Сплав цинка с медью - латунь - был известен еще в Древней Греции, Древнем Египте, Индии (VII в.), Китае (XI в.). Долгое время не удавалось выделить чистый цинк. В 1746 А. С. Маргграф разработал способ получения чистого цинка путём прокаливания смеси его оксида с углём без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров цинка в холодильниках. В промышленном масштабе выплавка цинка началась в XVII в.
Латинское zincum переводится как "белый налет". Происхождение этого слова точно не установлено. Предположительно, оно идет от персидского "ченг", хотя это название относится не к цинку, а вообще к камням. Слово "цинк" встречается в трудах Парацельса и других исследователей 16-17 вв. и восходит, возможно, к древнегерманскому "цинко" - налет, бельмо на глазу. Общеупотребительным название "цинк" стало только в 1920-х гг.

Нахождение в природе, получение:

Наиболее распространенный минерал цинка - сфалерит, или цинковая обманка. Основной компонент минерала - сульфид цинка ZnS, а разнообразные примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Видимо, за это минерал и называют обманкой. Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы элемента № 30: смитсонит ZnCO 3 , цинкит ZnO, каламин 2ZnO·SiO 2 ·Н 2 O. На Алтае нередко можно встретить полосатую "бурундучную" руду - смесь цинковой обманки и бурого шпата. Кусок такой руды издали действительно похож на затаившегося полосатого зверька.
Выделение цинка начинается с концентрирования руды методами седиментации или флотации, затем ее обжигают до образования оксидов: 2ZnS + 3О 2 = 2ZnО + 2SO 2
Оксид цинка перерабатывают электролитическим методом или восстанавливают коксом. В первом случае цинк выщелачивают из сырого оксида разбавленным раствором серной кислоты, примесь кадмия осаждают цинковой пылью и раствор сульфата цинка подвергают электролизу. Металл 99,95%-ной чистоты осаждается на алюминиевых катодах.

Физические свойства:

В чистом виде - довольно пластичный серебристо-белый металл. При комнатной температуре хрупок, при сгибании пластинки слышен треск от трения кристаллитов (обычно сильнее, чем "крик олова"). При 100-150 °C цинк пластичен. Примеси, даже незначительные, резко увеличивают хрупкость цинка. Температура плавления - 692°C, температура кипения - 1180°C

Химические свойства:

Типичный амфотерный металл. Стандартный электродный потенциал -0,76 В, в ряду стандартных потенциалов расположен до железа. На воздухе цинк покрывается тонкой пленкой оксида ZnO. При сильном нагревании сгорает. При нагревании цинк реагирует с галогенами, с фосфором, образуя фосфиды Zn 3 P 2 и ZnP 2 , с серой и ее аналогами, образуя различные халькогениды, ZnS, ZnSe, ZnSe 2 и ZnTe. С водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором цинк непосредственно не реагирует. Нитрид Zn 3 N 2 получают реакцией цинка с аммиаком при 550-600°C.
Цинк обычной чистоты активно реагирует с растворами кислот и щелочей, образуя в последнем случае гидроксоцинкаты: Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2
Очень чистый цинк растворами кислот и щелочей не реагирует.
Для цинка характерны соединения со степенью окисления: +2.

Важнейшие соединения:

Оксид цинка - ZnО, белый, амфотерный, реагирует как с растворами кислот, так и со щелочами:
ZnO + 2NaOH = Na 2 ZnO 2 + Н 2 О (сплавление).
Гидроксид цинка - образуется в виде студенистого белого осадок при добавлении щелочи к водным растворам солей цинка. Амфотерный гидроксид
Соли цинка . Бесцветные кристаллические вещества. В водных растворах ионы цинка Zn 2+ образуют аквакомплексы 2+ и 2+ и подвергаются сильному гидролизу.
Цинкаты образуются при взаимодействии оксида или гидроксида цинка со щелочами. При сплавлении образуются метацинкаты (напр. Na 2 ZnO 2), которые растворяясь в воде переходят в тетрагидроксоцинкаты: Na 2 ZnO 2 + 2Н 2 О = Na 2 . При подкислении растворов в осадок выпадает гидроксид цинка.

Применение:

Производство антикоррозионных покрытий. - Металлический цинк в виде брусков используют для защиты от коррозии стальных изделий, соприкасающихся с морской водой. Примерно половина всего производимого цинка используется для производства оцинкованной стали, одна треть - в горячем цинковании готовых изделий, остальное - для полосы и проволоки.
- Большое практическое значение имеют сплавы цинка - латуни (медь плюс 20-50% цинка). Для литья под давлением, помимо латуней, используется быстро растущее число специальных сплавов цинка.
- Еще одна область применения - производство сухих батарей, хотя в последние годы оно существенно сократилось.
- Теллурид цинка ZnTe используется как материал для фоторезисторов, приемников инфракрасного излучения, дозиметров и счетчиков радиоактивного излучения. - Ацетат цинка Zn(CH 3 COO) 2 его используют как фиксатор при крашении тканей, консервант древесины, противогрибковое средство в медицине, катализатор в органическом синтезе. Ацетат цинка входит в состав зубных цементов, используется при производстве глазурей и фарфора.

Цинк - один из наиболее важных биологически активных элементов и необходим для всех форм жизни. Его роль обусловлена, в основном, тем, что он входит в состав более 40 важных ферментов. Установлена функция цинка в белках, отвечающих за распознавание последовательности оснований в ДНК и, следовательно, регулирующих перенос генетической информации в ходе репликации ДНК. Цинк участвует в углеводном обмене с помощью цинксодержащего гормона - инсулина. Только в присутствии цинка действует витамин А. Необходим цинк и для формирования костей.
В то же время ионы цинка токсичны.

Беспоместных С., Штанова И.
ХФ ТюмГУ, 571 группа.

Источники: Википедия:

Государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования Ленинградской области Подпорожский Политехнический техникум

Поисково-исследовательская работа по химии

Тема:

«Цинк и его свойства»

Выполнил(а): студент группы № 89

Фамилия, имя, отчество: Юриков Алексей Александрович

Проверил преподаватель: Ядыкина Людмила Алексеевна

Подпорожье

Положение в периодической системе и строение атома

История открытия

Нахождение в природе

Физические свойства

Химические свойства

Получение металлического цинка

Применение и значение для здоровья человека

8. Мои исследования

9. Литература

Положение в периодической системе

и строение атома

Элемент цинк (Zn) в таблице Менделеева имеет порядковый номер 30.

Он находится в четвертом периоде второй группы.

атомный вес = 65,37

валентность II

Природный цинк состоит из смеси пяти стабильных нуклидов: 64 Zn (48,6% по массе), 66 Zn (27,9%), 67 Zn (4,1%), 68 Zn (18,8%) и 70 Zn (0,6%).

Конфигурация двух внешних электронных слоев 3 s 2 p 6 d 10 4 s 2 .

История открытия

Сплавы цинка с медью - латуни - были известны еще древним грекам и египтянам. Цинк получали в 5 в. до н. э. в Индии. Римский историк Страбон в 60-20 годах до н. э. писал о получении металлического цинка, или «фальшивого серебра». В дальнейшем секрет получения цинка в Европе был утерян, так как образующийся при термическом восстановлении цинковых руд цинк при 900°C переходит в пар. Пары цинка реагируют с кислородом воздуха, образуя рыхлый оксид цинка, который алхимики называли «белой шерстью».

Металлический цинк

В XVI веке были предприняты первые попытки выплавлять цинк в заводских условиях. Но производство «не пошло», технологические трудности оказались непреодолимыми. Цинк пытались получать точно также как и другие металлы. Руду обжигали, превращая цинк в окись, затем эту окись восстанавливали углем...

Цинк, естественно, восстанавливался, взаимодействуя с углем, но... не выплавлялся. Не выплавлялся потому, что этот металл уже в плавильной печи испарялся – температура его кипения всего 906 С. А в печи был воздух. Встречая его, пары активного цинка реагировали с кислородом, и вновь образовывался исходный продукт – окись цинка.

Наладить цинковое производство в Европе удалось лишь после того, как руду стали восстанавливать в закрытых ретортах без доступа воздуха. Примерно так же «черновой» цинк получают и сейчас, а очищают его рафинированием. Пирометаллургическим способом сейчас получают примерно половину производимого в мире цинка, а другую половинугидрометаллургическим.

Следует иметь в виду, что чисто цинковые руды в природе почти не встречаются. Соединения цинка (обычно 1-5% в пересчете на металл) входят в состав полиметаллических руд. Полученные при обогащении руды цинковые концентраты содержат 48-65% цинка, до 2% меди, до 2% свинца, до 12% железа. И плюс доли процента рассеянных и редких металлов...

Сложный химический и минералогический состав руд, содержащих цинк, был одной из причин, по которым цинковое производство рождалось долго и трудно. В переработке полиметаллических руд и сейчас еще есть нерешенные проблемы... Но вернемся к пирометаллургии цинка – в этом процессе проявляются сугубо индивидуальные особенности этого элемента.

При резком охлаждении пары цинка сразу же, минуя жидкое состояние, превращаются в твердую пыль. Это несколько осложняет производство, хотя элементарный цинк считается нетоксичным. Часто бывает нужно сохранить цинк именно в виде пыли, а не переплавлять его в слитки.

В пиротехнике цинковую пыль применяют, чтобы получить голубое пламя. Цинковая пыль используется в производстве редких и благородных металлов. В частности, таким цинком вытесняют золото и серебро из цианистых растворов. Как ни парадоксально, но при получении самого цинка (и кадмия) гидрометаллургическим способом применяется цинковая пыль для очистки раствора сульфата меди и кадмия. Но это еще не все. Вы никогда не задумывались, почему металлические мосты, пролеты заводских цехов и другие крупногабаритные изделия из металла чаще всего окрашивают в серый цвет?

Главная составная часть применяемой во всех этих случаях краски - все та же цинковая пыль. Смешанная с окисью цинка и льняным маслом, она превращается в краску, которая отлично предохраняет от коррозии. Эта краска к тому же дешева, пластична, хорошо прилипает к поверхности металла и не отслаивается при температурных перепадах. Мышиный цвет скорее достоинство, чем недостаток. Изделия, которые покрывают такой краской, должны быть не марки и в то же время опрятны.

На свойствах цинка сильно сказывается степень его чистоты. При 99,9 и 99,99% чистоты цинк хорошо растворяется в кислотах. Но стоит «прибавить» еще одну девятку (99,999%), и цинк становится нерастворимым в кислотах даже при сильном нагревании. Цинк такой чистоты отличается и большой пластичностью, его можно вытягивать в тонкие нити. А обычный цинк можно прокатить в тонкие листы, лишь нагрев его до 100-150 С. Нагретый до 250 С и выше, вплоть до точки плавления, цинк опять становится хрупким – происходит очередная перестройка его кристаллической структуры.

Листовой цинк широко применяют в производстве гальванических элементов. Первый “вольтов столб” состоял из кружочков цинка и меди. И в современных химических источниках тока отрицательный электрод чаще всего делается из цинка.

