ЦИНК

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 (Т_1/2 243,8 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; t_пл 419,58 °C, t_кип 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.