Цинк. Хімічний елемент із символом Zn, атомним номером 30 та атомною масою 65,37. Це пластичний, пластичний і сірий метал. Відомо 15 ізотопів, п’ять з яких стабільні та мають атомні маси 64, 66, 67, 68 та 70. Близько половини звичайного цинку виявляється як ізотоп атомної маси 64.

ecured

Резюме

  • 1 Основні особливості
  • 2 Історія
  • 3 Програми
  • 4 Біологічна роль
  • 5 Достаток і отримання
  • 6 Біохімія
  • 7 Запобіжні заходи
  • 8 Вплив цинку на здоров’я
  • 9 Джерела

Основні риси

Цинк - це метал, який іноді класифікують як перехідний метал, хоча це не суворо, оскільки як метал, так і його діючі речовини представляють повний орбітальний набір. Цей елемент має певну схожість з магнієм та кадмієм своєї групи, але ртуть дуже відрізняється завдяки своїм унікальним фізико-хімічним властивостям (скорочення лантаніду та потужний релятивістський вплив на орбітали зв'язку).

Це 23-й найпоширеніший елемент на Землі, і одним з найважливіших застосувань є цинкування сталі. Це синювато-білий метал, який горить у повітрі синювато-зеленим полум’ям. Сухе повітря не атакує його, але за наявності вологості утворюється поверхневий шар оксиду або основного карбонату, який ізолює метал і захищає від корозії.

Практично єдиним ступенем окислення він є +2. У 2004 р. Перша та єдина відома сполука цинку в ступіні окиснення +1 на основі металоорганічного комплексу з лігандом пентаметилциклопентадієном була опублікована в журналі Science.

Він реагує з неокислювальними кислотами, переходячи в ступінь окиснення +2 і виділяючи водень і може розчинятися в основах та оцтовій кислоті. Метал має велику стійкість до пластичної деформації в холодному стані, яка зменшується в гарячому, що змушує його кататися вище 100 ° C. Він не може бути загартованим у виготовленні та представляє явище повзучості при кімнатній температурі - на відміну від більшості металів та сплавів - і малі навантаження найважливіші.

Історія

Етимологія цинку, схоже, походить від німецької, Zincken або Zacken, щоб вказати на аспект із зубчастими краями мінералу каламіну, пізніше це було припущено для металу, отриманого з нього, [цитування потрібно], хоча інші джерела вважають, що він походить від слово перська для каменю.

Цинкові сплави використовувались століттями - латунні шматочки, що датуються 1000-1500 рр. До н. C. були знайдені в Ханаані, а інші предмети із вмістом цинку до 87% з'явилися в древньому регіоні Трансільванії, однак через низьку температуру плавлення та хімічну реакційну здатність метал має випаровування, тому справжня природа металу не було зрозуміле древніми.

Відомо, що виготовлення латуні було відомо римлянам близько 30 р. До н. C. Плініо та Діоскориди описують отримання аурихалку (латуні) шляхом нагрівання суміші кадмії (каламіну) з міддю в тиглі; отриману пізніше латунь відливали або підробляли для виготовлення предметів.

Плавлення та видобуток нечистого цинку було здійснено приблизно в 1000 році в Індії - процедура описана у праці "Расарнава" (бл. 1200) невідомим автором, а пізніше в Китаї та наприкінці XIV століття індіанці вже знав про існування цинку як металу, відмінного від семи відомих в античності восьмих металів.

У 1597 році Андреас Лібавій описав "своєрідний вид олова", який був приготований в Індії і прийшов до нього в невеликих кількостях через друга; З його описів випливає, що це був цинк, хоча він не визнавав його металом з каламіну.

На Заході, приблизно в 1248 році, Альберто Магно описує виробництво латуні в Європі, а в 16 столітті про існування металу було вже відомо. Георгій Агрікола (1490-1555) зауважив у 1546 р., Що конденсований білий метал може бути подряпаний зі стінок печей, в яких плавилися цинкові руди; додавши у своїх примітках, що подібний метал, що називається цинк, вироблявся в Сілезії.

Парацельс першим припустив, що цинк є новим металом і що його властивості відрізняються від властивостей відомих металів, проте, не даючи жодних вказівок на його походження; у працях Базиліо Валентино є також згадки про цинкум.

Незважаючи на це, у пізніших трактатах часті згадки про цинк з його різними назвами зазвичай стосуються мінералу, а не вільного металу, і його іноді плутають з вісмутом.

Йоганн Кункель в 1677 р. І Шталь трохи пізніше в 1702 р. Вказують, що при приготуванні латуні з міддю та каламіном останній раніше відновлюється до стану вільного металу, цинку, який був виділений хіміком Антоном фон Свабом у 1742 р. Та Андреасом Маргграфом у 1746, чия ґрунтовна і методична робота над методом вилучення цинку з його справжньої руди, цементувала металом металургії цинку, що цементується, і його репутація першовідкривача металу.

