...
ЦИНК PDF Печать E-mail

ЦИНК
План
1. Загальна характеристика елементу
2. Трохи історії.
3. Металевий цинк.
4. Сплави цинку.
5. З'єднання цинку.
6. Біологічна роль цинку.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЕЛЕМЕНТУ
Елемент цинк (Zn) в таблиці Менделєєва має порядковий
номер 30. Він знаходиться в IV періоді II групи. Атомний
вага - 65,37. Електронна конфігурація Is22s22p63s23p" 3dio4s2. Цинк є синювато-білим металом, плавким
при 419°З, а при 913°З що перетворюється на пару; щільність
його дорівнює 7,14 г/см3. У нормальних умовах цинк досить
крихкий, але при 100- 110°З він добре гнеться і прокатується
у листи. При звичайній температурі но повітрі
цинк покривається тонким шаром окислу або основного карбонату,
що оберігає його від подальшого окислення. Вода
майже не діє па цинк, оскільки що утворюється на поверхні
цинку при взаємодії з водою гідроокис практично
нерастворима і перешкоджає подальшій течії реакції.
У кислотах цинк легко розчиняється, як і в лугах.

2. ТРОХИ ІСТОРІЇ
З'єднання цинку і його сплави відомі людству з
глибокій старовині, металевий же цинк був отриманий значно
пізніше, ніж залізо, свинець, олово. Це пояснюється
тим, що звичайні способи плавки руди з вугіллям тут не досягали
цілі; щоб відновити цинк, його потрібно швидко нагрівати
до температури біля 1000Х, але при цьому він кипить і в
виді пари втрачається разом з димовими газами. Тільки потім
того, як навчилися конденсувати пари цинку в глиняних
посудинах, стало можливим отримання металу у вільному
стані. Вважають, що такий дистиляційний спосіб отримання
вільного цинку вперзые був винайдений в Китаї. Латунь (сплав міді з цинком) була відома грекам, індійцям
і іншим народам Сходу, що вживали її для виготовлення
різних предметів домашнього ужитку, художнього
литва і прикрас. Приготування латуні відновленням
особливої землі (так називалися в давнину багато
мінерали, що містять цинк, відмінності між якими не
робили) кадмію вугіллям у присутності міді описують Арістотель
((IV ст. до н.е.), Плиний Старший, Гомер. Плиний Старший
((I ст. до н. е.) описує лікарські засоби, що містять
цинк, які вживалися для загоєння ран і при лікуванні
хвороб очей. У доисторичских дакийских розвалинах в Трансільванії був знайдений ідол, відлитий із сплаву, що містить 87 % цинку. Отримання металевого цинку з галію Zn4(SLO7) - H, O уперше описує Страбон (I ст. до н. е.). Цинк в цей період називали тутией, або фальшивим сріблом. У X - XI вв. до н. е. мистецтво отримання цинку в Європі було втрачене, і він ввозився сюди під назвою індійського олова з Китаю і Індії. У кінці XIII ст. н.е. італійський мандрівник Маркс
Порожнисто описав спосіб отримання металевого цинку в Персії.
У 1637 році метод виплавки цинку і його властивості описуються
у китайській книзі "Циян конг кан у". "Здавалося би,
що раз метод отримання описаний в літературі, то його легко
могли перейняти інші народи і застосовувати у себе на батьківщині.
Але цього не сталося. Економічна і культурна роз'єднаність
народів Європи, слабкітранспортні :вязи, а головне,
прагнення багатьох учених описувати свої відкриття
незрозумілій мові - усе це перешкоджало швидкому поширенню
технічних досягнень. Вторинне отримання цинку в Європі стало відомо в
початку XVI ст., коли про спосіб його виплавки згадують в
своїх творах Георг Агрикола (1494-1555 рр.) і Теофраст
Парацельс (1494-1541). Проте і після цього цинк в
Європі був великою рідкістю, що тривало майже до
кінця XVIII ст.. Назва ж "цинк" походить від латинського слова,
що означає більмо або білий наліт, і вперв ые зустрічається
у Парацельса в 1530 році. Роберт Бойль назвав цинк "спелтером
"М. Ломиносів в 1742 році ввів назву "цинк", але
воно не користувалося успіхом. Найчастіше цинк називали "шлиаутер
". У 8-м виданні "Основ хімії" (1906) Д. II. Менделєєв
спожив сучасну назву цинку, але разом з цим ставить
у дужках його назва - "шпиаутер". 3. МЕТАЛЕВИЙ ЦИНК
У XVI ст. були зроблені перші спроби виплавити
цинк в заводських умовах. Але виробництво "не пішло",
технологічні труднощі виявилися непереборними. Цинк
намагалися отримувати так, як і інші метали. Руду обпалювали,
перетворюючи цинк на окисел, а потім цей окисел відновлювали з
вугіллям. Цинк, природно, відновлювався, взаємодіючи
з вугіллям, але .. не виплавлявся. Не виплавлявся тому, що
цей метал вже в плавильній печі випаровувався -- температура
його кипіння всього 906°С. А в печі було повітря. Зустрічаючи його,
пари активного цинку реагували з киснем, утворювався
початковий продукт - окисел цинку. Налагодити цинкове виробництво в Європі вдалося лише після того, як руду стали відновлювати в закритих ретортах без доступу повітря. Приблизно так само "чорновий" цинк отримують і зараз, а очищають його рафінуванням. Чисто цинкові руди в природі майже не зустрічаються. З'єднання цинку входять до складу полиметаллических руд. Отримані при збагаченні руді цинкові концентрати містять 48-65 % цинку, до 2 % міді, 2% свинцю, 12 % залоза. Зараз приблизно половину цинку отримують пірометалургічним способом. 
