— хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка). Эссенциальный (незаменимый) микроэлемент тканей человека. По количественному соотношению в организме занимает второе, после железа, место. Ему принадлежит ключевая роль в регенерации поврежденных тканей, так как без цинка нарушается синтез нуклеиновых кислот и белка.
- Структура
- Свойства
- Запасы и добыча
- Происхождение
- Применение
- Классификация
- Физические свойства
- Оптические свойства
- Кристаллографические свойства
Смотрите так же:
Лед
— структура и физические свойства
СВОЙСТВА
При комнатной температуре хрупок, при сгибании пластинки слышен треск от трения кристаллитов (обычно сильнее, чем «крик олова»). Имеет низкую температуру плавления. Объем металла при плавлении увеличивается в соответствии со снижением плотности. С повышением температуры уменьшается кинетическая вязкость и электропроводность цинка и возрастает его удельное электрическое сопротивление. При 100—150 °C цинк пластичен. Примеси, даже незначительные, резко увеличивают хрупкость цинка. Является диамагнетиком.
Гидрометаллургические способы получения цинка
В настоящее время большое внимание уделяется более полному использованию составляющих цинксодержащего сырья, внедрению безотвальной технологии, получению цинка высших марок. Для решения указанных задач в производстве цинка используют гидрометаллургический метод переработки цинковых концентратов по технологической схеме.
В основе гидрометаллургического метода заложено выщелачивание оксида цинка разбавленной серной кислотой из предварительно обожженного концентрата (огарка):
ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O
Цинк из раствора выделяют путем электролитического восстановления на катоде. На аноде в это время регенерируется серная кислота, что позволяет использовать отработанный электролит в качестве растворителя при выщелачивании огарка.
Так как в раствор при выщелачивании переходят многие сопутствующие элементы-примеси (медь, кадмий, никель, кобальт и другие), то перед электролизом раствор подвергают тщательной очистке. Чем чище поступает раствор на электролиз, тем более высокого качества получают товарный цинк.
При электролизе происходит следующая реакция:
ZnSO4 + H2O = Zn + H2SO4 + 0,5O2
Несмотря на многостадийность, гидрометаллургический способ обладает многими достоинствами: высокая комплексность использования сырья, получение цинка высших марок, не требующего рафинирования, высокое общее извлечение цинка и других ценных компонентов в соответствующую продукцию, исключение или значительное уменьшение расхода кокса. Этим способом в мировой практике перерабатывается в настоящее время до 85 % цинксодержащего сырья.
ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА
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%). Цинк — энергичный водный мигрант, особенно характерна его миграция в термальных водах вместе со свинцом. Из этих вод осаждаются сульфиды цинка, имеющие важное промышленное значение. Цинк также энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах, главным осадителем для него является сероводород, меньшую роль играет сорбция глинами и другие процессы.
Месторождения цинка известны в Иране, Австралии, Боливии, Казахстане. В России крупнейшим производителем свинцово-цинковых концентратов является ОАО «ГМК Дальполиметалл»
Цинк добывают из полиметаллических руд, содержащих 1—4% Zn в виде сульфида, а также Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руды обогащают селективной флотацией, получая цинковые концентраты (50—60% Zn) и одновременно свинцовые, медные, а иногда также пиритные концентраты. Основной способ получения цинка — электролитический (гидрометаллургический). Обожжённые концентраты обрабатывают серной кислотой; получаемый сульфатный раствор очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу в ваннах, плотно выложенных внутри свинцом или винипластом. Цинк осаждается на алюминиевых катодах, с которых его ежесуточно удаляют (сдирают) и плавят в индукционных печах.
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.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Цинк в природе как самородный металл не встречается. Известно 66 минералов цинка, в частности цинкит, сфалерит, виллемит, каламин, смитсонит, франклинит. Наиболее распространенный минерал — сфалерит, или цинковая обманка. Основной компонент минерала — сульфид цинка ZnS, а разнообразные примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Из-за трудности определения этого минерала его называют обманкой (др.-греч. σφαλερός — обманчивый). Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы элемента № 30: смитсонит ZnCO3, цинкит ZnO, каламин 2ZnO · SiO2 · Н2O. На Алтае нередко можно встретить полосатую «бурундучную» руду — смесь цинковой обманки и бурого шпата. Кусок такой руды издали действительно похож на затаившегося полосатого зверька.