У 1743 році в Брістолі було засновано першу установку з виплавки металу в промислових масштабах, але її процедура трималася в таємниці, тому пройшло 70 років, поки Даніель Доні не розробив промислову процедуру видобутку металу, а перша фабрика була заснована в Європі континент. Після розвитку техніки флотації сульфід цинку перемістився до каламіну як основної руди. Флотаційний метод сьогодні використовується для отримання різних металів.

Програми

Оксид цинку. Основним застосуванням цинку - близько 50% річного споживання - є цинкування сталі, щоб захистити її від корозії, ефективний захист навіть тоді, коли покриття тріскається, оскільки цинк діє як жертовний анод. Інші способи використання включають

  • Акумулятори Zn-AgO, що використовуються в аерокосмічній промисловості для ракет і космічних капсул для їх оптимальної продуктивності на одиницю ваги, та цинково-повітряні батареї для ноутбуків.
  • Частини з литтям чавуну в автомобільній промисловості.
  • Металургія дорогоцінних металів та видалення срібла зі свинцю.

Біологічна роль

Цинк є важливим хімічним елементом для людини та деяких тварин. Людський організм містить близько 40 мг цинку на кг, і багато ферментів працюють з їх допомогою: він втручається в метаболізм білків і нуклеїнових кислот, стимулює активність приблизно 100 ферментів, сприяє нормальному функціонуванню імунної системи, це необхідний для загоєння ран, втручається у сприйняття смаку та запаху та в синтез ДНК.

Метал міститься в інсуліні, цинкових білках пальців та різних ферментах, таких як супероксиддисмутаза. Цинк міститься в різних продуктах харчування, таких як устриці, червоне м’ясо, птиця, деякі види риби та молюсків, квасоля та горіхи. Рекомендована добова доза цинку становить близько 20 мг для дорослих, нижча для немовлят, дітей та підлітків (через нижчу масу тіла) і дещо вища для вагітних та під час лактації.

Дефіцит цинку погіршує імунну систему, спричиняє затримку росту та може призвести до випадіння волосся, діареї, імпотенції, пошкодження очей та шкіри, втрати апетиту, втрати ваги, затримки загоєння ран та порушення нюху.

Причинами, які можуть спричинити дефіцит цинку, є недостатнє споживання та порушення всмоктування мінералу - випадок алкоголізму, який сприяє його виведенню з сечею або вегетаріанськими дієтами, при яких поглинання цинку на 50% нижче, ніж у м’яса. до його надмірного усунення через розлади травлення.

Надлишок цинку асоціюється з низьким рівнем міді, змінами функції заліза, зниженням імунної функції та рівня хорошого холестерину. Вважається, що жала скорпіонів містять цинк чистоти 1/4 частини.

Достаток і отримання

Цинк - 23-й за кількістю елементів у земній корі. Найбагатші шахти містять близько 10% заліза та 40-50% цинку. Мінералами, з яких його видобувають, є: сульфід цинку, відомий як сфалерит у США та суміш у Європі; смитсоніт (карбонат) у США, але каламін у Європі; геміморфіт, (силікат) та франклініт (оксид).

Згідно з інформацією, що міститься у щорічному звіті Геологічної служби США (USGS), підрахунки вказують, що економічно придатні запаси цинку у 2009 р. У всьому світі сягнуть 220 млн. Метричних тонн. Поширення між Китаєм, США, Перу та Казахстаном.

Відомі запаси (включаючи ті, експлуатація яких сьогодні не економічна) складають близько 2000 млн. Тонн. Виробництво цинку починається з видобутку корисної копалини, яка може здійснюватися як на відкритих шарах, так і в підземних покладах. Видобуті мінерали згодом подрібнюють і піддають флотації для отримання концентрату.

Мінерали з високим вмістом заліза обробляють сухими способами: спочатку концентрат обсмажують для перетворення сульфіду в оксид, який називається кальцином, а потім його відновлюють вуглецем з отриманням металу (відновником на практиці є утворений окис вуглецю).

Реакції на обох стадіях:
2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2
ZnO + CO → Zn + CO2
Інший простіший і дешевий спосіб зменшення оксиду цинку - це вуглець, і вони розміщені; 2 молі або молярні порції оксиду цинку (ZnO) та один моль вуглецю (С) у вакуумному контейнері для запобігання загорянню металу повітрям під час очищення, в результаті чого знову оксид цинку. На одному етапі відновлення оксиду цинку виражається наступним чином:
2 ZnO + C → 2 Zn + CO2
Вологим шляхом спочатку проводять обсмажування, отримуючи оксид, який вимивають розведеною сірчаною кислотою; отриманий луг очищають шляхом поділу різних присутніх фаз.

Потім сульфат цинку піддають електролізу свинцевим анодом та алюмінієвим катодом, на який осідає цинк, утворюючи пластини товщиною в кілька міліметрів, які час від часу видаляють. Отримані катоди плавлять, а метал відливають для комерціалізації. Як побічні продукти отримують різні метали, такі як ртуть, оксид германію, кадмій, золото, срібло, мідь, свинець залежно від складу мінералів.

