, cink obično koegzistira s olovom i drugim metalima, uključujući bakar, zlato i srebro.

Najčešći mineral cinka je sfalerit (ZnS), poznat i kao cink sfalerit, koji je prisutan u gotovo svim trenutno iskopanim nalazištima cinka. Rude cinka koje se nalaze blizu površine zemlje često su oksidi i karbonati.

Svjetske rezerve cinka na Zemlji iznose oko 1900 miliona tona, rezerve (dostupne za rudarenje) su oko 250 miliona tona. Najveće rezerve cinka su u Australiji (22,4% ukupnih) i Kini (17,2%).

Rezerve na ležištima cinka u 2010. godini, hiljada tona

Sirovinski resursi Rusije

Uprkos činjenici da udeo Rusije u svetskim rezervama cinka iznosi 14%, njen udeo u svetskoj proizvodnji ovog metala je mnogo skromniji i iznosi svega oko 3%. To je zbog nedovoljne razvijenosti postojećih ležišta.

Otprilike 82% rezervi nalazi se na poljima istočnosibirskog i uralskog regiona, ostalih 18% je u regionima Zapadnog Sibira, Dalekog istoka i Severnog Kavkaza. Najveća nalazišta cinka u Rusiji su: Kholodninskoye, Ozernoye, Korbalikhinskoye, Gaiskoye, Uzelginskoye, Uchalinskoye i Nikolaevskoye.

Oko 80% ležišta cinka je podzemno, 8% se nalazi na površini, a ostatak je kombinovanog tipa. Međutim, u pogledu obima proizvodnje, 15% se iskopava iz otvorenih kopova, 64% rude se proizvodi iz podzemnih rudnika, a kombinovano iskopavanje čini 21% proizvodnje.

Trenutno samo oko 60% cinka koji se troši u svijetu dolazi iz iskopanih ruda, preostalih 40% dobiva se preradom otpada i metalnog otpada koji sadrži cink. Nivo reciklaže u svijetu raste svake godine. Danas se u svijetu prikuplja i prerađuje više od 90% otpada koji sadrži cink. Obično su to industrijski otpad, odnosno zastarjeli objekti, strukture, mašine, oprema i kućanski aparati.

3. Fizička svojstva

Cink u svom čistom obliku je prilično duktilan srebrno-bijeli metal. Ima heksagonalnu rešetku. Na sobnoj temperaturi je krhka, kada je ploča savijena, čuje se pucketanje od trenja kristalita, u livenom stanju ima malu plastičnost, ali već na 100-150°C lako se može obraditi pritiskom - pritiskom , štancanje i duboko izvlačenje, umotane u tanke listove, folija debljine oko stotih dijelova milimetra, žica. Daljnjim zagrijavanjem (iznad 200°C), cink postaje vrlo krhak, čak do tačke razrjeđivanja u prah. Nečistoće, čak i one manje, dramatično povećavaju krhkost cinka.

Svojstva:

atomski radijus ovog elementa: -1,37E, jonski radijus - Zn2+ -0,83E;

ima heksagonalnu rešetku sa sljedećim parametrima:

a = 0,26649 nm, c = 0,49468 nm;

gustina, g/cm3: u čvrstom stanju na 20°C - 7,1 - 7,2, u tečnom stanju na 450°C -6,6;

temperatura topljenja, °C: - 419,4, ključanja - 905,4;

toplota, kJ/kg: topljenje - 100,8, isparavanje - 1,75;

toplotni kapacitet, J/(kg.K): u čvrstom stanju na 20°C -394, u tečnom stanju na 450°C -502;

toplotna provodljivost, W/(m.K): u čvrstom stanju na 20°C -111, u tečnom stanju na 450°C - 60;

specifična električna provodljivost, na 20°C, (MSm/m) -15,9;

specifična električna otpornost, μΩ.m: u čvrstom stanju na 20°C - 0,059, u tečnom stanju na 420°C - 0,354;

koeficijent linearne ekspanzije u temperaturnom opsegu 20-200°C, K-1 -29.8.10-6

temperaturni koeficijent toplotne provodljivosti, K-1 - 0D5.10-3

temperaturni koeficijent električnog otpora, K"1 - 4.17.10-3

magnetne karakteristike - dijamagnetne;

4. Hemijska svojstva

Eksterna elektronska konfiguracija atoma Zn je 3d104s2. Oksidacijsko stanje u jedinjenjima je +2. Normalni redoks potencijal od 0,76 V karakteriše cink kao aktivni metal i energetski redukcioni agens. Na zraku na temperaturama do 100 °C, cink brzo tamni, prekrivajući se površinskim filmom bazičnih karbonata. U vlažnom vazduhu, posebno u prisustvu CO2, metal se raspada sa stvaranjem bazičnog cink bikarbonata, čak i na uobičajenim temperaturama.

Na vrućim temperaturama, može se oksidirati vodenom parom, oslobađajući vodik i ugljični dioksid. Kada se dovoljno zagrije na zraku, gori svijetlim zelenkasto-plavim plamenom da nastane cink oksid sa značajnim oslobađanjem energije.

U skladu sa mjestom koje zauzima cink u nizu naprezanja, on se lako rastvara u razrijeđenim kiselinama uz oslobađanje vodonika. U ovom slučaju, koncentrirana kiselina se reducira u dušikove okside, a razrijeđena kiselina se reducira u amonijak. Rastvaranje u konc. H3S04 je praćeno oslobađanjem sumpor-dioksida, a ne vodonika.

Mješavina cinkovog praha i sumpora reagira eksplozivno kada se zagrije.

Cink ne stupa u interakciju s dušikom čak ni u parama, ali prilično lako na vrućim temperaturama reagira s amonijakom, formirajući cink nitrid - Zn3Na.

Cink karbid ZnC, nastao zagrijavanjem cinka u struji acetilena, razlaže se s vodom i razrijeđenim kiselinama.

Kada se metalni cink zagrije u parama fosfora na 440-780°C, formiraju se fosfidi - Zn3Ps i ZnP2.

U rastopljenom stanju, cink se neograničeno miješa sa mnogim metalima: Cu, Ag, Au, Cd, Hg, Ca, Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Al, Sn.