Значительна роль этого элемента в полиграфии. Из цинка делают клише, позволяющие воспроизвести в печати рисунки и фотографии. Специально приготовленный и обработанный типографский цинк воспринимает фотоизображение. Это изображение в нужных местах защищают краской, и будущее клише протравливают кислотой. Изображение приобретает рельефность, опытные граверы подчищают его, делают оттиски, а потом эти клише идут в печатные машины.

К полиграфическому цинку предъявляют особые требования: прежде всего он должен иметь мелкокристаллическую структуру, особенно на поверхности слитка. Поэтому цинк, предназначенный для полиграфии, всегда отливают в закрытые формы. Для «выравнивания» структуры применяют отжиг при 375С с последующим медленным охлаждением и горячей прокаткой. Строго лимитируют и присутствие в таком металле примесей, особенно свинца. Если его много, то нельзя будет вытравить клише так, как это нужно. Если же свинца меньше 0,4%, то трудно получить нужную мелкокристаллическую структуру. Вот по этой кромке и «ходят» металлурги, стремясь удовлетворить запросы полиграфии.

Нахождение в природе

В природе цинк находиться только в виде соединений.

СФАЛЕРИТ (цинковая обманка, ZnS) имеет вид кубических жёлтых или коричневых кристаллов; плотность 3,9-4,2 г/см 3 , твёрдость 3-4 по шкале Мооса. В качестве примесей содержит кадмий, индий, галлий, марганец, ртуть, германий, железо, медь, олово, свинец.

В кристаллической решётке сфалерита атомы цинка чередуются с атомами серы и наоборот. Атомы серы в решётке образуют кубическую упаковку. Атом цинка располагается в этих тетраэдрических пустотах.

ВЮРТЦИТ (ZnS) представляет собой коричнево-чёрные гексагональные кристаллы, плотностью 3,98 г/см 3 и твердостью 3,5-4 по шкале Мооса. Обычно содержит цинка больше чем сфалерит. В решётке вюртцита каждый атом цинка тетраэдрически окружён четырьмя атомами серы и наоборот. Расположение слоёв вюртцита отличается от расположения слоёв сфалерита.

СМИТСОНИТ (цинковый шпат, ZnCO 3) встречается в виде белых (зелёных, серых, коричневых в зависимости от примесей) тригональных кристаллов плотностью 4,3-4,5 г/см 3 и твёрдостью 5 по шкале Мооса.

КАЛАМИН (Zn 2 SiO 4 *H 2 O*ZnCO 3 или Zn 4 (OH) 4 *H 2 O*ZnCO 3) представляет собой смесь карбоната и силиката цинка; образует белые (зелёные, синие, жёлтые, коричневые в зависимости от примесей) ромбические кристаллы плотностью 3,4-3,5 г/см 3 и твёрдостью 4,5-5 по шкале Мооса.

ВИЛЛЕМИТ (Zn 2 SiO 4) залегает в виде бесцветных или жёлто-коричневых ромбоэдрических кристаллов плотностью 3,89-4,18 г/см 3 и твёрдостью 5-5,5 по шкале Мооса.

ЦИНКИТ (Zn O) - гексагональные кристаллы жёлтого, оранжевого или красного цвета с решёткой типа вюртцита и твёрдостью 4-4,5 по шкале Мооса.

ГАНИТ (Zn) имеет вид тёмно-зелёных кристаллов плотностью 4-4,6 г/см 3 и твёрдостью 7,5-8 по шкале Мооса.

Помимо приведённых, известны и другие минералы цинка:

монгеймит (Zn, Fe)CO 3

гидроцикит ZnCO 3 *2Zn(OH) 2

трустит (Zn, Mn)SiO 4

гетеролит Zn

франклинит (Zn, Mn)

халькофанит (Mn, Zn) Mn 2 O 5 *2H 2 O

госларит ZnSO 4 *7H 2 O

цинкхальканит (Zn, Cu)SO 4 *5H 2 O

адамин Zn 2 (AsO 4)OH

тарбуттит Zn 2 (PO 4)OH

деклуазит (Zn, Cu)Pb(VO 4)OH

леграндит Zn 3 (AsO 4) 2 *3H 2 O

гопеит Zn 3 (PO 4)*4H 2 O

Физические свойства

Цинк представляет собой синевато – белый металл средней твердости, плавящийся при 419 С, а при 913 С превращающийся в пар; плотность его равна 7,14 г/см 3 . При обыкновенной температуре цинк довольно хрупок, но при 100-110С он хорошо гнется и прокатывается в листы. На воздухе покрывается защитной оксидной пленкой.

Химические свойства

На воздухе при температуре до 100°С Цинк быстро тускнеет, покрываясь поверхностной пленкой основных карбонатов. Во влажном воздухе, особенно в присутствии СО 2 , происходит разрушение металла даже при обычных температурах. При сильном нагревании на воздухе или в кислороде Цинк интенсивно сгорает голубоватым пламенем с образованием белого дыма оксида цинка ZnO. Сухие фтор, хлор и бром не взаимодействуют с Цинком на холоду, но в присутствии паров воды металл может воспламениться, образуя, например, ZnCl 2 . Нагретая смесь порошка Цинка с серой дает сульфид Цинк ZnS. Сильные минеральные кислоты энергично растворяют Цинк, особенно при нагревании, с образованием соответствующих солей. При взаимодействии с разбавленной НCl и H 2 SO 4 выделяется Н 2 , а с НNО 3 - кроме того, NO, NO 2 , NH 3 . С концентрированной НCl, H 2 SO 4 и HNO 3 Цинк реагирует, выделяя соответственно Н 2 , SO 2 , NO и NO 2 . Растворы и расплавы щелочей окисляют Цинк с выделением Н 2 и образованием растворимых в воде цинкитов. Интенсивность действия кислот и щелочей на Цинк зависит от наличия в нем примесей. Чистый Цинк менее реакционноспособен по отношению к этим реагентам из-за высокого перенапряжения на нем водорода. В воде соли Цинка при нагревании гидролизуются, выделяя белый осадок гидрооксида Zn(OH) 2 . Известны комплексные соединения, содержащие Цинк, например SО 4 и другие.

Цинк является довольно активным металлом.

Он легко взаимодействует с кислородом, галогенами, серой и фосфором:

2 Zn + О 2 = 2 ZnО (оксид цинка);

Zn + Сl 2 = ZnСl 2 (хлорид цинка);

Zn + S = ZnS (сульфид цинка);

3 Zn + 2 Р = Zn 3 Р 2 (фосфид цинка).

При нагревании взаимодействует с аммиаком, в результате чего образуется нитрид цинка:

3 Zn + 2 NН 3 = Zn 2 N 3 + 3 Н 2 ,

а также с водой:

Zn + Н 2 О = ZnО + Н 2

и сероводородом:

Zn + Н 2 S = ZnS + Н 2 .

Образующийся на поверхности цинка сульфид предохраняет его от дальнейшего взаимодействия с сероводородом.

Цинк хорошо растворим в кислотах и щелочах:

Zn + Н 2 SO 4 = ZnSO 4 + Н 2 ;

4 Zn + 10 НNО 3 = 4 Zn(NО 3) 2 + NН 4 NО 3 + 3 Н 2 О;

Zn + 2 КОH + 2 Н 2 О = К 2 + Н 2 .

В отличие от алюминия цинк растворяется в водном растворе аммиака, так как образует хорошо растворимый аммиакат:

Zn + 4 NН 4 ОН = (ОН) 2 + Н 2 + 2 Н 2 О.

Цинк вытесняет менее активные металлы из растворов их солей.

СuSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Сu;

СdSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Сd.

Получение металлического цинка

Цинк добывают из концентратов сфалерита, смитсонита и каламина.

Сульфидные полиметаллические руды, которые содержат пирит Fe 2 S, галенит PbS,

халькопирит CuFeS 2 и в меньшем количестве сфалерит после измельчения и размалывания подвергают обогащению сфалеритом методом селективной флотации. Если руда содержит магнетит, то для его удаления используют магнитный метод.

При прокаливании (700) концентратов сульфида цинка в специальных печах, образуется ZnO, который служит для получения металлического цинка.

2ZnS+3O 2 =2ZnO+2SO 2 +221 ккал

Для превращения ZnS в ZnO измельчённые концентраты сфалерита предварительно нагревают в специальных печах горячим воздухом

Окись цинка также получают прокаливанием смитсонита при 300.

Металлический цинк получают путём восстановления окиси цинка углеродом

ZnO+CZn+CO-57 ккал

водородом

ZnO+H 2 Zn+H 2 O

ферросилицием

ZnO+FeSi2Zn+Fe+SiO 2

2ZnO+CH 4 2Zn+H 2 O+C

окисью углерода

ZnO+COZn+CO 2

карбидом кальция

ZnO+CaC 2 Zn+CaS+C

Металлический цинк также можно получить сильным нагреванием ZnS с железом, с углеродом в присутствии CaO, с карбидом кальция

ZnS+CaC 2 Zn+CaS+C

ZnS+Fe2Zn+FeS

2ZnS+2CaO+7CZn+2CaC 2 +2CO+CS 2

Металлургический процесс получения металлического цинка, применяемый в промышленном масштабе, заключается в восстановлении ZnO углеродом при нагревании. В результате этого процесса ZnO восстанавливается не полностью, теряется некоторое количество цинка, идущего на образование Zn, и получают загрязнённый цинк.

Применение и значение для здоровья человека

Основная часть производимого цинка расходуется на изготовление антикоррозионных покрытий железа и стали. Цинк применяют в аккумуляторах и сухих элементах питания. Листовой цинк используют в типографском деле. Сплавы цинка (латунь, нейзильбер и другие) применяются в технике. ZnO служит пигментом в цинковых белилах. Соединения цинка являются полупроводниками. Раствором хлорида цинка ZnCl 2 пропитывают железнодорожные шпалы, предохраняя их от гниения.

Значение цинка для человека определяется тем, что он входит в состав всех существующих ферментных систем организма и является компонентом более 300 металлоферментов, участвующих в обмене белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот. Цинк участвует в росте, делении и дифференцировке клеток, что обусловлено его влиянием на белковый, нуклеиновый обмен, работу генетического аппарата клетки. Цинк входит в состав костной щелочной фосфатазы и связан с кальцификацией скелета, формированием гидроксиапатита, что определяет его роль в созревании костной системы. Цинк важен для реализации линейного роста человека как внутриутробно, так и постнатально. Отмечается высокая активность цинка в процессе регенерации тканей после ранений и ожогов. Доказана уникальная роль цинка для развития и деятельности центральной нервной системы и поведения. В эксперименте показано, что при дефиците цинка медленнее вырабатываются условные рефлексы, снижается способность к обучению. Считается, что в условиях дефицита цинка изменяется ядерно-цитоплазматическое соотношение клеток мозга, задерживается развитие мозга, структурное созревание мозжечка. Дефицит цинка наиболее опасен в критические периоды развития мозга (антенатальный этап, возраст от рождения до трех лет) На фоне дефицита цинка может заметно нарушаться вкус, обоняние. Трудно преувеличить роль цинка в работе зрительного анализатора, поскольку цинк совместно с витамином А способствует образованию зрительного фермента родопсина.

Мои исследования

В условиях кабинета химии ППТ мы провели исследования Цинка и его свойств.