При різкому охолодженні пари цинку відразу ж, минувши рідке
стан, перетворюються на твердий пил. Це декілька
ускладнює виробництво, хоча елементарний цинк вважається
нетоксичним. У піротехніці цинковий пил застосовують, щоб
отримати блакитне полум'я. Цинковий пил використовується в
виробництві рідкісних і благородних металів. Зокрема,
таким цинком витісняють золото і срібло з ціаністих розчинів.
Як ні парадоксально, але при отриманні самого цинку
((і кадмію) гідрометалургійним способом застосовується
цинковий пил - для очищення розчину сульфату міді і кадмію.
Але це ще не усе. Ви ніколи не замислювалися, чому
металеві мости, прольоти заводських цехів і інші великогабаритні
вироби найчастіше забарвлюють в сірий колір? Головна складова частина вживаної в усіх цих випадках
фарби - все той же цинковий пил. Змішана з окислом
цинку і льняним маслом, вона перетворюється на фарбу, яка
відмінно оберігає від корозії. Ця фарба до того ж дешева,
пластична, добре прилипає до поверхні металу і
не відшаровується при температурних перепадах. На властивостях цинку сильно позначається міра його чистоти.
При 99,9 і 99,99 % чистоти цинк добре розчиняється в
кислотах. Але варто "додати" ще одну дев'ятку (99,999 %) і
цинк стає нерозчинним в кислотах навіть при сильному
нагріванні. Цинк такої чистоти відрізняється і великою пластичністю,
його можна витягати в тонкі нитки. А звичайний цинк
можна прокатати в тонкі листи навіть при температурі 100- 150°С. Значна роль цинку в поліграфії. З цинку роблять
кліше, що дозволяють відтворити у пресі малюнки і фотографії.
Спеціально приготований і оброблений друкарський
цинк сприймає фотозображення. Це зображення
у потрібних місцях захищають фарбою, і майбутнє кліше
протравлюють кислотою. Зображення придбаває рельєфність,
досвідчені гравери підчищають його, роблять відбитки, а
потім ці кліше йдуть в друкарські машини.

4. СПЛАВИ ЦИНКУ
Вже згадувалося, що історія з цинком досить плутана.
Але одне безперечне - сплав міді і цинку (латунь) був
отриманий набагато раніше, ніж металевий цинк. Самі древні
латунні предмети, зроблені приблизно в 1500 р. до н. е.,
були знайдені при розкопках в Палестині. Як вже було сказано, приготування латуні відновленням
особливого каменю кадмію вугіллям у присутності міді описано
у Арістотеля. Він писав про мідь, що добувалася в Індії,
яка "відрізняється від золота тільки смаком". Дійсно, в досить численній групі сплавів,
що носять загальну назву латуні, є один (Л- 096, або
томпак), за кольором невідмітний від золота. Міняючи співвідношення
цинку і міді, можна отримати численні сплави з різними
властивостями. Не випадково латунь поділена на дві
великі групи: альфа- і беталатуни. У альфа-латунях цинку
не більше 33 %. Чому саме 33? Із збільшенням змісту цинку пластичність латуні росте, але тільки до певної межі: латунь з 33 і більше відсотками цинку при деформації в холодному стані розтріскується. 33 % Zn - рубіж зростання пластичності, рубіж, за яким латунь стає крихкою. У міру збільшення в латуні змісту цинку росте їх міцність, але теж до певної межі. Тут межа - 47-50 % Zn. Міцність латуні, що містить 45 % цинку, у декілька разів більше, ніж сплаву, відлитого з різних
кількостей цинку і міді. Широкий діапазон властивостей латуні пояснюється раніше
всього хорошою сумісністю міді і цинку : вони утворюють
серію твердих сплавів з різною кристалічною
структурою. Так само різноманітно і застосування сплавів цій
групи. З латуні роблять конденсаторні трубки і патронні
гільзи, радіатори і різну арматуру, множина інших
корисних речей - усього не перерахувати. І що особливо важливе, введений в розумних межах
цинк завжди покращує механічні властивості міді (її міцність,
пластичність, корозійну стійкість). І завжди при цьому
він здешевлює сплав, адже цинк набагато дешевший за мідь. Легування
робить сплав дешевшим - таке зустрінеш не часто! Цинк входить і до складу іншого древнього сплаву на мідній
основі - бронзи. Це раніше ділили чітко: мідь плюс
олово рівне бронза, мідь плюс цинк рівно латунь. Тепер
"грані стерлися". Наприклад, сплав ОЦС- 3-12-5 вважається
бронзою, але цинку в нім в чотири рази більше, ніж олова.