Cink formira spojeve s mnogim metalima, na primjer: Cu, Ag, Au, Mn, Fe, Co, Ni, Pf, Pd, Rh, Sb, Mg, Ca, Li, Na, K.

Cink se prilično lako otapa u alkalijama, kao i vodenim rastvorima amonijaka i amonijum hlorida, posebno kada se zagreje. Brzina rastvaranja cinka ne samo u alkalijama, već iu kiselinama ovisi o njegovoj čistoći. Vrlo čisti cink se sporo otapa, a za ubrzavanje procesa preporučuje se unošenje nekoliko kapi jako razrijeđene otopine bakar sulfata u otopinu (pojava galvanskih parova).

Interakcija sa nemetalima

Kada se jako zagrije na zraku, gori svijetlim plavkastim plamenom da nastane cink oksid:

Kada se zapali, snažno reaguje sa sumporom:

Reaguje sa halogenima u normalnim uslovima u prisustvu vodene pare kao katalizatora:

Zn + Cl2 = ZnCl2

Kada fosforna para djeluje na cink, nastaju fosfidi:

Zn + 2P = ZnP2 ili

3Zn + 2P = Zn3P2

Cink ne stupa u interakciju sa vodonikom, azotom, borom, silicijumom ili ugljenikom.

Interakcija sa vodom

Reaguje s vodenom parom na crvenoj toplini da nastane cink oksid i vodik:

Zn + H2O = ZnO + H2

Interakcija sa kiselinama

U elektrohemijskom naponskom nizu metala, cink se nalazi prije vodika i istiskuje ga iz neoksidirajućih kiselina:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

Reaguje sa razblaženom azotnom kiselinom da formira cink nitrat i amonijum nitrat:

4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Reaguje s koncentriranom sumpornom i dušičnom kiselinom kako bi se formirala sol cinka i produkti redukcije kiseline:

Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H2O

Zn + 4HNO3 = Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Interakcija sa alkalijama

Reaguje sa alkalnim rastvorima da formira hidrokso komplekse:

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2

kada se stapa, formira cinkate:

Zn + 2KOH = K2ZnO2 + H2

Interakcija sa amonijakom

Sa gasovitim amonijakom na 550-600°C formira cink nitrid:

3Zn + 2NH3 = Zn3N2 + 3H2

otapa se u vodenom rastvoru amonijaka, formirajući tetraaminijum cink hidroksid:

Zn + 4NH3 + 2H2O = (OH)2 + H2

Interakcija sa oksidima i solima

Cink istiskuje metale koji se nalaze u naponskom nizu desno od njega iz rastvora soli i oksida:

Zn + CuSO4 = Cu + ZnSO4

Zn + CuO = Cu + ZnO

5. Jedinjenja cinka

Cink oksid je najvažniji industrijski spoj koji sadrži cink. Kao nusproizvod proizvodnje mesinga, postao je poznat prije samog metala. Cink oksid se dobija sagorevanjem cinkove pare u vazduhu, koja nastaje tokom topljenja rude. Čistiji i bjelji proizvod se proizvodi spaljivanjem para dobivenih od prethodno pročišćenog cinka.

Tipično, cink oksid je bijeli, fini prah. Kada se zagrije, njegova boja se mijenja u žutu kao rezultat uklanjanja kisika iz kristalne rešetke. Dodavanjem 0,02-0,03% viška metalnog cinka u cink oksid, možete dobiti čitav spektar boja - žuta, zelena, smeđa, crvena, ali crvenkaste nijanse prirodnog oblika cinkovog oksida - cincita - pojavljuju se iz drugog razloga : zbog prisustva mangana ili gvožđa. Cink oksid ZnO je amfoteričan; rastvara se u kiselinama da bi formirao cinkove soli i u alkalijama da bi formirao hidroksinate kao što su - i 2-.

Glavna industrijska primjena cink oksida je u proizvodnji gume, u kojoj se smanjuje vrijeme vulkanizacije originalne gume.

Cink oksid produžava vijek trajanja stakla i stoga se koristi u proizvodnji specijalnih stakala, emajla i glazura. Još jedno važno područje primjene je u neutraliziranju kozmetičkih pasta i farmaceutskih preparata.

Cink hidroksid nastaje kao želatinasti bijeli talog kada se alkalija doda vodenim otopinama soli cinka. Cink hidroksid, kao i oksid, je amfoteričan:

Zn(OH)2 + 2OH- = 2-

Cink sulfid se oslobađa kao bijeli talog kada rastvorljivi sulfidi i soli cinka reaguju u vodenom rastvoru. U kiseloj sredini, cink sulfid se ne taloži. Vodonik sulfidna voda precipitira cink sulfid samo u prisustvu anjona slabe kiseline, na primjer, acetatnih iona, koji smanjuju kiselost medija, što dovodi do povećanja koncentracije sulfidnih iona u otopini.

Sfalerit je najčešći mineral cinka i glavni izvor metala, ali je poznat i drugi prirodni, iako mnogo rjeđi oblik, wurtzit, koji je stabilniji na visokim temperaturama. Čisti cink sulfid je bijele boje i, kao i cink oksid, koristi se kao pigment; u tu svrhu se često priprema zajedno s barij sulfatom reakcijom vodenih otopina cink sulfata i barij sulfida.

Svježe istaloženi cink sulfid lako se otapa u mineralnim kiselinama uz oslobađanje sumporovodika:

ZnS + 2H3O+ = Zn2+ + H2S + 2H2O

Međutim, kalcinacija ga čini manje reaktivnim i stoga je prikladan pigment u bojama za dječje igračke jer je bezopasan ako se proguta. Osim toga, cink sulfid je zanimljiv optička svojstva. Posijedi kada je izložen ultraljubičastom zračenju.

Cink hlorid je jedan od važne veze cink u industriji. Dobiva se djelovanjem hlorovodonične kiseline na sekundarne sirovine ili prženu rudu.

Koncentrovani vodeni rastvori cink hlorida otapaju skrob, celulozu (zato se ne mogu filtrirati kroz papir) i svilu. Koristi se u proizvodnji tekstila, osim toga, koristi se kao antiseptik za drvo i u proizvodnji pergamenta.

Pošto cink hlorid lako otapa okside drugih metala u talini, koristi se u brojnim metalurškim fluksovima. Koristeći otopinu cink klorida, metali se čiste prije lemljenja.