Цинк - это металл серебристого цвета, мягкий и ковкий. Цинк является активным металлом. Нам удалось наблюдать взаимодействия цинка со следующими веществами:

1. Действие воды на цинк:

Zn + H 2 O = ZnO + H 2

Вывод: так как цинк является активным металлом, то цинк взаимодействует с водой с образованием оксидной пленки. Даная оксидная пленка защищает цинк от разрушения. Это свойство цинка нашло применение для создания цинковых покрытий на изделиях.

2. Действие серной кислоты на цинк:

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

Вывод: Цинк взаимодействует с серной кислотой с выделением водорода.

3. Действие сульфата меди (II ) на цинк:

Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu

Вывод: так как цинк более активный металл чем медь, то он вытесняет медь из раствора сульфата меди2, при этом чистая медь восстанавливается

Коррозии металлов

Название опыта	опыта	Наблюдения	Уравнения реакций	Вывод
1. Исследования условий среды, ускоряющих процесс коррозии. Взаимодействие цинка с водой	К цинку прилили воду	Реакция протекает спокойно. Выделяется водород	Zn + H 2 O = ZnO + H 2	Доказали, что цинк провзаимодействовал с водой с образованием оксидной пленки
2. Действие цинка с серной кислотой		Происходит выделение Н 2		Доказали, что цинк провзаимодействовал с серной кислотой
3. Взаимодействие цинка с серной кислотой в присутствии медного купороса		Активное выделение Н 2	Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2	Доказали, что цинк бурно реагирует с серной кислотой в присутствии медного купороса
4. Взаимодействие цинка с серной кислотой в присутствии меди		Активное выделение Н 2	Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 Свойствам свинец – малоактивный металл: ... Если затормозить реакцию, обернув цинк фильтровальной бумагой, вырастают более... Свойства металлов Реферат >> Промышленность, производство Упругость. Упругостью металла называется его свойство востонавливать свою форму после прекращения... Медь Никель Олово Свинец Хром Цинк 2,7 19,3 7,87 8,9 1,74 7,44 ... а также для получения подшипниковых сплавов. Цинк – при нормальной температуре хрупок, при... Свойства и получение цинка Реферат >> Химия И химические свойства цинка Физические свойства Цинка. Цинк - металл средней... Цинк диамагнитен, его удельная магнитная восприимчивость -0,175·10-6. Химические свойства ... свойствах его цинк ... Цинк и опыты с ним Реферат >> Химия Достигали цели; чтобы восстановить цинк , его надо быстро нагреть до температуры... В 1637 году метод выплавки цинка и его свойства описываются в китайской книге “Циен конг... свойствах цинка сильно сказывается степень его чистоты. При 99,9 и 99,99% чистоты цинк ...

Цинк или Zincum является 30 элементом периодической системы химических элементов Менделеева и обозначается символом Zn . В основном он используется при создании деформированных полуфабрикатов и в составе разного рода смесей. В чистом виде выглядит как хрупкий металл голубовато-серебристого цвета, быстро окисляется и покрывается защитной пленкой (оксидом), из-за которой заметно тускнеет.

Добывают его в Казахстане, Австралии, Иране и Боливии. Из-за сложностей в определении металла его часто называют «обманкой» .

Историческая справка

Само название «цинк» впервые было упомянуто в книге « Liber Mineralium » Парацельса. По некоторым данным оно означало «зубец». Сплав цинка с медью или латунь известен давно. Его применяли в Древней Греции, Индии и Древнем Египте, позднее материал стал известен в Китае.

В чистом виде металл удалось получить лишь в первой половине XVIII века в 1738 году в Великобритании при помощи дистилляционного способа. Его открывателем стал Уильям Чемпион. Промышленное производство началось через 5 лет, а в 1746 году в Германии химик Андреас Сигизмунд Маргграф разработал и в деталях описал собственный способ получения цинка . Он предлагал использовать метод прокаливания смеси окиси металл с углем в огнеупорных ретортах из глины без доступа воздуха. Последующая конденсация паров должна была проходить в холодильнике. Из-за подробного описания и кропотливых разработок Маргграфа часто называют первооткрывателем вещества.

В начале XIX века был найден способ выделения металла путем прокатки при 100 C о -150 C о. В начале следующего века научились добывать цинк электролитическим способом. В России первый металл получили только в 1905 году.

Физические свойства

• Атомный номер: 30.
• Атомная масса: 65,37.
• Атомный объем: 9,15
• Плотность: 7,133 г/см 3 .
• Температура, необходимая для плавления: 419,5 C о.
• Температура кипения: 906 C о.
• Поверхностная энергия: 105 мДж/м 2 .
• Удельная электропроводность: 16,2*10 -6 См/м.
• Молярная теплоемкость: 25,4 Дж/(К*моль).
• Молярный объем: 9,2 см 3 /моль.

Цинк обладает слабыми механическими свойствами, при нормальной температуре легко ломается и крошится, но при температуре 100 C о -150 C о становится довольно тягучим и легко поддается деформации: куется, раскатывается в листы. Простая вода для металла безопасна, а кислоты и щелочи легко разъедают. Из-за этого цинк в чистом виде для изготовления деталей не применяют, только сплавы.

Химические свойства

Внешняя электронная конфигурация одного атома цинка можно записать как 3 d 10 4 s 2 . Металл активен и является энергичным восстановителем. При температуре в 100 C о на 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.

Как самостоятельный элемент цинк в природе не встречается. Его можно добыть из 66 минералов, среди которых сфалерит, каламин, франклинит, цинкит, виллемит, смитсонит. Первый является наиболее распространенным источником металла, его часто называют «цинковой обманкой». Он состоит из сульфида цинка и примесей, которые придают минералу разнообразные цвета. Это осложняет его поиск и правильное определение.

Найти цинк можно в кислых и изверженных породах - во последних его немного больше. Часто металл в виде сульфида вместе со свинцом встречается в термальных водах , мигрирует в поверхностных и подземных источниках.

Температура, необходимая для плавления цинка, должна быть меньше 419 C о, но и не больше 480 C о. В противном случае вырастет угар металла и повысится износ стенок ванны, которую стандартно производят из железа. В расплавленном состоянии допускается не более 0,05% примеси железа, иначе температура, нужная при плавлении, начнет повышаться. Если процент содержания железа будет превышать 0,2%, цинк нельзя будет подвергать прокатке.

Цинк получают из полиметаллических руд, в которых может содержаться до 4% элемента . Если руды были обогащены селективной флотацией, из них можно получить до 60% цинковых концентратов, остальное будет занято концентратами других металлов. Цинковые концентраты обжигают в печах в кипящем слое, после чего сульфид цинка переходит в оксид, и выделяется сернистый газ. Последний идет в расход: из него получают серную кислоту.

Чтобы перевести оксид цинка в сам металл, используют два способа.

1. Дистилляционный или пирометаллургический. Концентрат обжигают, затем подвергают спеканию, чтобы придать газопроницаемости и зернистости и восстанавливают при помощи кокса или угля при воздействии температуры в 1200-1300 C о. Во время реакции образуются пары металла, который конденсируют и разливают в изложницы. Чистота цинка достигает 98,7%, после можно повысить ее до 99,995% при помощи ректификации, но последний способ достаточно дорогой и сложный.
2. Электролитический или гидрометаллургический. Обожженные концентраты обрабатывают серной кислотой, раствор очищают от примесей при помощи цинковой пыли и подвергают электролизу в выложенных изнутри свинцом или винипластом ваннах. Цинк оседает на алюминиевых катодах, откуда его собирают и плавят в индукционных печах. Чистота металла, полученного этим способом, достигает 99,95%.

Для усиления прочности и увеличения температуры плавления металл смешивают с медью, алюминием, оловом, магнием и свинцом.

Самым известным и востребованным сплавом является латунь. Это смесь меди с добавлением цинка, иногда встречаются и олово, никель, марганец, железо, свинец. Плотность латуни достигает 8700 кг/м 3 . Температура, нужная для плавления, держится на отметке 880 C о - 950 C о: чем больше в ней содержание цинка, тем она ниже. Сплав отлично сопротивляется неблагоприятной внешней среде, хоть и чернеет на воздухе, если не покрыта лаком, прекрасно полируется и сваривается контактной сваркой.

Существует два вида латуни:

1. Альфа-латунь: более пластична, хорошо гнется в любом состоянии, но сильнее изнашивается.
2. Альфа+бета-латунь: деформируется только при нагревании, при этом более износостойка. Часто сплавляют с магнием, алюминием, свинцом и железом. Это позволяет увеличить прочность, но уменьшает пластичность.

Сплав Zamak или Zamac состоит из цинка, алюминия, меди и магния . Само название образовано из первых букв латинских названий: Zink - Aluminium - Magnesium - Kupfer / Cuprum (Цинк-Алюминий-Магний-Медь). В СССР сплав был известен как ЦАМ: Цинк-Алюминий-Медь. Активно применяется в литье под давлением, плавление начинается при низкой температуре (381 C о - 387 C о) и имеет низкий коэффициент трения (0,07). Обладает повышенной прочностью, что позволяет получать изделия сложной формы, которые не боятся сломаться: дверные ручки, клюшки для гольфа, затворы огнестрельного оружия, строительную фурнитуру, застежки разных видов и рыболовные снасти.

Небольшой процент цинка (не более 0,01%) содержится в гартовых сплавах, применяемых в полиграфии для отливки типографских шрифтов и линеек, печатных форм и машинного набора. Это устаревшие смеси, на место которых пришел чистый цинк с небольшим добавлением примесей.

Невысокая температура, которая требуется для плавления цинка, часто компенсируется за счет сплавов с другими металлами, но бывает и наоборот. Если температура, необходимая для плавления «чистого» металла, составляет 419,5 C о , то сплав с оловом снижается до 199 C о, а с оловом и свинцом - до 150 C о. И хотя такие сплавы можно паять и варить, чаще всего смеси с цинком применяют только для заделки имеющихся дефектов из-за их слабой прочности. Например, сплав олова, свинца и цинка рекомендуется применять только на никелированных изделиях.

Чаще всего цинковые сплавы применяют для создания карбюраторов, рам спидометров, радиаторных решеток, гидравлических тормозов, насосов и декоративных элементов, деталей для стиральных машин, миксеров и кухонного оборудования, часовых корпусов, пишущих машинок, кассовых аппаратов и бытовой техники. Эти детали нельзя применять в промышленном производстве: при повышении температуры до 100 C о прочность изделия снижается на треть, а твердость - почти на 40%. При понижении температуры до 0 C о цинк становится слишком хрупким, что может привести к поломке.

Применение

Цинк является одним из наиболее востребованных металлов в мире: он находится на третьем месте по объему добычи среди цветных металлов, уступая только меди и алюминию. Этому способствует и его невысокая цена. Чаще всего его применяют для защиты от коррозии и в качестве части сплава, например, латуни.

В живых организмах

В теле человека содержится около 2 граммов цинка , около 400 ферментов содержат его. К последним относятся ферменты, катализирующие гидролиз белков, сложных эфиров и лептидов, полимеризацию РНК и ДНК, образование альдегидов. Чистый элемент содержится в мышцах, поджелудочной железе и печени. В день мужчинам требуется 11 мг цинка, женщинам - 8 мг.