5. З'ЄДНАННЯ ЦИНКУ
Ще при перших спробах виплавити цинк з руди у
средневекозых хі?лиць виходив білий наліт, який в
книгах того часу називали двояко: або "білим снігом",
або "філософською шерстю". Неважко здогадатися, що це
був окисел цинку ZnO - речовина, яка є в житлі
кожного міського жителя наших днів. Цей сніг, будучи замішаним на оліфі, перетворюється на
цинкові білила - найпоширеніші з усіх білил.
Окисел цинку потрібний не лише для малярних справ, нею широко
користуються багато галузей промисловості. Скляна -
для отримання молочного скла і для збільшення термостійкості
звичайних стекол. У гумовій промисловості і
виробництві лінолеуму окисел цинку використовується як наповнювач.
Відома цинкова мазь насправді не цинкова,
а оксиноцинковая. Препарати на основі ZnO ефективні
при шкірних захворюваннях. Нарешті, з кристалічним окислом цинку пов'язана одна
з найбільших наукових сенсацій 20-х років XX ст.. У
1924 року один з радіоаматорів міста Томська встановив
рекорд дальності прийому. Детекторним приймачем він в Сибіру
приймав передачі радіостанцій Франції і Німеччини,
причому чутність була виразнішою, ніж у власників
однолампових приймачів. Як це могло статися? Справа в
тому, що детекторний приймач томського аматора був змонтований
за схемою співробітника нижегородської радиолаооратории
О. В. Лосева. Лосев встановив, що якщо в коливальний контур визначеним
образом включений кристал окислу цинку, то останній
посилюватиме коливання високої частоти і навіть збуджувати
затухаючі коливання. Це винахід Лосева представлявся
революційним. Ось що говорилося в редакційній
статті американського журналу RADIO - NEWS: "Винахід
О. В. Лосева робить епоху, і тепер кристал замінить
лампу"!. Автор статті виявився провидцем - кристал
дійсно замінив лампу, правда, це не лосевский кристал
окисли цинку, а кристали інших металів. Але, між
іншим, серед широко вживаних напівпровідникових матеріалів
є і з'єднання цинку : це його селениды і теллуриды,
антимод і арсепид. 
Ще важливіше застосування деяких з'єднань цинку,
передусім його сульфіду, для покриття екранів, що світяться
телевізорів, осцилографів, рентгенівських апаратів.
Під дією короткохвильового випромінювання або електронного
світивши сірчистий цинк придбаває здатність світитися,
причому ця здатність зберігається і після того, як припинилося
опромінення. 6. БІОЛОГІЧНА РОЛЬ ЦИНКУ
Фармацевти і .медики дарують багато з'єднань цинку.
З часів Парацельса до наших днів у фармакопеї значаться
очні цинкові краплі (0,25% -ный розчин ZnSO4).
Як присипка здавна застосовується цинкова сіль стеаринової
кислоти. Феносульфат цинку - хороший антисептик.
Суспензія, в яку входять інсулін, протамін і хлорид
цинку - новий ефективний засіб проти діабету, діючий
краще, ніж чистий інсулін. І в той же час, багато з'єднань цинку, передусім
його сульфат і хлорид, токсичні. Цинк - один з важливих мікроелементів. Л в ти ж час
надлишок цинку для рослин шкідливий. Біологічна роль цинку двояка і до кінця не з'ясована.