6. Proizvodnja cinka

Poznato je da se čiste rude cinka gotovo nikada ne nalaze u prirodi. Jedinjenja cinka su deo polimetalnih ruda, obično sadrže 1-5% Zn, pa se prethodno obogaćuju da bi se dobio koncentrat cinka koji može sadržati 50-65% cinka, do 12% gvožđa, do 2% bakra, do 2% olova, plus frakcije procenta tragova i rijetkih metala. Takve složena kompozicija cinkovi koncentrati i rude - jedan od razloga zašto je proizvodnja cinka trebalo toliko dugo da se pojavi. Moderne tehnologije i dalje se suočavaju s problemima u preradi polimetalnih ruda cinka.

Koncentrati cinka se prže, a cink sulfid se pretvara u oksid:

2ZnS + 2O2 = 2ZnO + 2SO2^

Dobivanje čistog metalnog cinka iz oksida moguće je na dva načina.

On ovog trenutka elektrolitička ili hidrometalurška je glavna metoda dobivanja cinka. Uključuje elektrolitičko odvajanje cinka od sulfata, koji se dobiva obradom kalciniranih koncentrata sumpornom kiselinom. Dobivena sulfatna otopina se čisti od nečistoća - taloženjem cinkovom prašinom - zatim se elektrolizira u posebnim kupkama čija je površina obložena olovnom ili vinil plastikom. Cink se zatim taloži na aluminijske katode, odakle se svakodnevno uklanja za dalje topljenje u indukcijskim pećima.

Ovim načinom dobijanja cinka moguće je proizvesti rudu od 93-94% (ako se prerađuje otpad), odnosno ekstrakcija cinka je skoro 100%. Štaviše, čistoća rezultirajućeg metala je 99,95%. Od otpada takve proizvodnje može se dobiti cink sulfat, kao i kadmijum, olovo, bakar, pa čak i zlato i srebro. Ponekad se dobijaju In, Ga, Ge, Tl.

Druga metoda (koja postoji već duže vrijeme) za dobivanje metalnog cinka je pirometalurška ili destilacija. Ova metoda je sljedeća. Kroz sloj usitnjene rude (u prahu), postavljenu na rešetku, odozdo se dovodi zrak ili neki plin takvom brzinom da njegovi mlazovi prolaze kroz materijal, intenzivno ga miješajući. Ispada da je to neka vrsta "kuvanja" rude u prahu, koja je u "fluidizovanom" stanju, jer samo tečnosti mogu da ključaju. Cink se ekstrahuje iz prženog koncentrata redukovanjem koksom na temperaturi od 1200-1300° i kondenzacijom nastalih cinkovih para, nakon čega se sipaju u kalupe.

Ranije se restauracija vršila u retortama od pečene gline koje su se morale održavati ručno, a kasnije su zamijenjene vertikalnim mehaniziranim retortama od vatrostalnog materijala – karborunda.

Zbog bliskog kontakta čvrstih čestica rude i gasa hemijske reakcije u “fluidiziranom sloju” se javljaju vrlo velikom brzinom. Upotreba pečenja u fluidiziranom sloju povećava produktivnost peći za 3-4 puta uz temeljitiju ekstrakciju cinka iz koncentrata.

Ova metoda je vrlo efikasna u prženju sulfidnih ruda i koncentrata, sublimaciji relativno hlapljivih metala, kalcinaciji, hlađenju i sušenju različitih supstanci.

Cink se dobija iz olovno-cink koncentrata u vratilnim pećima. Destilacioni cink se prečišćava segregacijom (odvajanjem tekućeg cinka od gvožđa i dela olova na temperaturi od 500°C). Ovim čišćenjem moguće je postići čistoću metala od 98,7%.

Ponekad se koristi složenije i skuplje prečišćavanje rektifikacijom, što daje metalu čistoću od 99,995%, što omogućava da se vrijedni kadmij izvuče.

hemikalija za destilaciju cinka

7. Aplikacija

Potražnja za metalom u poslednjih godina imala rastuću dinamiku, što se prvenstveno objašnjava ekstenzivnom upotrebom cinka u različitim sektorima privrede – automobilskoj, metalurgiji, vazduhoplovstvu, industriji cevi, mašinstvu, građevinarstvu, medicini i u proizvodnji proizvoda od gume i boja i lakova.

Više od polovine proizvedenog cinka u svijetu troši se na zaštitu čelika od korozije - pocinčavanje. Mehanizam ove zaštite je drugačiji od ostalih antikorozivnih premaza: kobalt, nikl, kadmijum, kalaj – svi ovi elementi su u nizu aktivnosti metala rangirani posle gvožđa. To znači da su hemijski otporniji od gvožđa; "pokrivaju" površinu čelika od izlaganja okruženje. Cink je, naprotiv, hemijski aktivniji od gvožđa, ranije reaguje sa agresivnim komponentama atmosfere. Ispostavilo se da cink ne samo da mehanički štiti željezo od vanjskih utjecaja, već ga i kemijski štiti. Rezultirajući elektrohemijski proces uništava cink, čuvajući osnovni metal sigurnim. Takav premaz će djelotvorno djelovati čak i ako postoji povreda integriteta - čip ili ogrebotina.

Pocinčani lim se koristi kao krovni materijal i koristi se za izradu predmeta u čestom kontaktu s vodom (kante, rezervoari).

Od velikog značaja su i legure cinka sa drugim metalima. Odavno poznati mesing (legura bakra i cinka) koristi se za proizvodnju kondenzatorskih cijevi, čahure za patrone, raznih zapornih ventila, radijatora i još mnogo toga. Cink koji se unosi u određenim koncentracijama uvijek poboljšava mehanička svojstva bakra (njegovu čvrstoću, duktilnost, otpornost na koroziju). Osim toga, takav uvod smanjuje cijenu legure - uostalom, cink je mnogo jeftiniji od bakra.

Legure cinka počele su se koristiti u štampi, postupno zamjenjujući oplatu od legure antimon-kalaj-olovo za livenje fontova. Sada se sve više koristi legura br. 3 koja sadrži 95% cinka, 3% aluminijuma i magnezijuma. Cink se koristi za izradu klišea koji omogućavaju štampanje crteža i fotografija.