Химические свойства
Внешняя электронная конфигурация одного атома цинка можно записать как 3 d 104 s 2. Металл активен и является энергичным восстановителем. При температуре в 100 C она открытом воздухе покрывается пленкой, состоящей из основных карбонатов, и сильно тускнеет. При воздействии углекислого газа и повышенной влажности элемент начинает разрушаться. В кислородной или обычной среде при сильном нагревании цинк сгорает, образуя голубоватое пламя и белый дым, который состоит из оксида цинка. Огнеопасно воздействуют на цинк сухие элементы фтора, брома и хлора, но только при участии паров воды.
При соединении металла и сильных минеральных кислот первый растворяется, особенно если смеси нагреть, в результате образуются соответствующие соли. Щелочи, расплавы и растворы окисляют вещество, в результате образуются цинкиты, растворимые в воде, и выделяется водород. Интенсивность воздействия кислот и щелочей зависит от наличия в цинке примесей. Чем более «чист» металл, тем слабее он взаимодействует из-за перенапряжения водорода.
ПРИМЕНЕНИЕ
Чистый металлический цинк используется для восстановления благородных металлов, добываемых подземным выщелачиванием (золото, серебро). Кроме того, цинк используется для извлечения серебра, золота (и других металлов) из чернового свинца в виде интерметаллидов цинка с серебром и золотом (так называемой «серебристой пены»), обрабатываемых затем обычными методами аффинажа.
Применяется для защиты стали от коррозии (оцинковка поверхностей, не подверженных механическим воздействиям, или металлизация — для мостов, емкостей, металлоконструкций).
Цинк используется в качестве материала для отрицательного электрода в химических источниках тока, то есть в батарейках и аккумуляторах.
Пластины цинка широко используются в полиграфии, в частности, для печати иллюстраций в многотиражных изданиях. Для этого с XIX века применяется цинкография — изготовление клише на цинковой пластине при помощи вытравливания кислотой рисунка в ней. Примеси, за исключением небольшого количества свинца, ухудшают процесс травления. Перед травлением цинковую пластину подвергают отжигу и прокатывают в нагретом состоянии.
Цинк вводится в состав многих твёрдых припоев для снижения их температуры плавления.
Окись цинка широко используется в медицине как антисептическое и противовоспалительное средство. Также окись цинка используется для производства краски — цинковых белил.
Цинк — важный компонент латуни. Сплавы цинка с алюминием и магнием (ЦАМ, ZAMAK) благодаря сравнительно высоким механическим и очень высоким литейным качествам очень широко используются в машиностроении для точного литья. В частности, в оружейном деле из сплава ZAMAK (-3, −5) иногда отливают затворы пистолетов, особенно рассчитанных на использование слабых или травматических патронов. Также из цинковых сплавов отливают всевозможную техническую фурнитуру, вроде автомобильных ручек, корпусы карбюраторов, масштабные модели и всевозможные миниатюры, а также любые другие изделия, требующие точного литья при приемлемой прочности.
Хлорид цинка — важный флюс для пайки металлов и компонент при производстве фибры.
Теллурид, селенид, фосфид, сульфид цинка — широко применяемые полупроводники. Сульфид цинка — составная часть многих люминофоров. Фосфид цинка используется в качестве отравы для грызунов.
Селенид цинка используется для изготовления оптических стёкол с очень низким коэффициентом поглощения в среднем инфракрасном диапазоне, например, в углекислотных лазерах.
Цинк (англ. Zinc) — Zn
| Молекулярный вес | 65.39 г/моль |
| Происхождение названия | Слово «цинк» впервые встречается в трудах Парацельса, который назвал этот металл словом «zincum» или «zinken» в книге Liber Mineralium II |
| IMA статус | действителен, описан впервые до 1959 (до IMA) |
Свойства металла
Наш хрупкий герой — переходный металл синевато-белого цвета. На воздухе быстро окисляется, темнеет от пленки оксида.