Встановлено, що цинк - обов'язкова складова частина
ферменту крові карбоангидразы. Цей фермент міститься в
еритроцитах. Карбоангидраза прискорює виділення вуглекислого
газу в легенях. Крім того, вона допомагає перетворити частину
СО2 в іон, що грає важливу роль в обміні речовин. Але навряд чи тільки карбоангидразой обмежується роль
цинку в житті тварин і людини. І якби було так, то
важко було б пояснити токсичність з'єднань цього елементу. Відомо, що досить багато цинку міститься в отруті
змій, особливо гадюк і кобр. Але в той же час відомо, що
солі цинку специфічно пригноблюють активність цих же самих
отрут, хоча, як показали досліди, під действие:-! солей цинку
отрути не руйнуються. Як пояснити таке протиріччя? Вважають, що високе
зміст цинку в отруті - це той засіб, яким змія
від власної отрути захищається. Але таке твердження ще
вимагає строгої експериментальної перевірки. Чекають з'ясування
і багато тонких деталей загальної проблеми "цинк і життя". АЛЮМІНІЙ Алюміній - найпоширеніший в земній корі метал.
На його частку доводиться 8 % мас земної кори. Головна
маса його зосереджена в алюмосиликатах - з'єднаннях
алюмінію з кремнієм. Продуктом руйнування цих гірських
порід являється глина, склад якої може бути виражений
у формулі ALO3 - 2SiO, - 2Н2О. З інших мінералів,
утворених алюмінієм, найбільше значення мають боксит
А1О - АЛЕ, корунд А1О І кріоліт A1F - 3NaF. 232233Впервые чистий алюміній був отриманий Велером в
1827 року при взаємодії хлориду алюмінію з металевим
калієм. Проте, незважаючи на широку поширеність
у природі, до кінця XIX століття алюміній належав до
числу рідкісних металів, Нині в промисловості алюміній отримують
електролізом глинозему А12О3 в розплавленому кріоліті.
На аноді електролізера для виплавлення алюмінію відбуваються
наступні реакції: А13т + Зе=А1°. Рідкий метал збирається на дні печі. У періодичній системі Менделєєва алюміній знаходиться
у третьому періоді, в головній підгрупі третьої групи.
Заряд ядра +13. Електронна будова атома : Is22sz2p63s23p'.
Найбільш характерна міра окислення атома алюмінію
++3. Негативна міра окислення прояву рідко.
Алюміній - типовий амфотерный елемент, він утворює як аніонні, так і катіонні комплекси. У вигляді простої речовини алюміній - сріблясто-білий,
досить щільний метал з щільністю 2,7 г/см3, температурою
плавлення 660Х і температурою кипіння 2500°С.
Кристалічний алюміній має гранецентровану кубічну
грати. Характеризується високою тягучою,
високі тепло- і електропровідність. З цим пов'язано його використання у виробництві електричних дротів; при
однаковій електричній провідності алюмінієвий дріт
удвічі легше мідного. На повітрі алюміній покривається щонайтоншою (0,00001 мм),
але дуже щільною плівкою оксиду А12О3, що оберігає метал
від подальшого окислення і що надає йому матовий
вид. Алюміній легко витягується в дріт і прокатується
у тонкі листи. Алюмінієва фольга (товщ, тій 0,005 мм)
застосовується для упаковки в харчовій і фарь?ацевтической
промисловості. Основну масу алюмінію використовують для отримання
різних сплавів, які разом з хорошими механічними
якостями характеризуються і своєю легкістю. Найважливіші
з цих сплавів: дюралюміній (94% А1, 4 % Сі, по
0,0,5 % Mg, Mn, Fe, Si) і силумін (сплав Al, SK,,\'а). Алюмінієві
сплави застосовуються в ракетній техніці в авиа-, авто-,
судо- і приладобудуванні, виробництві посуду і в багатьох
інших галузях промисловості. По широті застосування
сплави алюмінію займають третє місце поїв: стали і чавуну.
Алюміній, крім того, застосовується і у в: де добавки до
багатьом сплавам з метою надання ним жаростійкості. При розжарюванні дрібно роздробленого алюмінію ним
енергійно згорає на повітрі: 4А1 + ЗО2 -> 2А1, О3 + Q.
Аналогічно протікає і взаємодія його з сіркою: 2A1 + 3S - C-^AljSj. З хлором і бромом з'єднання відбувається вже при обыч
ний температурі, з йодом - при нагріванні.
Схема взаємодії алюмінію з галогенами має вигляд. 2А1 + ЗНа12 -> 2АШа13.
При дуже високих температурах алюміній безпосередньо
з'єднується також з азотом і вуглецем, з воднем

 

Яндекс.Метрика >