Čisti cink u obliku prašine se koristi za istiskivanje zlata i srebra iz rastvora cijanida; za prečišćavanje rastvora cink sulfata od bakra i kadmijuma. Cink se koristi za odvajanje olova od plemenitih metala, jer sa njima stvara intermetalna jedinjenja koja su nerastvorljiva u tečnom olovu.

U pirotehnici se cinkova prašina koristi za stvaranje plavog plamena. Cink u prahu koristi se za pripremu specijalnih zaštitnih boja za tehničke objekte i zgrade.

Listovi od čistog cinka se široko koriste u proizvodnji galvanskih ćelija.

Jedinjenja cinka se široko koriste. Glavna industrijska primjena cink oksida ZnO je u proizvodnji gume, u kojoj se smanjuje vrijeme vulkanizacije originalne gume. Kada se pomiješa sa uljem za sušenje, cink oksid se pretvara u cink bijelu boju, koju koriste slikari. Osim toga, ZnO produžava vijek trajanja stakla i stoga se koristi u proizvodnji specijalnih stakala, emajla i glazura. Još jedno važno područje primjene je u sastavu neutralizirajućih kozmetičkih pasta i farmaceutskih preparata.

Cink hlorid ZnCl2 koristi se u proizvodnji tekstila, osim toga, koristi se kao antiseptik za drvo i u proizvodnji pergamenta.

Cink hlorid se koristi u brojnim metalurškim fluksovima. Koristeći otopinu ZnCl2, metali se čiste prije lemljenja.

8. Toksičnost cinka

Cink ispoljava toksična svojstva u dozi od 150-600 mg, smrtonosna doza je 6 g. U industrijskim uslovima, gde god se cink zagreva iznad tačke topljenja (419,5°C), u vazduhu može biti cink oksida; otrovan je i kada se udiše izaziva tzv. livačku groznicu, koja se manifestuje drhtavicom, glavoboljom, mučninom i kašljem. Ekstremno dozvoljena koncentracija za cink oksid 0,5 mg/m3. Čisti cink nije opasan za ljude; rijetki slučajevi trovanja obično su povezani sa tehničkim cinkom kontaminiranim nečistoćama arsena, antimona i olova. Sa fiziološke tačke gledišta, cink je neophodan element i za ljude i za životinje, kao i za biljke.

9. Cink i njegova uloga u ljudskom tijelu

Cink je neophodan za normalno funkcionisanje bilo koje ćelije u telu. Normalno, ljudsko tijelo treba da sadrži oko 2-3 g cinka. Najviše se nalazi u koži, jetri, bubrezima, retini, kosi, a kod muškaraca i u prostati.

Cink je jedan od vitalnih elemenata u tragovima:

dio je više od 40 metaloenzima povezanih s disanjem i drugim fiziološkim procesima. Oni katalizuju hidrolizu peptida, proteina, nekih estera i aldehida;

komponenta je vitalnih hormona kao što je inzulin;

neophodan za stvaranje crvenih krvnih zrnaca i drugih krvnih zrnaca;

igra značajnu ulogu u sintezi molekula RNK glasnika na odgovarajućim dijelovima DNK (transkripcija), u funkcioniranju imunološkog sistema T-ćelija, u metabolizmu lipida i proteina, u stabilizaciji ribozoma i biopolimera;

sudjeluje u metabolizmu ugljikohidrata zbog inzulina, osim toga, vitamin A tijelo apsorbira samo u prisustvu cinka, vitamini C i E se slabo apsorbiraju bez ovog elementa;

dio je enzima i kompleksa koji obezbjeđuju najvažnije fiziološke funkcije tijela:

Obrazovanje, rast i metabolizam (metabolizam) stanica, sinteza proteina, zacjeljivanje rana;

Aktivacija imunoloških reakcija usmjerenih protiv bakterija, virusa, tumorskih stanica;

Apsorpcija ugljikohidrata i masti;

Održavanje i poboljšanje pamćenja;

Održavanje ukusa i olfaktorne osjetljivosti;

Formacija kostiju

Osiguravanje stabilnosti mrežnice i transparentnosti očnog sočiva;

Normalan razvoj i funkcionisanje genitalnih organa.

Ljudi primaju cink uglavnom iz hrane. Organizmu je potrebno 10-20 mg ovog minerala dnevno. Nalazi se u namirnicama kao što su: šargarepa, cvekla, krompir, trešnje, šljive, jabuke, kupus, beli luk, pečurke, mahunarke, žitarice, orasi, jaja, sir, mleko, plodovi mora, meso.

Nizak nivo cinka u krvi karakterističan je za niz bolesti: aterosklerozu, cirozu jetre, rak, bolesti srca, reumatizam, artritis, dijabetes, peptički čir na želucu i dvanaestopalačnom crevu, čireve na telu.

U slučaju predoziranja cinkom uočavaju se napadi slabosti i opasnost od trovanja, budući da cink ispoljava toksična svojstva u dozi od 150-600 mg, smrtna doza je 6 g. Može biti kancerogen. Cink oksid i njegova metalna prašina uzrokuju patološke promjene u plućima. Kada spojevi ovog metala dođu u dodir s kožom, nastaju ekcem i dermatitis.

Potreba za cinkom u ljudskom životu

Cink je jedan od najčešćih metala u industriji. Zbog svojih karakteristika veoma se lako obrađuje pod pritiskom ili visokim temperaturama, a ima široku primenu u raznim oblastima nacionalne privrede, nauke, tehnologije i medicine.

Potražnja za metalom ostaje velika, zahvaljujući brzom rastu proizvodnje antikorozivnih premaza. Cinkova prevlaka se često pokazuje pouzdanijom od drugih, jer cink ne samo da mehanički štiti željezo od vanjskih utjecaja, već ga i kemijski štiti.

Cink je također jedan od najvažnijih biološki aktivnih elemenata i neophodan je za sve oblike života.

Ljudsko tijelo sadrži oko 2 g cinka. Iako su enzimi koji sadrže cink prisutni u većini ćelija, njihova koncentracija je vrlo mala i stoga je prilično kasno postalo jasno koliko je ovaj element važan; neophodnost i neophodnost cinka za ljude ustanovljena je pre 100 godina.