В таблице Менделеева этот химический элемент находится в 12 группе (по старой классификации во II группе четвертого периода).
Особенности цинка:
- атомный номер 30;
- атомная масса 65,38 г/моль;
- металлический блеск;
- непрозрачность;
- плотность 7,14 г/см3;
- структура кристаллической решетки гексагональная.
Химические свойства цинка обусловлены его «темпераментом». До щелочноземельных металлов ему далековато, но в реакции он вступает охотно. В реакциях проявляет степени окисления 0; +2.
- Цинк хороший восстановитель и активный металл.
- Наш герой охотно реагирует с разбавленной азотной кислотой, с концентрированными серной и азотной кислотами.
- С галогенами в присутствии паров воды может воспламениться.
- С растворами щелочей образует гидрокомплексы.
- При температуре красного каления (550-600°С) вступает в реакцию с водой, с сероводородом. При реакции выделяется водород.
Рекомендуем: Зеленые самоцветы: ТОП-18
Взаимодействие с металлами происходит в расплавленном состоянии, но это мало касается химических реакций.
| Свойства атома | |
| Название, символ, номер | Цинк / Zincum (Zn), 30 |
| Атомная масса (молярная масса) | 65,38(2)[1] а. е. м. (г/моль) |
| Электронная конфигурация | [Ar] 3d10 4s2 |
| Радиус атома | 138 пм |
| Химические свойства | |
| Ковалентный радиус | 125 пм |
| Радиус иона | (+2e) 74 пм |
| Электроотрицательность | 1,65 (шкала Полинга) |
| Электродный потенциал | -0,76 В |
| Степени окисления | 0; +2 |
| Энергия ионизации (первый электрон) | 905,8(9,39) кДж/моль (эВ) |
| Термодинамические свойства простого вещества | |
| Плотность (при н. у.) | 7,133 г/см³ |
| Температура плавления | 419,6 °C |
| Температура кипения | 906,2 °C |
| Уд. теплота плавления | 7,28 кДж/моль |
| Уд. теплота испарения | 114,8 кДж/моль |
| Молярная теплоёмкость | 25,4[2] Дж/(K·моль) |
| Молярный объём | 9,2 см³/моль |
| Кристаллическая решётка простого вещества | |
| Структура решётки | гексагональная |
| Параметры решётки | a=2,6648 c=4,9468 Å |
| Отношение c/a | 1,856 |
| Температура Дебая | 234 K |
| Прочие характеристики | |
| Теплопроводность | (300 K) 116 Вт/(м·К) |
| Номер CAS | 7440-66-6 |
Физические свойства цинка:
- Температуры плавления и кипения равны соответственно 427 и 907 ºС.
- Нагрев до 100-150 градусов дает возможность прокатки и вытягивания металла; чем больше примесей в металле, тем более хрупким он становится.
- Хотите услышать «оловянный крик» — сгибайте и разгибайте пруток или металлическую пластинку. Правда, на крик это мало похоже, скорее треск или скрип. Но для незамысловатого фокуса на вечеринке сойдет.
В природе металл состоит из пяти изотопов:
- Zn64;
- Zn66;
- Zn67;
- Zn68;
- Zn70.
Смесь металлов — это сплав
Сплавы для промышленного использования содержат Zn-Al и Zn-Al-Cu. Почти всегда в состав добавляется магний (не более 0,1%). Сплавы цинка делятся на антифрикционные и литейные.
- Марки антифрикционных сплавов: ЦАМ9-1,5; ЦАМ10-5.
- Литейные марки: ЦА4, ЦА4М1, ЦА30М5.
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
| Цвет минерала | белый металлический |
| Цвет черты | белый и слегка сероватый |
| Прозрачность | непрозрачный |
| Блеск | металлический |
| Спайность | весьма совершенная по 0001 |
| Твердость (шкала Мооса) | 2 |
| Прочность | хрупкий |
| Излом | зазубренный |
| Плотность (измеренная) | 6.9 — 7.2 г/см3 |
| Радиоактивность (GRapi) | 0 |
| Магнетизм | диамагнетик |