Діоксид сірки, отриманий при випалюванні мінералу, використовується для отримання сірчаної кислоти, яка повторно використовується у фільтраті, комерціалізуючи надлишки, що утворюються. Отримані типи цинку класифікуються відповідно до стандарту ASTM за чистотою:

  • SHG, спеціальний вищий сорт (99,99%)
  • HG, високий клас (99,90%)
  • PWG Prime Western Grade (98%)

Стандарт EN 1179 розглядає п’ять марок від Z1 до Z5 із вмістом цинку від 99,995% до 98,5%, і в Японії та Австралії існують еквівалентні стандарти. Для їх гармонізації Міжнародна організація зі стандартизації опублікувала у 2004 р. Стандарт ISO 752 щодо класифікації та вимог до первинного цинку.

Біохімія

Найбільш широко використовуваними сплавами є алюміній (3,5-4,5%, Zamak; 11-13%, Zn-Al-Cu-Mg; 22%, Prestal, сплав, що відрізняється надпластичністю) та мідь (близько 1%), що покращують механічні характеристики характеристики цинку та його формувальну здатність. Це незначний компонент у різних сплавах, головним чином міді, таких як латунь (від 3 до 45% цинку), срібло нікелю (Cu-Ni-Zn) та формувальні бронзи (Cu-Sn).

Оксид цинку є найбільш відомим і застосовується в промисловості, особливо як основа для білих пігментів для фарби, а також у гумовій промисловості та у сонячних кремах. Іншими важливими сполуками є: сульфат цинку (поживні речовини для сільського господарства та гірничодобувної промисловості), хлорид цинку (дезодоранти) та сульфід цинку (люмінесцентні фарби).

Природний цинк складається з чотирьох стабільних ізотопів, Zn-64 (48,6%), Zn-66, Zn-67 та Zn-68. Охарактеризовано 22 радіоізотопи, з яких найбільш стабільними є Zn-65 та Zn-72 з періодом напіввиведення 244,26 доби та 46,5 години відповідно; решта радіоактивних ізотопів мають періоди напіввиведення менше 14 годин, а більшість із них менше однієї секунди. Цинк має чотири метастабільних стану.

Запобіжні заходи

Металевий цинк не вважається токсичним, але деякі його сполуки, такі як оксид та сірка, є. У 1940-х роках було помічено, що з часом на поверхні оцинкованої сталі утворюються «вуса з цинку», які можуть потрапляти в навколишнє середовище, спричинюючи коротке замикання та вихід з ладу електронних компонентів. Ці вуса утворюються після інкубаційного періоду, який може тривати дні або роки і зростати зі швидкістю близько 1 мм на рік.

Проблема, спричинена цими вусами, з часом посилюється, оскільки комп'ютерні кабінети та комп'ютерне обладнання будуються на піднятих підлогах, щоб полегшити проводку, в якій поширене використання оцинкованої сталі, як в несучій конструкції, так і в задній частині плитки.

Вік цих кімнат, у багатьох випадках 20 або 30 років, призводить до існування волосся у небезпечній кількості та довжині, що може спричинити несправність комп’ютера. Крім того, прогресивна мініатюризація обладнання зменшує довжину, необхідну для виходу з ладу, а малі робочі напруги перешкоджають досягненню температури плавлення металу, що спричинює хронічні відмови, які можуть бути навіть періодичними.

Вплив цинку на здоров'я

Цинк - дуже поширена речовина, яка зустрічається природним шляхом. Багато продуктів містять певні концентрації цинку. Питна вода також містить певну кількість цинку. Що може бути більшим, якщо його зберігати в металевих резервуарах. Промислові джерела або місця токсичних відходів можуть бути причиною потрапляння цинку в питну воду до рівня, що викликає проблеми.

Цинк - мікроелемент, необхідний для здоров’я людини. Коли люди погано засвоюють цинк, вони можуть відчувати втрату апетиту, зниження чутливості, смаку та запаху. Маленькі ранки та шкірні висипання. Накопичення цинку може призвести навіть до вроджених вад розвитку.

Навіть люди можуть терпіти пропорційно велику кількість цинку, хоча занадто велика кількість цинку може спричинити такі проблеми зі здоров’ям, як виразка шлунка, подразнення шкіри, блювота, нудота та анемія. Високий вміст цинку може пошкодити підшлункову залозу, порушити білковий обмін та спричинити атеросклероз.

Інтенсивне вплив хлорату цинку може спричинити порушення дихання. У робочому середовищі контакт з цинком може спричинити грип, відомий як металева лихоманка, він пройде через два дні і спричинений надмірною чутливістю. Цинк може завдати шкоди плоду та новонародженим. Коли їх матері поглинають великі концентрації цинку, діти можуть піддаватися його впливу через кров або молоко своїх матерів.