Istraživanja o cinku su još uvijek u toku. Iako je ovaj metal neprimjetan i jeftin, cink je pronašao hiljade upotreba širom svijeta.

Bibliografija

1. Zhivopistsev V.P., Selezneva E.A. Analitička hemija elemenata. “Nauka” Moskva 1975.- 543 str.

2. Popularna biblioteka hemijskih elemenata. M., Nauka, 1977

3. Osobine hemijskih elemenata - Hemičarski priručnik. Zinc-chem100.ru

4. Kazakov B.I. Metal iz Atlantide (oko cinka). M.: Metalurgija, 1984- 128 str.

5. Popularna biblioteka hemijskih elemenata. Cink- http://n-t.ru/ri/ps/

6. Zefirov N. S. (glavni urednik) Hemijska enciklopedija: u 5 tomova - Moskva: Bolshaya Ruska enciklopedija, 1999. - T. 5. - 378 str.

Objavljeno na Allbest.ru

Slični dokumenti

Rasprostranjenost cinka u prirodi, njegovo industrijsko vađenje. Sirovine za dobijanje cinka, metode njegovog dobijanja. Glavni minerali cinka, njegova fizička i Hemijska svojstva. Područje primjene cinka. Sadržaj cinka u zemljinoj kori. Rudarstvo cinka u Rusiji.

sažetak, dodan 12.11.2010

Položaj cinka, kadmijum fosfata i žive u periodnom sistemu D.I. Mendeljejev. Njihova distribucija u prirodi, fizička i hemijska svojstva. Dobijanje cink fosfata. Sinteza i proučavanje redoks svojstava cinka.

kurs, dodan 12.10.2014

Fizička, hemijska svojstva i upotreba cinka. Materijalni sastav ruda i koncentrata koje sadrže cink. Metode prerade cinkovog koncentrata. Elektrodepozicija cinka: glavni pokazatelji procesa elektrolize, njegova implementacija i održavanje.

kurs, dodan 08.07.2012

Osobine utjecaja raznih nečistoća na strukturu kristalna rešetka cink selenid, karakteristike njegovih fizičko-hemijskih svojstava. Dopiranje cink selenida, difuzija nečistoća. Upotreba cink selenida, koji je dopiran raznim nečistoćama.

kurs, dodato 22.01.2017

prezentacija, dodano 16.02.2013

Karakteristike svojstava i strukture spoja cink selenida. Opis karakteristika, tehnologija različitih metoda dobijanja. Industrijski principi dopinga poluprovodnika. Aditivi za legiranje cink selenida i opis svojstava legiranih uzoraka.

kurs, dodato 22.01.2017

opšte karakteristike elementi podgrupe bakra. Osnovne hemijske reakcije bakra i njegovih spojeva. Proučavanje svojstava srebra i zlata. Razmatranje karakteristika podgrupe cinka. Dobivanje cinka iz ruda. Proučavanje hemijskih svojstava cinka i žive.

prezentacija, dodano 19.11.2015

Analiza uticaja cinka na kvalitativni i kvantitativni sastav mikroflore u tlu urbanizovanih ekosistema grada Kalinjingrada, sprovođenjem sopstvenog eksperimenta. Identifikacija grupe mikroorganizama koji pokazuju otpornost na visoke koncentracije cinka.

kurs, dodato 20.02.2015

Fizičko-hemijske karakteristike kobalta. Kompleksna jedinjenja cinka. Istraživanje koncentracije sorpcije Co u prisustvu cinka iz rastvora hlorida u opremi jonskog izmenjivača. Tehnički rezultat koji je postignut u implementaciji pronalaska.

sažetak, dodan 14.10.2014

Karakteristike cinka i bakra kao hemijskih elemenata i njihovo mesto u periodnom sistemu Mendeljejeva. Dobivanje cinka iz polimetalnih ruda pirometalurškim i elektrolitičkim metodama. Metode upotrebe bakra u elektrotehnici i proizvodnji.

Cink je element periodnog sistema, podgrupa 2, period 4, sa atomskim brojem 30 i atomskom težinom 65,39.

Krhki prelazni metal cink.

Na hemijska svojstva cinka direktno utiče njegov odnos prema bloku d-elemenata. Ova grupa se formira hemijske veze samo vanjski elektroni d-orbitale. Stoga element ima karakteristično oksidacijsko stanje od +2 i sličan je svojstvima magnezija.
Heksagonalna rešetka cinka opisana je u Švajcarskoj u 16. veku i nazivana je "kristalnim iglama". Prijelazni metal ima mnogo izotopa u svojim varijantama. Najstabilniji od radioaktivnih je 65 zn sa poluživotom od 245 dana.
Metalni cink u normalnim uslovima je krta supstanca. Gustina mu je 7,13 g/cm³. Na svjetlu, sjaj svojstven svim metalima daje plavičasto-sivu boju. Tačka topljenja počinje od 46 °C, a tačka ključanja počinje od 906 °C. Pokazujući amfoterna svojstva, element je drugi po aktivnosti nakon zemnoalkalnih metala. Redox potencijal je 0,76 V.

Cink je metal otporan na koroziju. U intervalu pH vrijednost kiselost pH 9–11, uočena je maksimalna stabilnost. U atmosferskim uvjetima ne dolazi do korozije zbog pojave zaštitnog filma na površini - cink oksida. Korozija će se pojaviti korištenjem depolarizacije vodika ili kisika.

Uloga u metalurgiji

Hidro- i pirometalurški procesi su najčešće metode za proizvodnju metalnog cinka iz rude. Njegova svojstva nisu ni na koji način inferiorna u odnosu na hrom kao antikorozivni premaz. Polovina proizvedenog cinka koristi se za nanošenje zaštitnog sloja na željezo i čelik.

Antikorozivna primjena cinka.

Zbog niske tačke topljenja cinka i njegovih legura sa drugim metalima, javlja se problem osjetljivosti na pregrijavanje. Stoga prekomjerno pregrijavanje u proizvodnji uzrokuje poremećaj procesa s naknadnom oksidacijom legure. Najčešće legure su bakar (mjed) i olovo. Široko se koriste u tehnologiji, alkalnim baterijama, galvanskim ćelijama i legurama sa drugim plemenitim metalima.

