ЦИНК
-
Рубрика: Химия
-
-
Скопировать библиографическую ссылку:
ЦИНК (лат. Zincum), Zn, химич. элемент II группы короткой формы (12-й группы длинной формы) периодич. системы; ат. н. 30; ат. м. 65,38. В природе 5 стабильных изотопов: 64Zn (48,6%), 66Zn (27,9%), 67Zn (4,1%), 68Zn (18,8%) и 70Zn (0,6%). Важнейший радиоизотоп 65Zn (Т1/2 243,8 сут, электронный захват).
Историческая справка
Сплавы Ц. (латунь) были известны с глубокой древности (2400–2000 до н. э.). Получение латуни описал др.-греч. географ Страбон. Выделение металлич. Ц. при восстановит. процессе впервые осуществлено, по-видимому, в Индии в 13 в. н. э., затем в Китае, где в эпоху династии Мин использовались цинковые монеты. Пром. произ-во Ц. в Европе началось в 18 в. (Англия, Силезия, Бельгия). Происхождение назв. элемента связывают с нем. Zinke – острие, зуб, благодаря внешнему виду металла.
Распространённость в природе
Содержание Ц. в земной коре 7,6·10–3% по массе. Элемент относится к халькофилам, важнейшие руды – сульфиды. По мере разрушения горных пород Ц. выщелачивался и осаждался в виде карбонатов, силикатов или фосфатов. Известно св. 70 минералов Ц., из них важнейшие: сфалерит (цинковая обманка) – кубич. модификация ZnS, его светлая разновидность – клейофан и чёрная – марматит; вюрцит – гексагон. модификация ZnS; смитсонит ZnCO3; каламин (гемиморфит) Zn4[Si2O7](OH)2·H2O; цинкит (Zn,Mn)O, виллемит Zn2SiO4; франклинит (Zn,Fe,Mn)(Fe,Mn)2O4. Минералы Ц. обычно ассоциируются с минералами Рb и Сu в полиметаллич. рудах. Постоянные спутники Ц. в рудах – рассеянные элементы Cd, In, Ge, Ga, Tl.
Свойства
Конфигурация внешней электронной оболочки атома Ц. 3d104s2; в соединениях проявляет степень окисления +2; энергия ионизации Zn0→Zn+→Zn2+→Zn3+ 906,4; 1733,3; 3832,6 кДж/моль; сродство к электрону 9 кДж/моль, электроотрицательность по Полингу 1,65; атомный радиус 133,2 пм, ионный радиус (пм, в скобках указано координац. число) Zn2+ 60 (4), 74 (6).
В свободном состоянии Ц. – голубовато-белый металл. Кристаллич. решётка гексагональная плотноупакованная; tпл 419,58 °C, tкип 906,2 °C; плотность 7133 кг/м3. Диамагнитен. Ниже 0,825 К – сверхпроводник. При комнатной темп-ре хрупок, при 100–150 °C становится пластичным и прокатывается в тонкие листы и проволоку, при 200–250 °C – очень хрупок, может быть истолчён в порошок. Цинковая пыль пирофорна.
Стандартный электродный потенциал для пары Zn2+/Zn0 –0,76 В. Компактный Ц. тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида ZnO. На воздухе сгорает с образованием ZnO. Реагирует с парáми воды при нагревании с выделением Н2, с кислотами и щелочами в водном растворе с образованием солей гидроксоцинкатов, напр. Na2[Zn(OH)4]. Взаимодействует с галогенами и халькогенами, образуя галогениды и халькогениды. При действии Р образуются фосфиды Zn3P2 и ZnP2. Получены арсениды аналогичного состава и стибиды Zn3Sb2, Zn4Sb3 и ZnSb. Все соединения Ц. с Р, As и Sb – полупроводники. Гидроксид и соли Ц. растворимы в растворах NH3 с образованием комплексных катионов, содержащих 1–6 молекул NH3. Комплексные аммиакаты хорошо растворимы в воде. Фосфид Zn3P2 разлагается горячей водой и кислотами с выделением РН3, применяется как зооцид (родентицид). Ортофосфат Zn3(PO4)2 – антисептик для древесины, инсектицид, компонент необрастающих красок. Стеарат (C17H35COO)2Zn – вспомогат. сиккатив, загуститель смазок, компонент косметич. кремов, пудры и др. ZnO – пигмент (цинковые белила).
Ц. относится к микроэлементам; необходим для жизнедеятельности растений, животных и человека, т. к. входит в состав некоторых ферментов и гормонов.
Получение
Исходное сырьё – сульфидные цинковые и полиметаллич. руды. Гидрометаллургич. способ: огарок после обжига рудного концентрата обрабатывают отработанным электролитом, содержащим H2SO4. Полученный раствор ZnSO4 очищают от примесей Fe, As, Sb, Al, In, Ga, Сu, Cd, Ni и Со. Из очищенного раствора Ц. осаждают электролитически на алюминиевых катодах. Отработанный электролит возвращают на выщелачивание. Из отходов, получаемых при удалении примесей, попутно извлекают редкие элементы. Пирометаллургич. произ-во также начинают окислит. обжигом, а затем агломерат восстанавливают углём или коксом, при этом Ц. отгоняется, его пары конденсируют и подвергают многоступенчатой очистке от примесей. Для получения Ц. высокой чистоты используют дистилляцию в инертной атмосфере или в вакууме, ректификацию и зонную перекристаллизацию в атмосфере Аr.
Объём мирового произ-ва 12,609 млн. т/год (2012).
Применение
Осн. область использования Ц. – антикоррозионные покрытия железа и стали и получение сплавов. Ц. применяют в аккумуляторах и сухих элементах, в типографском деле, в металлургии при рафинировании Рb от Ag и Аu, для выделения Cd, In, Au из растворов цементацией, в качестве восстановителя в органич. синтезе.
Ц. малотоксичен. Оксид и фосфид Ц. токсичны. Растворимые соли вызывают расстройство пищеварения, раздражение слизистых оболочек.