В организме цинк выполняет следующие функции:

При недостатке элемента в организме наблюдается быстрая утомляемость, раздражительность , потеря памяти, снижение зрения и веса без объективной причины, приступы аллергии, депрессивное состояние. Происходит понижение уровня инсулина и накопление в теле некоторых элементов: железа, свинца, меди, кадмия.

В продуктах питания

Элемент имеется в мясе, сыре, кунжуте, устрицах, шоколаде, бобовых, овсянке, подсолнечных и тыквенных семечках, часто присутствует в минеральной воде. Наибольший процент цинка содержится в следующих продуктах (из расчета на 100 грамм):

1. Устрицы (до 40 мг), анчоусы (1,72 мг), осьминог (1,68 мг), карп (1,48 мг), икра (до 1 мг), сельдь (около 1 мг).
2. Тыквенные семечки (10 мг), кунжут (7 мг), подсолнечные семечки (5,3 мг), арахис (4 мг), грецкие орехи (3 мг), миндаль (3 мг).
3. Говядина (до 8,4 мг), баранина (до 6 мг), говяжья печень (4 мг), свинина (до 3,5 мг), курица (до 3,5 мг).
4. Какао-порошок без сахара и подсластителей (6,81 мг), чистый горький шоколад (2,3 мг), шоколадные конфеты (до 2 мг в зависимости от количества и вида шоколада).
5. Чечевица (4,78 мг), овес (3,97 мг), пшеница (3,46 мг), соевые бобы (3 мг), рожь (2,65 мг), хлеб (до 1,5 мг), зеленый горошек (1,24 мг), горох (1,2 мг), ростки бамбука (1,1 мг), рис (1 мг), злаковое печенье (до 1 мг).
6. Твердый сыр (до 4 мг).

Опасность для человека

Отравление цинком обычно происходит при длительном вдыхании его паров . Первыми признаками являются сильная жажда, потеря аппетита, сладковатый привкус во рту. Нередко появляется усталость, сонливость, сухой кашель, чувство разбитости, давящая боль в грудной клетке. Длительное воздействие может привести к бесплодию, малокровию, задержке в развитие. В быту опасность представляет оцинкованная посуда, в которой длительно хранится пища.

Цинк - хрупкий металл белого цвета с голубым оттенком. На воздухе покрывается тонкой оксидной плёнкой. Латунь (медно-цинковый сплав) использовали ещё до нашей эры в Древней Греции и Древнем Египте. На сегодняшний день цинк - один из самых важных для многих отраслей человеческой деятельности. Он незаменим в промышленности, медицине. Важен для нормального функционирования человеческого организма

Химические и физические свойства и история металла

Несмотря на использование с давних времён в различных целях, чистый цинк получить никак не удавалось. Только в начале восемнадцатого века Уильям Чемпион сумел открыть способ выделения этот элемент из руды с помощью дистилляции. В 1838 году он запатентовал своё открытие, а спустя 5 лет, в 1843 году, Уильямом Чемпионом был запущен первый в истории завод по выплавке этого металла. Спустя некоторое время Андреас Сигизмунд Маргграф открыл ещё один метод. Этот способ был признан более совершенным. Поэтому именно Маргграфа зачастую считают открывателем чистого цинка. Последующие открытия только поспособствовали расширению его популярности.

Месторождения и получение

Самородного цинка в природе не существует. Сегодня используется около 70 минералов, из которых его выплавляют. Самый известный - сфалерит (цинковая обманка), который содержится в незначительных количествах в организме человека и животных, а также в некоторых растениях. Больше всего - в фиалке.

Цинковые минералы добывают в Казахстане, Боливии, Австралии, Иране, России. Лидеры по производству - Китай, Австралия, Перу, США, Канада, Мексика, Ирландия, Индия.

На сегодняшний день самый популярный метод получения чистого металла - электролитический. Чистота получаемого металла почти стопроцентная (возможны лишь небольшие примеси в объёме не более нескольких сотых процента. В целом они незначительны, поэтому такой цинк считается чистым).

Общее производство цинка во всём мире оценивается примерно в более чем десять миллионов тонн в год.

Свойства металла и использование в производстве

Цвет чистого металла - серебристо-белый. Довольно хрупок при температуре двадцать-двадцать пять градусов (т.е. комнатной), особенно если содержит примеси. При нагревании до 100 - 150 градусов по Цельсию металл становится пластичным и ковким. При разогревании выше чем сто-сто пятьдесят градусов хрупкость опять возвращается.

• Температура плавления цинка - 907 градусов по Цельсию.
• Относительная атомная масса цинка - 65,38 а. е. м. ± 0,002 а. е. м.
• Плотность цинка - 7,14 г/см 3 .

Металл цинк занимает четвертое место по использованию в различных сферах производства:

Содержание в организме человека и продуктах питания

Организм человека обычно содержит около двух граммов цинка. Многие ферменты содержат в себе этот металл. Элемент играет роль в синтезе важных гормонов, таких как тестостерон и инсулин. Элемент крайне необходим для полноценного функционирования мужских половых органов. Кстати, он даже помогает нам справиться с сильным похмельем. С его помощью выводится из нашего организма лишний алкоголь.

Недостаток цинка в рационе может привести к множеству нарушений функций организма. Такие люди подвержены депрессии, постоянной усталости, нервозности. Дневная норма для взрослого мужчины - 11 миллиграммов в день, для женщины - 8 миллиграмм.

Избыток элемента в человеческом организме также приводит к серьёзным проблемам, поэтому не стоит хранить продукты в цинковой посуде.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http :// www . allbest . ru /

• Введение
• Немного истории
• Нахождение в природе, животных и человеке
• Физические свойства
• Получение металлического цинка
• Применение
• Химические свойства
• Соединения цинка
• Сплавы
• Методы цинкования
• Комплексные соединения цинка
• Цинк против рака
• Биологическая роль цинка в жизнедеятельности человеческого и животного организмов
• Препараты цинка в пульмонологии
• Заключение
• Список литературы

Введение

Z=30

атомный вес = 65,37

валентность II

заряд 2+

массовые числа основных природных изотопов: 64, 66, 68, 67, 70

электронная структура атома цинка: KLM 4s 2

Размещено на http :// www . allbest . ru /

Цинк находится в побочной подгруппе II группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Его порядковый номер 30. Распределение электронов по уровням в атоме следующее: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 . Максимальная заполненность d-слоя, высокое значение третьего потенциала ионизации обуславливают постоянную валентность цинка, равную двум.

В подгруппе цинка мы встречаемся с весьма оригинальными сочетаниями свойств переходных и не переходных элементов. С одной стороны, поскольку цинк не проявляет переменной валентности и не образует соединений с незаполненным d-слоем, его следует отнести к переходным элементам. Об этом говорят и некоторые физические свойства цинка (низкая температура плавления, мягкость, высокая электроположительность). Отсутствие способности к образованию карбонилов, комплексов с олефинами, отсутствие стабилизации полем лигандов также заставляют отнести его к переходным элементам, если учесть его склонность к реакциям комплексообразования, особенно с аммиаком, аминами,а также с галогенид-, цианид-, роданид- ионами. Диффузионный характер d-орбиталей делает цинк легко деформируемым и способствует образованию прочных ковалентных комплексов с поляризующимися лигандами. Металл имеет кристаллическую структуру: гексагональная плотная упаковка.

Немного истории

Латунь - сплав меди с цинком - была известна еще до нашей эры, но металлического цинка тогда еще не знали. Производство латуни в древнем мире восходит, вероятно, ко II в. до н.э.; в Европе (во Франции) оно началось около 1400г. Предполагают, что производство металлического цинка зародилось в Индии около XII в.; в Европу в XVI - XVIII вв. ввозили индийский и китайский цинк под названием « калаем». В 1721г. саксонский металлург Генкель подробно описал цинк его некоторые минералы и соединения. В 1746 г. немецкий химик А.С. Маркграф разработал способ получения цинка прокаливанием смеси его оксида с углем без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров цинка в условиях охлаждения.

О происхождении слова «цинк» существует несколько предположений. Одно из них - от немецкого Zinn - «олово», на которое цинк несколько похож.

Нахождение в природе, животных и человеке

В природе цинк находиться только в виде соединений:

СФАЛЕРИТ (цинковая обманка, ZnS) имеет вид кубических жёлтых или коричневых кристаллов. В качестве примесей содержит кадмий, индий, галлий, марганец, ртуть, германий, железо, медь, олово, свинец.

В кристаллической решётке сфалерита атомы цинка чередуются с атомами серы и наоборот. Атомы серы в решётке образуют кубическую упаковку. Атом цинка располагается в этих тетраэдрических пустотах. Сфалерит или цинковая обманка ZnS, наиболее распространённый в природе минерал. Разнообразные примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Видимо, за это минерал и называют обманкой. Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы этого элемента: смитсонит ZnCO3, цинкит ZnO, каламин 2ZnO*SiO2*H2O. На Алтае нередко можно встретить полосатую “бурундучную” руду - смесь цинковой обманки и бурого шпата. Кусок такой руды издали действительно похож на затаившегося полосатого зверька. Сульфид цинка используют для покрытия светящихся экранов телевизоров и рентгеновских аппаратов. Под действием коротковолнового излучения или электронного луча сернистый цинк приобретает способность светиться, причем эта способность сохраняется и после того, как прекратилось облучение.

ZnS кристаллизуется в двух модификациях: гексагональной плотность 3,98-4,08, показатель преломления 2,356 и кубической плотность 4.098, показатель преломления 2,654.При обычном давлении не плавиться, но плавиться с другими сульфидами с образованием легкоплавких штейнов. Под давлением 150 атм. плавится при 1850С. При нагревании до 1185С возгоняется. При действии на растворы солей цинка сероводородом образуется белый осадок сульфида цинка:

ZnCl 2 + H 2 S = ZnS(т) + 2HCl

Сульфид довольно легко образует коллоидные растворы. Свежеосажденный сульфид хорошо растворяется в сильных кислотах, не растворяется в уксусной кислоте, в щелочах и аммиаке. Растворимость в воде примерно 7*10 -6 моль/г.

ВЮРТЦИТ (ZnS) представляет собой коричнево-чёрные гексагональные кристаллы, плотностью 3,98 г/см 3 и твердостью 3,5-4 по шкале Мооса. Обычно содержит цинка больше чем сфалерит. В решётке вюртцита каждый атом цинка тетраэдрически окружён четырьмя атомами серы и наоборот. Расположение слоёв вюртцита отличается от расположения слоёв сфалерита.

СМИТСОНИТ (цинковый шпат, ZnCO 3) встречается в виде белых (зелёных, серых, коричневых в зависимости от примесей) тригональных кристаллов плотностью 4,3-4,5 г/см 3 и твёрдостью 5 по шкале Мооса. Встречается в природе в виде галмея или цинкового шпата. Чистый карбонат-белый. Его получают действием раствора гидрокарбоната натрия, насыщенного двуокисью углерода, на раствор соли цинка или при пропускании СО 2 через раствор, содержащую взвешенную гидроокись цинка:

ZnO + CO 2 = ZnCO 3

В сухом состоянии карбонат цинка разлагается при нагревании до 150С с выделением углекислого газа. В воде карбонат практически не растворяется, но постепенно гидролизуется не растворяется с образованием основного карбоната. Состав осадка меняется в зависимости от условии, приближаясь к формуле

2ZnCO 3 *3Zn(OH) 2

КАЛАМИН (Zn 2 SiO 4 *H 2 O*ZnCO 3 или Zn 4 (OH) 4 *H 2 O*ZnCO 3) представляет собой смесь карбоната и силиката цинка; образует белые (зелёные, синие, жёлтые, коричневые в зависимости от примесей) ромбические кристаллы плотностью 3,4-3,5 г/см 3 и твёрдостью 4,5-5 по шкале Мооса.