Karakteristike svojstava elementa se menjaju pod uticajem nečistoća. Na primjer: ternarna eutektička legura olova i cinka s primjesom kalaja se topi mnogo lakše od samog cinka i uništava se pod vrućim pritiskom. Dodavanje samo 0,2% gvožđa u cink povećava njegovu krhkost nekoliko puta. Bizmut i arsen, koji su slabo rastvorljivi u elementu, generalno negativno utiču na tehnološke karakteristike nastale supstance.

U industriji, obnavljajuća svojstva elementa imaju važnu funkciju. Učestvuje u taloženju zlata iz rastvora, u proizvodnji hidrosulfita i u ekstrakciji bakra i kadmijuma iz rude.

Reakcije sa elementima

Interakcija sa kiselinama

Dobra reakcija cinka sa većinom kiselina je posledica njegovog položaja u odnosu na vodonik u nizu elektrohemijske aktivnosti metala. Ovo proizvodi mnoge važne soli cinka. Ove soli su pretežno bezbojne, higroskopni su kristali, čiji rastvori zbog hidrolize imaju kiselu sredinu. U slučaju soli drugih metala, također će ih istisnuti iz otopine ako su u naponskom nizu desno od elementa.

U interakciji s kiselinama nastaju soli cinka.

U rastvoru elementa sa sumpornom kiselinom na temperaturama ispod 38 °C nastaje cink sulfat, čiji je naučni naziv ZnSO4 sulfat. Koristi se u proizvodnji viskoze, nekim granama metalurgije, te u medicini kao dezinficijens. ZnCl2 hlorid se dobija iz rastvora hlorovodonične kiseline sa cinkom. Koristi se u proizvodnji baterija, antiseptičkoj impregnaciji drveta i papirnih vlakana.

Izvedena jedinjenja

Cink i njegova amfoterna svojstva prenose se na cink hidrokside Zn (OH)2. Ove supstance pokazuju hemijsko ponašanje kiselina i baza u isto vreme. Hidroksid se može dobiti u obliku bijelog taloga djelovanjem lužine na sulfat. U svom prirodnom stanju, hidroksid je kristalna tvar koja se raspada na temperaturama iznad 130 °C. Koristi se za sintezu soli cinka.
Stara metoda ekstrakcije ZnO oksida, ranije nazvana „francuski proces“, može se nazvati efikasnom. U prisustvu jako zagrijanog zraka oko ploče ćelije, cinkova para će se početi oslobađati, koja će se zatim zapaliti plavkastim svjetlom, formirajući oksid. U velikoj proizvodnji ekstrahuje se iz prirodnog minerala cincita. Osim toga, termička razgradnja složenijih spojeva, kao što je hidroksid, široko se koristi za proizvodnju oksida.
Bezbojni bijeli oksidni prah, nerastvorljiv u vodi, izražava svoju hemijsku dualnost. Stapanjem cink oksida sa alkalijama dobijaju se cinkati. Kada se stapa sa oksidima - silikatima. Njegova sopstvena toplotna provodljivost omogućava mu da bude poluprovodnik, čiji je pojas u pojasu 3,36 eV. Oksid ima široku primenu u hemijskoj industriji, postajući punilo u mnogim plastičnim masama. U elektronici, ni jedna TV cev ne može bez nje. Takođe je uključen u većinu dermatoloških masti.

Uvod

Element cink (Zn) u periodnom sistemu ima redni broj 30. Nalazi se u četvrtom periodu druge grupe. Atomska težina - 65,37. Raspodjela elektrona po slojevima 2-8-18-2

Podrijetlo imena elementa je nejasno, ali se čini vjerojatnim da potiče od Zinke (njemački za "točka" ili "zub"), zahvaljujući izgled metal

Cink je plavkasto-bijeli metal koji se topi na 419 C i pretvara se u paru na 913 C; njegova gustina je 7,14 g/cm3. Na uobičajenim temperaturama cink je prilično krhak, ali na 100-110 C dobro se savija i valja u listove. Na zraku je cink prevučen tankim slojem oksida ili bazičnog karbonata, koji ga štiti od daljnje oksidacije.

Voda gotovo da nema uticaja na cink, iako se nalazi u naponskom nizu znatno lijevo od vodonika. To se objašnjava činjenicom da je hidroksid koji nastaje na površini cinka kada je u interakciji s vodom praktički netopiv i sprječava daljnji tok reakcije. U razrijeđenim kiselinama, cink se lako otapa i formira odgovarajuće soli.

Osim toga, cink, poput berilija i drugih metala koji formiraju amfoterne hidrokside, otapa se u lužinama. Ako se cink zagrije na zraku do tačke ključanja, njegova para se zapali i izgori zelenkasto-bijelim plamenom, stvarajući cink oksid

Kada se zagrije, cink reagira s nemetalima (osim vodonika, ugljika i dušika). Aktivno reaguje sa kiselinama:

Zn + H2SO4 (razrijeđeno) = ZnSO4 + H2

Cink je jedini element grupe koji se otapa u vodenim rastvorima alkalija da bi formirao ione (hidroksicinate):

Zn + 2OH + 2H2O = + H2

1. Sirovine za proizvodnju cinka

Istraživački institut "Uralmehanobr" (u vlasništvu UMMC) razvio je tehnologiju za izdvajanje metaliziranih peleta i cinkovog koncentrata iz električnog otpada od proizvodnje čelika. Nova metodaće omogućiti metalurzima da dobiju jeftine sirovine i riješe ekološke probleme.

Izvor cinka je ruda, koja je najčešće u sulfidnom stanju, a cink je zastupljen uglavnom sfaleritom (ZnS). Rude su uvijek složene, sadrže, osim cinka, olovo, bakar, željezo, srebro itd. U posljednje vrijeme sekundarne sirovine se koriste u zemljama sa velikom potrošnjom.

Sirovina je koncentrat cinka. Kao izvorni materijal koriste se ne samo mineralni i sekundarni materijali, već i proizvodi koji sadrže cink iz drugih industrija: šljaka i prašina iz metalurške proizvodnje olova, bakra, kalaja, lijevanog željeza. Ovi proizvodi su mnogo siromašniji cinkom od koncentrata cinka i još uvijek su uključeni u sirovine cinka. Do nedavno su se cinkove šljake smatrale otpadnim proizvodima, iako sadrže značajne količine cinka, posebno u olovnoj šljaci (10-17% cinka).

Rasprostranjenost cinka u prirodi i njegova industrijska ekstrakcija. Sadržaj cinka u zemljinoj kori iznosi 7,6 10–3%, približno je isti kao rubidijum (7,8 10–3%) i nešto više od bakra (6,8 10–3%).

Glavni minerali cinka su cink sulfid ZnS (poznat kao cinkblende ili sphalerit) i cink karbonat ZnCO3

Kanada je prva u svijetu po proizvodnji (16,5% svjetske proizvodnje, 1113 hiljada tona, 1995) i rezervama cinka. Pored toga, bogata ležišta cinka koncentrisana su u Kini (13,5%), Australiji (13%), Peruu (10%), SAD (10%), Irskoj (oko 3%).

Iskopavanje cinka vrši se u 50 zemalja. U Rusiji se cink vadi iz nalazišta bakarnog pirita na Uralu, kao i iz polimetalnih nalazišta u planinama Južnog Sibira i Primorja. Velike rezerve cinka koncentrisane su u Rudnom Altaju (istočni Kazahstan), koji čini više od 50% proizvodnje cinka u zemljama ZND. Cink se takođe kopa u Azerbejdžanu, Uzbekistanu (Almalik ležište) i Tadžikistanu.

Inovacija tehnologije je u tome što vam omogućava da istovremeno dobijete cink i metalno željezo iz otpada. Ovo ranije nije bilo moguće. Suštinu procesa objasnio je šef odjela za aglomeraciju ruda i koncentrata u Uralmekhanobra, Samuil Melamud: „Prašina zajedno sa visokopećnom šljakom i drugim otpadom koji sadrži željezo peletizira se i utovaruje u posebno napravljenu rotirajuću peć. Stvara posebnu atmosferu i režim pečenja (tu leži znanje), što omogućava ekstrakciju cinka i metalizaciju gvožđa prisutnog u obliku oksida. Cink se hvata u platnene vrećaste filtere, a pelete se hlade, obrađuju i prenose u metaluršku obradu.”

Prema naučnicima, u proseku, iz jedne tone prašine moguće je dobiti 300-350 kg metalnog gvožđa i 50-70 kg cinka. Nova metoda recikliranja otpada omogućit će vam korištenje jeftinih materijala koji se mogu reciklirati, smanjiti troškove skladištenja opasnog otpada i smanjiti ekološke naknade. Kao rezultat toga, cijena dobivenog cinka bit će 15-20% niža od njegovih trenutnih svjetskih cijena (1,9 hiljada tona na Londonskoj berzi metala). Period povrata za nove instalacije sa obimom od 20 - 30 hiljada tona prerade godišnje nije duži od četiri godine.

Trenutno je u pripremi studija ekonomske opravdanosti za izvodljivost uvođenja tehnologije u preduzeća UMMC-a: Metalurški kombinat po imenu. A.K. Serov, Vtortsvetmet (Suhoj Log), Mednogorska fabrika bakra i sumpora. U budućnosti se planira prodaja licenci za pravo korišćenja know-howa drugim metalskim kompanijama.

Naučnici iz OJSC Uralmekhanobr (preduzeće naučnog kompleksa UMMC), zajedno sa stručnjacima UMMC-a, razvili su novu tehnologiju za domaća i strana preduzeća crne metalurgije za ekstrakciju cinka i željeza iz prašine iz proizvodnje električnih peći. Inovacija tehnologije leži u činjenici da omogućava istovremeno dobijanje cinka i metalnog željeza iz sirovina, što ranije nije bilo moguće.

Prema riječima jednog od autora razvoja, šefa odjela za aglomeraciju ruda i koncentrata u Uralmekhanobr OJSC, Samuila Melamuda, tehnologija osigurava ekstrakciju metaliziranih peleta i cinkovog koncentrata kroz redukcijsko prženje prašine koja sadrži cink. Preliminarni rezultati su to pokazali od tone prašine iz Metalurškog kombinata. A.K. Serov, možete dobiti 300–350 kg metalnog gvožđa i 50–70 kg cinka.

“Povećanje troškova za vađenje rudnih sirovina i otpada, ograničeno prirodni resursi a očekivano povećanje kazni za zagađenje životne sredine prirodno dovodi do toga da industrijalci sve ozbiljnije počinju da shvataju pitanja reciklaže veštačkog otpada, kaže Samuel Melamud. “Štaviše, moderne tehnologije već mogu biti ekonomski isplative.”

U aprilu ove godine uspešno su završena pilot ispitivanja nove tehnologije u fabrici bakra i sumpora Mednogorsk (regija Orenburg, preduzeće metalurškog kompleksa UMMC). Trenutno je u pripremi studija ekonomske izvodljivosti za uvođenje tehnologije u jedno od preduzeća UMMC-a

2. Metode za dobijanje cinka

Naglim hlađenjem, cinkova para odmah, zaobilazeći tečno stanje, prelazi u čvrstu prašinu. Često je potrebno sačuvati cink u obliku prašine, a ne rastopiti ga u ingote.

Cink se u prirodi ne pojavljuje kao prirodni metal. Cink se kopa na dva načina:

1) pirometalurška metoda

2) hidrometalurški metod iz polimetalnih ruda koje sadrže 1-4% Zn u obliku sulfida, kao i Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Rude se obogaćuju selektivnom flotacijom, dobijanjem koncentrata cinka (50-60% Zn) i istovremeno koncentrata olova, bakra, a ponekad i pirita. Koncentrati cinka se spaljuju u pećima sa fluidizovanim slojem, pretvarajući cink sulfid u ZnO oksid; Nastali sumpor dioksid SO2 koristi se za proizvodnju sumporne kiseline. Postoje dva puta od ZnO do Zn.

1) Prema pirometalurškoj (destilacionoj) metodi, koja postoji dugo vremena, kalcinirani koncentrat se podvrgava sinterovanju da bi se dobila granularnost i plinopropusnost, a zatim se reducira ugljem ili koksom na 1200 - 1300 °C:

ZnO + C = Zn + CO.