ВИЛЛЕМИТ (Zn 2 SiO 4) залегает в виде бесцветных или жёлто-коричневых ромбоэдрических кристаллов.

ЦИНКИТ (ZnO) - гексагональные кристаллы жёлтого, оранжевого или красного цвета с решёткой типа вюртцита. Еще при первых попытках выплавить цинк из руды у средневековых химиков получался белый налет, который в книгах того времени называли двояко: либо “белым снегом” (nix alba), либо “философской шерстью” (lana philosophica). Нетрудно догадаться, что это была окись цинка ZnO - вещество, которое есть в жилище каждого городского жителя наших дней.

Этот «снег», будучи замешанным на олифе, превращается в цинковые белила - самые распространенные из всех белил. Окись цинка нужна не только для малярных дел, ею широко пользуются многие отрасли промышленности. Стекольная - для получения молочного стекла и (в малых дозах) для увеличения термостойкости обычных стекол. В резиновой промышленности и производстве линолеума окись цинка используют как наполнитель. Известная цинковая мазь на самом деле не цинковая, а оксидоцинковая. Препараты на основе ZnO эффективны при кожных заболеваниях.

Наконец, с кристаллической окисью цинка связана одна из самых больших научных сенсаций 20-х годов нашего века. В 1924 году один из радиолюбителей города Томска установил рекорд дальности приема.

Детекторным приемником он в Сибири принимал передачи радиостанций Франции и Германии, причем слышимость была более отчетливой, чем у владельцев одноламповых приемников.

Как это могло произойти? Дело в том, что детекторный приемник томского любителя был смонтирован по схеме сотрудника нижегородской радиолаборатории О.В. Лосева.

Дело в том, что Лосев включил в схему кристалл окиси цинка. Это заметно улучшило чувствительность аппарата к слабым сигналам. Вот что говорилось в редакционной статье американского журнала «Radio-News», целиком посвященной работе нижегородского изобретателя: «Изобретение О.В. Лосева из Государственной радиоэлектрической лаборатории в России делает эпоху, и теперь кристалл заменит лампу!»

Автор статьи оказался провидцем: кристалл действительно заменил лампу; правда, это не лосевский кристалл окиси цинка, а кристаллы других веществ.

ZnO образуется при сгорании металла на воздухе, получается при прокаливании гидрооксида цинка, основного карбоната или нитрата цинка. При обыкновенной температуре бесцветна, при нагревании желтеет, при очень высокой температуре сублимируется. Кристаллизуется в гексагональной сингонии, показатель преломления 2,008.В воде окись цинка практически нерастворима, ее растворимость 3 мг/л. Легко растворяется в кислотах с образованием соответствующих солей, растворяется также в избытке щелочей аммиаке; обладает полупроводниковыми люминесцентными и фотохимическими свойствами.

Zn(т) + 1/2O 2 = ZnO

ГАНИТ (Zn) имеет вид тёмно-зелёных кристаллов.

ХЛОРИД ЦИНКА(МОНГЕЙМИТ ) ZnCl 2 наиболее изученный из галогенидов, получается растворением цинковой обманки, окиси цинка или металлического цинка в соляной кислоте:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 (ж) + H 2

Безводный хлорид представляет собой белый зернистый порошок, состоящий из кристаллов, легко плавится и при быстром охлаждении застывает в виде прозрачной массы, похожей на фарфор. Расплавленный хлорид цинка довольно хорошо проводит электрический ток. Хлорид кристаллизуется без воды при температуре выше 20С. В воде хлорид цинка растворяется с выделением большого количества теплоты. В разбавленных растворах хлорид цинка хорошо диссоцирует на ионы. Ковалентный характер связи в хлориде цинка в хорошей растворимости его в метиловом и этиловом спиртах, ацетоне, глицерине и др. кислородосодержащих растворителях.

Помимо приведённых, известны и другие минералы цинка:

монгейми т (Zn, Fe)CO 3

гидроцикит ZnCO 3 *2Zn(OH) 2

трустит (Zn, Mn)SiO 4

гетеролит Zn

франклинит (Zn, Mn)

халькофанит (Mn, Zn) Mn 2 O 5 *2H 2 O

госларит ZnSO 4 *7H 2 O

цинкхальканит (Zn, Cu)SO 4 *5H 2 O

адамин Zn 2 (AsO 4)OH

тарбуттит Zn 2 (PO 4)OH

деклуазит (Zn, Cu)Pb(VO 4)OH

леграндит Zn 3 (AsO 4) 2 *3H 2 O

гопеит Zn 3 (PO 4)*4H 2 O

В организме человека большая часть цинка (98%) находится в основном внутриклеточно (мышцы, печень, костная ткань, простата, глазное яблоко). В сыворотке содержится не более 2% металла.

Известно, что довольно много цинка содержится в яде змей, особенно гадюк и кобр.

Физические свойства

цинк сплав микроэлемент

Цинк - голубовато-серебристый блестящий (тяжелый металл) средней твердости, геомагнитен, имеет пять природных изотопов и плотную гексоганальную структуру кристаллов. На воздухе тускнеет, покрываясь тонкой пленкой окисла, которая защищает металл от дальнейшего окисления. Металл высокой частоты пластичен, и его можно прокатывать в листы и фольгу. Технический цинк довольно ломок при обычной температуре, но при 100-150С становится тягучим и может прокатываться в листы и вытягивается в проволоку. Выше 200С делается снова хрупким и его можно растереть в порошок, что обусловлено превращением цинка выше 200С в другую аллотропную форму.Некоторые физические свойства:

Свойства d-элементов, каким является цинк, заметно различаются от других элементов: низкими температурами плавления и кипения, энтальпией атомизации, высокими значениями энтропии, меньшей плотностью. Энтальпия цинка как и любого простого элемента в равна нулю, все его соединения имеют величину меньше нуля, например ZnO имеет?Н 0 =-349 кДж/моль, а ZnCl 2 имеет?Н 0 =-415кДж/моль.Энтропия равна??S 0 =41,59 Дж/(моль*K)

Получение металлического цинка

На сегодняшний день цинк добывают из концентратов сфалерита и смитсонита.

Сульфидные полиметаллические руды, которые содержат пирит Fe 2 S, галеннит PbS, халькопирит CuFeS 2 и в меньшем количестве сфалерит после измельчения и размалывания подвергают обогащению сфалеритом методом селективной флотации. Если руда содержит магнетит, то для его удаления используют магнитный метод.

При прокаливании (700) концентратов сульфида цинка в специальных печах, образуется ZnO, который служит для получения металлического цинка:

2ZnS+3O 2 =2ZnO+2SO 2 +221 ккал

Для превращения ZnS в ZnO измельчённые концентраты сфалерита предварительно нагревают в специальных печах горячим воздухом

Окись цинка также получают прокаливанием смитсонита при 300.

Металлический цинк получают путём восстановления окиси цинка углеродом:

ZnO+CZn+CO-57 ккал

Водородом:

ZnO+H 2 Zn+H 2 O

Ферросилицием:

ZnO+FeSi2Zn+Fe+SiO 2

Метаном:

2ZnO+CH 4 2Zn+H 2 O+C

окисью углерода:

ZnO+COZn+CO 2

карбидом кальция:

ZnO+CaC 2 Zn+CaS+C

Металлический цинк также можно получить сильным нагреванием ZnS с железом, с углеродом в присутствии CaO, с карбидом кальция:

ZnS+CaC 2 Zn+CaS+C

9ZnS+Fe2Zn+FeS

2ZnS+2CaO+7CZn+2CaC 2 +2CO+CS 2

Металлургический процесс получения металлического цинка, применяемый в промышленном масштабе, заключается в восстановлении ZnO углеродом при нагревании. В результате этого процесса ZnO восстанавливается не полностью, теряется некоторое количество цинка, идущего на образование Zn, и получают загрязнённый цинк.

Применение

Во влажном воздухе поверхность цинка покрывается тонкой защитной пленкой окисла и основного карбоната, который в дальнейшем предохраняет металл от атмосферного действия атмосферных реагентов. Благодаря этому свойству цинк применяется для покрытия железных листов и проволоки. Также цинк применяется для извлечения серебра из серебросодержащего свинца по процессу Паркеса; для получения водорода в результате разложения соляной кислоты; для вытеснения металлов с более низкой химической активностью из растворов их солей; для изготовления гальванических элементов; в качестве восстановителя во многих химических реакциях; для получения многочисленных сплавов с медью, алюминием, магнием, свинцом, олово.

Цинк часто используется в металлургии и при производстве пиротехники. При этом он проявляет свои особенности.

При резком охлаждении пары цинка сразу же, минуя жидкое состояние, превращаются в твердую пыль. Часто бывает нужно сохранить цинк именно в виде пыли, а не переплавлять его в слитки.

В пиротехнике цинковую пыль применяют, чтобы получить голубое пламя. Цинковая пыль используется в производстве редких и благородных металлов. В частности, таким цинком вытесняют золото и серебро из цианистых растворов. Но это еще не все. Вы никогда не задумывались, почему металлические мосты, пролеты заводских цехов и другие крупногабаритные изделия из металла чаще всего окрашивают в серый цвет?

Главная составная часть применяемой во всех этих случаях краски - все та же цинковая пыль. Смешанная с окисью цинка и льняным маслом, она превращается в краску, которая отлично предохраняет от коррозии. Эта краска к тому же дешева, хорошо прилипает к поверхности металла и не отслаивается при температурных перепадах. Изделия, которые покрывают такой краской, должны быть не марки и в то же время опрятны.

На свойствах цинка сильно сказывается степень его чистоты. При 99,9 и 99,99% чистоты цинк хорошо растворяется в кислотах. Но стоит «прибавить» еще одну девятку (99,999%), и цинк становится нерастворимым в кислотах даже при сильном нагревании. Цинк такой чистоты отличается и большой пластичностью, его можно вытягивать в тонкие нити. А обычный цинк можно прокатить в тонкие листы, лишь нагрев его до 100-150 С. Нагретый до 250 С и выше, вплоть до точки плавления, цинк опять становится хрупким - происходит очередная перестройка его кристаллической структуры.

Листовой цинк широко применяют в производстве гальванических элементов. Первый «вольтов столб» состоял из кружочков цинка и меди.

Значительна роль этого элемента в полиграфии. Из цинка делают клише, позволяющие воспроизвести в печати рисунки и фотографии. Специально приготовленный и обработанный типографский цинк воспринимает фотоизображение. Это изображение в нужных местах защищают краской, и будущее клише протравливают кислотой. Изображение приобретает рельефность, опытные граверы подчищают его, делают оттиски, а потом эти клише идут в печатные машины.

К полиграфическому цинку предъявляют особые требования: прежде всего он должен иметь мелкокристаллическую структуру, особенно на поверхности слитка. Поэтому цинк, предназначенный для полиграфии, всегда отливают в закрытые формы. Для «выравнивания» структуры применяют обжиг при 375 С с последующим медленным охлаждением и горячей прокаткой. Строго ограничивают и присутствие в таком металле примесей, особенно свинца. Если его много, то нельзя будет вытравить клише так, как это нужно. Вот по этой кромке и «ходят» металлурги, стремясь удовлетворить запросы полиграфии.

Химические свойства

На воздухе при температуре до 100°С цинк быстро тускнеет, покрываясь поверхностной пленкой основных карбонатов. Во влажном воздухе, особенно в присутствии СО 2 , происходит разрушение металла даже при обычных температурах. При сильном нагревании на воздухе или в кислороде Цинк интенсивно сгорает голубоватым пламенем с образованием белого дыма оксида цинка ZnO. Сухие фтор, хлор и бром не взаимодействуют с Цинком на холоду, но в присутствии паров воды металл может воспламениться, образуя, например, ZnCl 2 . Нагретая смесь порошка Цинка с серой дает сульфид Цинк ZnS. Сильные минеральные кислоты энергично растворяют Цинк, особенно при нагревании, с образованием соответствующих солей. При взаимодействии с разбавленной НCl и H 2 SO 4 выделяется Н 2 , а с НNО 3 - кроме того, NO, NO 2 , NH 3 . С концентрированной НCl, H 2 SO 4 и HNO 3 Цинк реагирует, выделяя соответственно Н 2 , SO 2 , NO и NO 2 . Растворы и расплавы щелочей окисляют Цинк с выделением Н 2 и образованием растворимых в воде цинкитов. Интенсивность действия кислот и щелочей на Цинк зависит от наличия в нем примесей. Чистый Цинк менее реакционноспособен по отношению к этим реагентам из-за высокого перенапряжения на нем водорода. В воде соли Цинка при нагревании гидролизуются, выделяя белый осадок гидрооксида Zn(OH) 2 . Известны комплексные соединения, содержащие Цинк, например SО 4 и другие.

Цинк является довольно активным металлом.

Он легко взаимодействует с кислородом, галогенами, серой и фосфором:

2Zn+О 2 =2ZnО (оксид цинка);

Zn + Сl 2 = ZnСl 2 (хлорид цинка);

Zn + S = ZnS (сульфид цинка);

3 Zn + 2 Р = Zn 3 Р 2 (фосфид цинка).

При нагревании взаимодействует с аммиаком, в результате чего образуется нитрид цинка:

3 Zn + 2 NН 3 = Zn 2 N 3 + 3 Н 2 ,

а также с водой:

Zn + Н 2 О = ZnО + Н 2

и сероводородом:

Zn + Н 2 S = ZnS + Н 2 .

Образующийся на поверхности цинка сульфид предохраняет его от дальнейшего взаимодействия с сероводородом.

Цинк хорошо растворим в кислотах и щелочах:

Zn + Н 2 SO 4 = ZnSO 4 + Н 2 ;

4 Zn + 10 НNО 3 = 4 Zn(NО 3) 2 + NН 4 NО 3 + 3 Н 2 О;

Zn + 2 КОH + 2 Н 2 О = К 2 + Н 2 .

В отличие от алюминия цинк растворяется в водном растворе аммиака, так как образует хорошо растворимый аммиакат:

Zn + 4 NН 4 ОН = (ОН) 2 + Н 2 + 2 Н 2 О.

Цинк вытесняет менее активные металлы из растворов их солей.

СuSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Сu;

СdSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Сd.

Соединения цинка

В химических соединениях цинк двухвалентен. Ион Zn 2+ бесцветен, может существовать в нейтральных и кислых растворах. Из простых солей цинка хорошо растворимы в воде хлориды, бромиды, иодиды, нитраты и ацетаты. Малорастворимые сульфид, карбонат, фторид, фосфат, силикат, цианид, ферроцианид.

Гидроксид цинка Zn(OH) 2 выделяется из раствора солей цинка при действии щелочей в виде белого аморфного осадка. При стоянии он постепенно приобретает кристаллическую структуру. Скорость кристаллизации зависит от природы соли, из раствора которой происходит осаждение. Так, из растворов, содержащих хлориды, кристаллическая гидроокись цинка получается значительно быстрее, чем из растворов нитратов. Она обладает аморфным характером, константа диссоциации равна 1,5*10 -9 ,кислоты 7,1*10 -12 .Осаждение гидрооксида цинка начинается при р-н 6 и заканчивается при р-н 8,3.При увеличении рн до 11-11,5 осадок снова растворяется. В щелочных растворах гидрооксид ведет себя как ангидрокислота, т.е. переходит в раствор в виде гидросоцинкат-ионов за счет присоединения ионов гидроксила; образующиеся соли называются цинкатами. Например Na(Zn(OH) 3),Ba(Zn(OH) 6) и др. Значительное число цинкатов получено при сплавлении окиси цинка с окислами др. металлов. полученные при этомцинкаты в воде практически нерастворимы.Гидроокись цинка может существовать в виде пяти модификации:

a-,b-,g-,e-Zn(OH) 2 .

Устойчива лишь последняя модификация, в которую и превращаются все остальные менее стабильные модификации. Эта модификация при температуре 39С начинает превращаться в окись цинка. Стабильная ромбическая модификация???n(OH) 2 образует особого вида решетку, ненаблюдаемую у других гидроокисей. Она имеет вид пространственной сетки, состоящей из тетраэдров??n(OH) 4 .При обработке гидроокисей перекисью водорода образуется гидрат цинка неопределенного состава, чистую перекись цинка??nO 2 получают в виде желтовато-белого порошка при действии H 2 O 2 на эфирный раствор диэтилцинка. Гидроокись цинка растворима в аммиаке и аммонийных солях. Это обусловлено процессом комплексообразования цинка с молекулами аммиака и образованием хорошо растворимых в воде катионов. Произведение растворимости равно 5*10 -17 .

Сульфат цинка ZnSO 4 .

Бесцветные кристаллы, плотность 3,74.Из водных растворов кристаллизуется в интервале 5.7-38.8С в виде бесцветных кристаллов (так называемый цинковый купорос). Его можно получить различными способами, например:

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

Растворение цинкового купороса в воде сопровождается с выделением теплоты. При быстром нагревании цинковый купорос растворяется в своей кристаллизационной воде. А при сильном нагревании образуется окись цинка с выделением SO 3 ,SO 2 и О 2 .Цинковый купорос образует твердые растворы с другими купоросами (железный, никелевым, медным).

Нитрат цинка Zn(NO 3) 2 .

Известны также четыре кристаллогидрата. Наиболее устойчив - гексагидрат Zn(NO 3)*6H 2 O,выделяющийся из водных растворов при температуре выше 17,6С. Нитрат цинка очень хорошо растворим в воде, при температуре 18С в 100 гр. воды растворяется 115 гр. соли. Известны основные нитраты постоянного и переменного состава. Из первых наиболее известен Zn(NO 3) 2 *4Zn(OH) 2 *2H 2 O.Из растворов содержащих кроме нитрата цинка нитраты др. элементов можно выделить двойные нитраты типа Ме 2 Zn(NO 3) 4 .

Цианид цинка Zn(CN) 2 .

Отличается высокой термической устойчивостью (разлагается при 800С),выделяется виде белого осадка при добавлении раствору соли цинка раствора цианида калия:

2KCN + ZnSO 4 = Zn(CN) 2 + K 2 SO 4

Цианид цинка не растворяется в воде и этаноле, но легко растворяется в избытке цианида щелочного металла.

Сплавы

Уже упоминалось, что история с цинком достаточно запутана. Но одно бесспорно: сплав меди и цинка - латунь - был получен намного раньше, чем металлический цинк. Самые древние латунные предметы, сделанные примерно в 1500 году до н.э. найдены при раскопках в Палестине.

Приготовление латуни восстановлением особого камня - (кадмия) углем в присутствии меди описано у Гомера, Аристотеля и Плиния Старшего. В частности Аристотель писал о добываемой в Индии меди, которая «отличается от золота только вкусом».

Действительно, в довольно многочисленной группе сплавов, носящих общее название латуней, есть один (Л-96, или томпак), по цвету почти неотличимый от золота. Между прочим, томпак содержит меньше цинка, чем большинство латуней: цифра за индексом Л означает процентное содержание меди. Значит, на долю цинка в этом сплаве приходится не больше 4%.

Цинк входит и в состав другого древнего сплава на медной основе. Речь идет о бронзе . Это раньше делили четко: медь плюс олово - бронза, медь плюс цинк - латунь. Но теперь эти грани стёрлись.

До сих пор я рассказывала только о защите цинком и о легировании цинком. Но есть и сплавы на основе этого элемента. Хорошие литейные свойства и низкие температуры плавления позволяют отливать из таких сплавов сложные тонкостенные детали. Даже резьбу под болты и гайки можно получать непосредственно при отливке, если имеешь дело со сплавами на основе цинка.

Методы цинкования

Среди многочисленных процессов нанесения защитных покрытий на металлические элементы забора цинкование занимает одно из ведущих мест. По объему и номенклатуре защищаемых от коррозии изделий заборов цинковым покрытиям нет равных среди других металлических покрытий. Это обусловливается многообразием технологических процессов цинкования, их относительной простотой, возможностью широкой механизации и автоматизации, высокими технико-экономическими показателями. В технической литературе достаточно широко освещены различные процессы цинкования забора, свойства цинковых покрытий, области их применения для строительства забора. Исходя из механизма образования и физико-химических характеристик, можно выделить шесть видов цинковых покрытий, которые с успехом применяются при производстве заборов:

Гальванические (электролитические) покрытия на поверхность металлических элементов забора наносят в растворах электролитов под действием электрического тока. Основными компонентами этих электролитов являются соли цинка.

Металлизационные покрытия наносят путем распыления струей воздуха или горячего газа расплавленного цинка непосредственно на готовую секцию забора. В зависимости от способа напыления используют цинковую проволоку (пруток) или порошок цинка. В промышленности используют газопламенное напыление и электродуговую металлизацию.

Горячецинковые покрытия наносят на изделия методом горячего цинкования (погружением элементов забора в ванну с расплавленным цинком).

Диффузионные покрытия наносят на элементы забора путем их химико-термической обработки при температуре 450-500°С в порошковых смесях на основе цинка или путем соответствующей термической обработки превращают, например, гальваническое покрытие в диффузионное.

Цинконаполненные покрытия на металлических элементах забора представляют собой композиции, состоящие из связующего и цинкового порошка. В качестве связующих используют различные синтетические смолы (эпоксидные, фенольные, полиуретановые и др.), лаки, краски, полимеры.

Комбинированные покрытия представляют собой комбинацию цинкования забора и другого покрытия, лакокрасочного или полимерного. В мировой практике такие покрытия известны как «дуплекс-системы». В таких покрытиях сочетается электрохимический защитный эффект цинкового покрытия с гидроизолирующим защитным эффектом лакокрасочного или полимерного.

Цинкование заборов сегодня.

Современные задачи защиты заборов

За последние десятилетия отмечено резкое снижение срока службы заборов всех типов практически во всех сферах их применения, обусловленное, с одной стороны, снижением коррозионной стойкости металла, а с другой -- повышением коррозионной активности сред, в которых эксплуатируется забор. В связи с этим возникла необходимость применения новых стойких к коррозии материалов, а также повышения эксплуатационных характеристик защитных покрытий, в первую очередь, цинковых, как наиболее распространенных на практике. Многие процессы цинкования и оборудование для их осуществления значительно усовершенствованы, что дает возможность повысить коррозионную стойкость и другие свойства цинковых покрытий. Это позволяет расширить области применения цинковых покрытий нового поколения и использовать их для защиты металлических заборов , эксплуатирующихся в жестких коррозионно-эрозионных условиях.

При этом особое место уделяется использованию цинковых покрытий нового поколения для защиты изделий от коррозионного воздействия агрессивных сред. Известно, что способ изготовления цинковых покрытий во многом определяет их свойства. Покрытия, полученные в расплаве цинка и в порошковых смесях, значительно отличаются как по структуре, так и по химическим и физико-механическим свойствам (степени сцепления с поверхностью покрываемого металла, твердости, пористости, коррозионной стойкости и др.). Еще больше диффузионные цинковые покрытия отличаются от гальванических и металлизационных. Одним из важнейших свойств является прочность сцепления с поверхностью покрываемого изделия, влияющая на свойства защитного покрытия забора не только при эксплуатации, но и на сохранность забора при длительном хранении, при транспортировке и при проведении монтажа забора.

Новые методы: диффузная оцинковка, комбинированная обработка металла забора

Диффузионные цинковые покрытия по сравнению с гальваническими и металлизационными имеют более прочную (диффузионную) связь с защищаемым металлом вследствие диффузии цинка в покрываемый металл, а постепенное изменение концентрации цинка по толщине покрытия обусловливает менее резкое изменение его свойств.

Другим перспективным способом защиты забора является комбинированное цинкование забора. В таких покрытиях сочетается электрохимический защитный эффект цинкового покрытия с гидроизолирующим защитным эффектом лакокрасочного или полимерного. Краска формирует барьер к воздуху.Но барьер со временем разрушается, ржавчина образуется под краской, появляются шелушения, вздутия. Цинконаполненные краски с низким содержанием цинка не решают эту проблему, в основном из-за того, что цинка недостаточно для обеспечения адекватной катодной защиты на всей поверхности и на протяжении длительного времени.

В отличие от цинконаполненных красок, «дуплекс-системы» имеют неоспоримое преимущество при защите металла забора. Комбинированная обработка обеспечивает полную активную, катодную защиту. Срок эксплуатации забора с таким покрытием значительно увеличивается - в 1,5-2 раза.

Комплексные соединения цинка

Стpоение комплексов двухвалентных цинка и меди с 2- формилфеноксиуксусной кислотой и продуктом ее конденсации с глицином.

Синтезированы комплексы состава:

2H 2 O (I),

где o-Hfphac- 2-формилфеноксиуксусная кислота и

(II),

где L-тетрадентатный лиганд продукт конденсации o-Hfphac с глицином. Методом рентгеноструктурного анализа определена молекулярная и кристаллическая структура синтезированных комплексов. В содинении I реализуется октаэдрическое, а в II квадратно-пирамидальное окружение иона комплексообразователя. В центросимметричном комплексе цинка o-fphac выступает в качестве монодентатного лиганда

Zn-O(3)=2.123(1) Е.

Расстояния Zn-O(1w) и Zn-O(2w) равны соответственно 2.092(1) и 2.085(1)Е. В соединении II дополнительные донорные группы в лиганде, возникшие вследствии конденсации, приводят к образованию трех металлоциклов в четырехдентатном лиганде (L). Атом меди в экваториальной плоскости координирует L, присоединенный через атомы кислорода двух монодентатных карбоксильных групп

(Cu-O(3)=1.937(2); Cu-O(4)=1.905(2) Е),

эфирный атом кислорода

(Cu-O(1)=2.016(2) Е)

и атом азота азометиновой группы

(Cu-N(1)=1.914(2) Е).

До пятерной координация дополняется молекулой воды,

Cu-O(1w)=2.316(3) Е.

Изучение квантово-химическими методами образование комплексов Цинка с 2-(аминометил)-6-[(фенилимино)метил]-фенолом.

Комплексы ароматических оснований Шиффа с переходными металлами, называемые также внутрикомплексными соединениями (ВКС), являются классическим объектом координационной химии. Интерес к комплексам подобного типа обусловлен их способностью обратимо присоединять кислород. Это позволяет рассматривать такие ВКС в качестве модельных соединений при изучении процессов дыхания , а также использовать в промышленности для получения чистого кислорода. Так, применение наиболее изученного хелатного комплекса бис (салицилиден)-этилендиаминкобальта(II), лежит в основе «салькомин» способа получения кислорода из воздуха .

Однако применению указанных комплексов препятствует достаточно ограниченная кислородная емкость (до 1500 циклов) , что обусловлено постепенным необратимым окислением ВКС.

В ряде работ отмечается, что способность к обратимому присоединению кислорода для различных комплексов переходных металлов колеблется от 10 до 3000 циклов присоединения/отщепления кислорода и сильно зависит от типа металла, электронного строения лиганда, а также от геометрического и электронного строения исследуемого комплекса . При этом лиганд должен иметь возможность образования комплексов с меньшими координационными числами, а образующийся комплекс должен препятствовать образованию продуктов восстановления кислорода.

В данной работе нами рассматривалось строение комплексов цинка с 2-(аминометил)-6-[(фенилимино)метил]-фенолом в качестве лигандов

Данное основание Шиффа и его замещенные аналоги являются крупнотоннажными продуктами производства.

Предварительно было рассмотрено строение самого азометина (1).

Расчетное значение энтальпии образования составляет 23,39 ккал/моль. Азометиновый фрагмент основания Шиффа является плоским. В основном электронная плотность сосредоточена на атоме кислорода (6,231), т.е. на нем же находится и наибольший заряд. Интересно отметить, что электронные плотности на атомах азота иминной и аминометильной групп примерно одинаковы и составляют 5,049 и 5,033 соответственно. Эти атомы доступны для образования координационной связи. Наибольший вклад в коэффициент ВЗМО вносит атом углерода иминной группы (0,17).

Расчетные значения энтальпий образования комплексов типа 2, 3 и 4 составляют 92,09 ккал/моль, 77,5 ккал/моль и 85,31 ккал/моль соответственно.

Из расчетных данных, следует, что по сравнению с исходным азометином в комплексах всех трех типов происходит уменьшение длин связей С 5 -О 9 (О 11 -С 15) с 1,369? до (1,292-1,325) ?; увеличение порядков связей С 5 -О 9 (О 11 -С 15) с 1,06 до (1,20-1,36); уменьшился коэффициент ВЗМО атомов азота иминной группы (N 2 , N 18), т.е. вклад в образование орбитали; так же, интересно отметить, что ароматические кольца в основании Шиффа не компланарны, в зависимости от типа комплекса диэдральные углы составляют:

тип 2 - C 20 C 1 С 4 С 21 =163,8 0 и C 22 C 16 С 19 С 23 =165,5 0 ;

тип 3 - C 20 C 1 С 4 С 21 =-154,9 0 и C 22 C 16 С 19 С 23 =-120,8 0 ;

тип 4 - C 20 C 1 С 4 С 21 =171,0 0 и C 22 C 16 С 19 С 23 =-174,3 0 ;

а в исходном азометине ароматические кольца практически лежат на одной плоскости и C 11 C 1 С 4 С 12 =-177,7 0 .

В то же время, в зависимости от типа комплекса происходят индивидуальные изменения в строении азометинового лиганда.

Длины связей С 3 -С 4 (С 16 -N 17) комплекса типа 2 и С 16 С 17 комплекса типа 4 уменьшаются (1,43).

Порядки связей N 2 -С 3 (С 17 -N 18) комплекса типа 2 и С 17 -N 18 комплекса типа 4 уменьшаются (1,64 и 1,66 соответственно); порядки связей С 3 -С 4 (С 16 -N 17) комплекса типа 2 и С 16 -N 17 комплекса типа 4 увеличиваются до 1,16.

Валентные углы N 2 C 3 C 4 (C 16 C 17 N 18) в комплексе типа 2 и C 16 C 17 N 18 типа 4 увеличиваются (127 0) .

Электронные плотности, сосредоточенные на атомах азота иминной группы N 2 (N 18) комплекса типа 2 и N 18 типа4, уменьшилась (4,81); электронные плотности на атомах углерода С 3 (С 17) уменьшились (3,98); электронные плотности на атомах азота аминометильных групп N 8 (N 12) в 3 типе и С 8 в 4 типе комплекса уменьшились (4,63);

Проведено сравнение полученных результатов структурных параметров для всех трех типов комплекса друг с другом.

При сравнении строения комплексов различных типов отмечены следующие особенности: длины связей С 6 С 7 (С 13 С 14) и С 9 С 10 (С 10 С 11) во всех типах комплексов равны (~1,498) и (~1,987) соответственно; порядки связей С 1 -N 2 (С 18 -N 19) и С 6 С 7 (С 13 С 14) примерно одинаковы во всех типах комплексов и равны (1,03) и (0,99) соответственно; валентные углы С 6 С 7 N 8 (N 12 C 13 C 14) равноценны (111 0); наибольший вклад в ВЗМО в комплексах типа 2, 3 и 4 вносит атом углерода иминной группы 0,28; 0,17 и 0,29 соответственно; электронные плотности на атомах углерода С 3 во всех типах, а так же на атомах цинка Zn 10 примерно одинаковы и равны (3,987) и (1,981) соответственно.

По результатам расчетов установлено, что наибольшие различия в строении комплексов наблюдаются для следующих параметров:

1. Длина связи C 16 C 17 (1,47) комплекса типа 3 больше аналогичных в комплексах типа 2 и 4.

2. Порядки связей C 3 C 4 (1,16), C 5 O 9 (1,34) комплекса типа 2 и С 17 -N 18 (1,87) типа 3 больше аналогичных; порядки связей N 2 C 3 (1,66), С 7 N 8 (1,01), О 9 Zn 10 (0,64) комплекса типа 2 и O 11 C 15 (1,20), C 16 C 17 (1,02) комплекса типа 3 меньше соответствующих порядков связей в других типах комплексов;

3. Валентные углы N 2 C 3 C 4 (127 0), С 5 О 9 Zn 10 (121 0) комплекса типа 2, больше аналогичных; O 9 Zn 10 O 11 (111 0) комплекса типа 2, Zn 10 О 11 С 15 (116 0), C 16 C 17 N 18 (120 0) комплекса типа 3 меньше соответствующих углов в других типах комплексов;

4. Электронные плотности на атомах N 2 (4.82), O 9 (6,31) комплекса типа 2 и N 12 (4,63) комплекса типа 3 меньше аналогичных; электронные плотности на атомах N 8 (5,03) комплекса типа 2 и N 18 (5,09) типа 3 больше электронных плотностей соответствующих атомов других типов комплексов;

Интересно отметить, что порядки связей N-Zn иминогруппы в комплексах всех трех типов несколько больше, чем порядки связей N-Zn аминогруппы.

Таким образом, комплексы цинка с рассмотренными нами основаниями Шиффа имеют тетраэдрическое строение. Возможно образование комплексов трех типов, включающих взаимодействие цинка с атомом кислорода фенольной группы и с атомом азота имино- или аминометильной группы. Комплекс типа 2 включает взаимодействие цинка с атомами кислорода фенольной группы и атомами азота иминной группы. В комплексе типа 3 возникают связи атома цинка с атомами кислорода фенольной группы и атомами азота аминометильной группы. Комплекс типа 4 является смешанным, то есть включает взаимодействие цинка как с атомами иминной, так и с атомами азота аминометильной групп.

Цинк против рака

Цинк, как было доказано в новом исследовании учёных из Университета штата Мэриленд, опубликованном 25 августа, существенный элемент, который играет ключевую роль в распространенной форме рака поджелудочной железы, отчет о проведённом исследовании опубликован в текущем номере журнала Cancer Biology & Therapy. «Это первое исследование за всё время, с прямыми измерениями в человеческих тканях поджелудочной железы, говорящий о том, что уровень цинка заметно ниже в клетках поджелудочной железы в раковой стадии по сравнению с нормальными клетками поджелудочной железы», заключает ведущий автор исследования Лесли Костелло, кандидат технических наук, профессор кафедры онкологии и диагностической наук Университета штата Мэриленд.

Исследователи обнаружили снижение уровня цинка в клетках уже на начальных стадиях рака поджелудочной железы. Потенциально этот факт обеспечивает новые подходы к лечению, и теперь задача ученых найти способ, чтобы цинк появился в злокачественных клетках и уничтожал их. Ученые обнаружили, что генетический фактор, в конечном итоге может сыграть роль при диагностике на ранней стадии. Злокачественные клетки закрыты для транспортировки в них молекул цинка (ZIP3), которые несут ответственность за доставку цинка через клеточную мембрану в клетки.

Исследователи рака ранее не знали, что ZIP3 теряется или отсутствует в злокачественной клетке поджелудочной железы, что и приводит к снижению цинка в клетках. Рак поджелудочной железы является четвертой по значимости причиной смерти в Соединенных Штатах, по данным Национального института рака (NCI). Есть около 42000 новых случаев ежегодного заболевания в Соединенных Штатах, из которых по оценкам NCI - 35000 приведут к смерти. Пациенты с раком поджелудочной железы, как правило, диагностируются на поздней стадии болезни, потому что рак поджелудочной железы часто уже присутствует в организме до развития симптомов. Текущее лечение может продлить выживаемость незначительно или облегчить симптомы у некоторых пациентов, но оно очень редко приводит к излечению поджелудочной железы. Опухоли возникают в эпителиальных клетках, выстилающих протоки поджелудочной железы. Костелло и Ренти Франклин, доктор философии и профессор, сотрудничали в течение многих лет в области изучения цинка в отношении рака простаты, эти исследования и привели их к исследованиям рака поджелудочной железы. Настоящее исследование было инициировано в конце 2009 года, поскольку уже тогда имелись существенные доказательства того, что отсутствие цинка может быть ключевым моментом при возникновении опухолей, развития и прогрессирования некоторых видов рака.

Исследователи говорят, что их работа предполагает - необходимо развивать химиотерапевтическое средство для рака поджелудочной железы, которое будет доставлять цинк обратно в повреждённые клетки и убивать злокачественные клетки поджелудочной железы, которая является жизненно важным органом и вырабатывает пищеварительные ферменты, которые, попадая в кишечник, помогают переваривать белки. Ранняя диагностика рака поджелудочной железы была затруднена из-за отсутствия информации о факторах, участвующих в развитии рака поджелудочной железы. Вновь открывшиеся факты могут помочь в выявлении ранних стадий на предварительных этапах. Исследователи планируют провести больше исследований клеток поджелудочной железы на различных стадиях развития рака, а также исследования на животных, прежде чем планировать клинические испытания.

Биологическая роль цинка в жизнедеятельности человеческого и животного организмов

Фармацевты и медики жалуют многие соединения цинка. Со врёмен Парацельса и до наших дней в фармакопее значатся глазные цинковые капли (0,25%-ный раствор ZnSO4). Как присыпка издавна применяется цинковая соль. Феносульфат цинка - хороший антисептик. Суспензия, в которую входят инсулин, протамин и хлорид цинка - новое эффективное средство против диабета, действующее лучше, чем чистый инсулин.

З начение цинка для организма человека активно обсуждается в течение последних лет. Это связано с его участием в обмене белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот. Цинк входит в состав более 300 металлоферментов. Он является частью генетического аппарата клетки.

Впервые цинкдефицитные состояния в 1963 г. описал А. Прасад - как синдром карликовости, нарушения нормального оволосения, предстательной железы и тяжелой железодефицитной анемии. Известно значение цинка для процессов роста и деления клеток, поддержания целостности эпителиальных покровов, развития костной ткани и ее кальцификации, обеспечения репродуктивной функции и иммунных реакций, линейного роста и развития когнитивной сферы, формирования поведенческих реакций. Цинк способствует стабилизации клеточных мембран, является мощным фактором антиоксидантной защиты, важен для синтеза инсулина. Установлена его роль в энергетическом обеспечении клеток, устойчивости к стрессу. Цинк способствует синтезу родопсина и всасыванию витамина А.

И вместе с тем многие соединения цинка, прежде всего его сульфат и хлорид ядовиты.

Цинк поступает в организм через желудочно-кишечный тракт вместе с пищей, а также с панкреатическим соком. Его всасывание осуществляется в основном в тонкой кишке: 40-65% - в двенадцатиперстной кишке, 15-21% - в тощей и подвздошной кишке. Только 1-2% микроэлемента усваивается на уровне желудка и толстой кишки. Выводится металл с калом (90%) и 2-10% - с мочой.

В организме большая часть цинка (98%) находится в основном внутриклеточно (мышцы, печень, костная ткань, простата, глазное яблоко). В сыворотке содержится не более 2% металла. Дефицит цинка приводит к заболеваниям печени, почек, муковисцидозу и синдрому мальабсорбции, а также к тяжелому заболеванию, как энтеропатический акродерматит и т.д.

Cреди веществ, играющих важную роль в питании животных, значительное место занимают микроэлементы, необходимые для роста и размножения. Они влияют на функции кроветворения, эндокринных желез, защитные реакции организма, микрофлору пищеварительного тракта, регулируют обмен веществ, участвуют в биосинтезе белка, проницаемости клеточных мембран и т.д.

Всасывание цинка происходит в основном в верхнем отделе тонкого кишечника. Высокий уровень протеина, добавки ЭДТА, лактозы, лизина, цистеина, глицина, гистидина, аскорбиновой и лимонной кислот повышают усвоение, а низкий уровень протеина и энергии, большое количество в корме клетчатки, фитата, кальция, фосфора, меди, железа, свинца ингибируют абсорбцию цинка. Кальций, магний и цинк при кислой среде тонкой кишки образуют прочный нерастворимый комплекс с фитиновой кислотой, из которого катионы не всасываются.

Хелатные комплексы цинка с глицином, метионином или лизином обладают более высокой БД для молодняка свиней и птицы по сравнению с сульфатом. Ацетат, оксид, карбонат, хлорид, сульфат и металлический цинк - доступные источники элемента для животных, тогда как из некоторых руд он не усваивается.

Большой биологической доступностью характеризуются хелатные соединения цинка с метионином и триптофаном, а также комплексы его с каприловой и уксусной кислотами. В то же время хелаты цинка с ЭДТА и фитиновой кислотой используются в организме животных менее эффективно, чем 7-водный сульфат, что зависит главным образом от стабильности комплекса. Истинное усвоение цинка из фитата почти в три раза ниже, чем из сульфата. Неорганические соли (хлорид, нитрат, сульфат, карбонат) всасываются хуже, чем органические. Удаление кристаллизованной воды из молекулы сернокислого цинка приводит к снижению БД элемента. Оксид и металлический цинк могут использоваться в кормлении животных, однако следует учитывать содержание в них свинца и кадмия.

Цинк - один из важных микроэлементов. И в то же время избыток цинка вреден.

Биологическая роль цинка двояка и не до конца выяснена. Установлено, что цинк - обязательная составная часть фермента крови.

Известно, что довольно много цинка содержится в яде змей, особенно гадюк и кобр. Но в то же время известно, что соли цинка специфически угнетают активность этих же самых ядов, хотя, как показали опыты, под действием солей цинка яды не разрушаются. Как объяснить такое противоречие? Считают, что высокое содержание цинка в яде - это то средство, которым змея от собственного яда защищается. Но такое утверждение еще требует строгой экспериментальной проверки.

...

Подобные документы

Распространение цинка в природе, его промышленное извлечение. Сырьё для получения цинка, способы его получения. Основные минералы цинка, его физические и химические свойства. Область применения цинка. Содержание цинка в земной коре. Добыча цинка В России.

реферат , добавлен 12.11.2010


Положение цинка, фосфата кадмия и ртути в периодической системе Д.И. Менделеева. Распространение их в природе, физические и химические свойства. Получение фосфорнокислого цинка. Синтезирование и изучение окислительно-восстановительных свойств цинка.

курсовая работа , добавлен 12.10.2014


Особенности влияния различных примесей на строение кристаллической решетки селенида цинка, характеристика его физико-химических свойств. Легирование селенида цинка, диффузия примесей. Применение селенида цинка, который легирован различными примесями.

курсовая работа , добавлен 22.01.2017


Физические, химические свойства и применение цинка. Вещественный состав цинкосодержащих руд и концентратов. Способы переработки цинкового концентрата. Электроосаждение цинка: основные показатели процесса электролиза, его осуществление и обслуживание.

курсовая работа , добавлен 08.07.2012


презентация , добавлен 16.02.2013


Характеристика химического элемента цинка, история его обработки и производства, биологическая роль, опыты, минералы, взаимодействие с кислотами, щелочами и аммиаком. Особенности получения цинковых белил. История открытия лосевского кристалла окиси цинка.

реферат , добавлен 12.12.2009


Общая характеристика элементов подгруппы меди. Основные химические реакции меди и ее соединений. Изучение свойств серебра и золота. Рассмотрение особенностей подгруппы цинка. Получение цинка из руд. Исследование химических свойств цинка и ртути.

презентация , добавлен 19.11.2015


Физико-химическая характеристика кобальта. Комплексные соединения цинка. Изучение сорбционного концентрирования Co в присутствии цинка из хлоридных растворов в наряде ионитов. Технический результат, который достигнут при осуществлении изобретения.

реферат , добавлен 14.10.2014


Анализ влияния цинка на качественный и количественный состав микрофлоры в почве урбанизированных экосистем города Калининграда, проведение собственного эксперимента. Выявление группы микроорганизмов, проявляющих устойчивость в высокой концентрации цинка.

курсовая работа , добавлен 20.02.2015


Характеристика цинка и меди как химических элементов и их место в периодической таблице Менделеева. Получение цинка из полиметаллических руд пирометаллургическим и электролитическим методами. Способы применения меди в электротехнике и производстве.