Rezultirajuće metalne pare se kondenziraju i izliju u kalupe. U početku se redukcija vršila samo u retortama od pečene gline, koje su se pokretale ručno, kasnije su se počele koristiti vertikalne mehanizirane retorte od karborunda, zatim - osovinske i lučne električne peći; Cink se dobija iz olovno-cink koncentrata u visokim pećima. Produktivnost se postepeno povećavala, ali je cink sadržavao i do 3% nečistoća, uključujući i vrijedan kadmijum. Destilacioni cink se prečišćava segregacijom (tj. taloženjem tečnog metala iz gvožđa i dela olova na 500 °C), čime se postiže čistoća od 98,7%. Ponekad složenije i skuplje prečišćavanje rektifikacijom proizvodi metal čistoće od 99,995% i omogućava oporavak kadmijuma.

Glavni način dobivanja cinka je elektrolitski (hidrometalurški). Prženi koncentrati se tretiraju sumpornom kiselinom; Nastala otopina sulfata se čisti od nečistoća (precipitacijom ih cink prašinom) i podvrgava se elektrolizi u kupkama koje su iznutra čvrsto obložene olovnom ili vinil plastikom. Cink se taloži na aluminijske katode, sa kojih se svakodnevno uklanja (skida) i topi u indukcijskim pećima. Tipično, čistoća elektrolitskog cinka je 99,95%, potpunost njegove ekstrakcije iz koncentrata (uzimajući u obzir preradu otpada) je 93-94%. Cink sulfat, Pb, Cu, Cd, Au, Ag dobijaju se iz proizvodnog otpada; ponekad i In, Ga, Ge, Tl.

2) Hidrometalurška metoda prerade prženih koncentrata cinka sastoji se od rastvaranja cink oksida u vodenom rastvoru sumporne kiseline i naknadnog taloženja cinka elektrolizom. Stoga se hidrometalurška metoda ponekad naziva i elektrolitička. Prilikom proizvodnje cinka elektrolizom, koncentrat cinka se prvo podvrgava oksidativnom prženju.

ZnSO4→ Zn 2+ + SO4 2-

2+ (–) katoda Zn, N2O (+) anoda: SO42–, N2O

Cink je dobio ime po lakoj ruci Paracelzusa, koji je ovaj metal nazvao "cinkum" ("cink"). U prijevodu s njemačkog ovo znači "zub" - to je upravo oblik kristalita metalnog cinka.

Cink se ne nalazi u prirodi u svom čistom obliku, ali se nalazi u zemljinoj kori, u vodi, pa čak iu gotovo svakom živom organizmu. Njegova ekstrakcija se najčešće vrši iz minerala: cincita, willemita, kalamina, smitsonita i sfalerita. Potonji je najčešći, a njegov glavni dio je ZnS sulfid. Sphalerit u prijevodu s grčkog znači zamka. Ovo ime je dobio zbog poteškoća u identifikaciji minerala.

Zn se može naći u termalnim vodama, gdje stalno migrira, taložeći se u obliku istog sulfida. Vodonik sulfid djeluje kao glavni taložnik cinka. Kao biogeni element, cink je aktivno uključen u život mnogih organizama, a neki od njih koncentrišu ovaj element (određene vrste ljubičica).

Većina veliki depoziti Minerali koji sadrže Zn nalaze se u Boliviji i Australiji. Glavna nalazišta cinka u Rusiji nalaze se u regionima Istočnog Sibira i Urala. Ukupne predviđene rezerve zemlje iznose 22,7 miliona tona.

Cink: proizvodnja

Glavna sirovina za eksploataciju cinka je polimetalna ruda koja sadrži Zn sulfid u količini od 1-4%. Potom se ova sirovina obogaćuje selektivnom flotacijom, što omogućava dobijanje koncentrata cinka (do 50-60% Zn). Stavlja se u peć, pretvarajući sulfid u ZnO oksid. Tada se obično koristi destilacioni (pirometalurški) metod za dobijanje čistog Zn: koncentrat se peče i sinteruje do stanja granularnosti i gasopropusnosti, nakon čega se redukuje koksom ili ugljem na temperaturi od 1200-1300°C. Jednostavna formula pokazuje kako dobiti cink iz cink oksida:

ZnO+S=Zn+CO

Ova metoda vam omogućava da postignete čistoću metala od 98,7 posto. Ako je potrebna čistoća od 99,995%, koristi se tehnološki složenije prečišćavanje koncentrata rektifikacijama.

Fizička i hemijska svojstva cinka

Element Zn, sa atomskom (molarnom) masom od 65,37 g/mol, zauzima ćeliju broj 30 u periodnom sistemu. Čisti cink je plavo-bijeli metal sa karakterističnim metalnim sjajem. Njegove glavne karakteristike:

gustina – 7,13 g/cm 3
tačka topljenja – 419,5 o C (692,5 K)
tačka ključanja – 913 o C (1186 K)
specifični toplotni kapacitet cinka – 380 J/kg
specifična električna provodljivost – 16,5*10 -6 cm/m
električna otpornost – 59,2*10 -9 ohm/m (na 293 K)

Kontakt cinka sa zrakom dovodi do stvaranja oksidnog filma i tamnjenja površine metala. Element Zn lako stvara okside, sulfide, kloride i fosfide:

2Zn+O 2 =2ZnO

Zn+S=ZnS

Zn+Sl 2 =ZnSl 2

3Zn+2P=Zn 3 P 2

Cink stupa u interakciju s vodom, sumporovodikom i vrlo je topiv u kiselinama i alkalijama:

Zn+H 2 O=ZnO+H 2

Zn+H 2 S=ZnS+H 2

Zn+H 2 SO 4 =ZnSO 4 +H 2

4Zn+10NNO 3 =4Zn(NO 3)2+NN 4 NO3+3 N 2 O

Zn+2KOH+2H 2 O=K2+H 2

Cink također stupa u interakciju s otopinom CuSO 4, istiskujući bakar, budući da je manje aktivan od Zn, te se stoga prvi uklanja iz otopine soli.

Cink se može naći ne samo u čvrstom ili prašnjavom obliku, već iu obliku gasa. Posebno, pare cinka nastaju tokom operacija zavarivanja. U ovom obliku, Zn je otrov koji uzrokuje cink (metalnu) groznicu.

Cink sulfid: fizička i hemijska svojstva

Svojstva ZnS prikazana su u tabeli: