Сплав цинку з міддю - латунь - був відомий ще в Стародавню Грецію, Стародавньому Єгипті, Індії (VII ст.), Китаї (XI ст.). Довгий часне вдалося виділити чистий цинк. У 1746 А. С. Маргграф розробив спосіб отримання чистого цинку шляхом прожарювання суміші його оксиду з вугіллям без доступу повітря в глиняних вогнетривких ретортах з подальшою конденсацією парів цинку в холодильниках. У промисловому масштабі виплавка цинку розпочалася XVII в.
Латинське zincum перекладається як "білий наліт". Походження цього слова точно не встановлено. Імовірно, воно йде від перського "ченг", хоча ця назва відноситься не до цинку, а взагалі до каменів. Слово "цинк" зустрічається у працях Парацельса та інших дослідників 16-17 ст. і сходить, можливо, до давньонімецького "цинку" - наліт, більмо на оці. Загальновживаючою назва "цинк" стала лише у 1920-х роках.

Перебування в природі, отримання:

Найбільш поширений мінерал цинку – сфалерит, або цинкова обманка. Основний компонент мінералу - сульфід цинку ZnS, а різноманітні домішки надають цій речовині всілякі кольори. Очевидно, за це мінерал і називають обманкою. Цинкову обманку вважають первинним мінералом, з якого утворилися інші мінерали елемента № 30: смітсоніт ZnCO 3 , цинкіт ZnO, каламін 2ZnO·SiO 2 ·Н 2 O. На Алтаї нерідко можна зустріти смугасту "бурундучну" руду - суміш цинкової цинку. Шматок такої руди здалеку справді схожий на смугастого звірка, що причаївся.
Виділення цинку починається з концентрування руди методами седиментації або флотації, потім її обпалюють до утворення оксидів: 2ZnS + 3О 2 = 2ZnО + 2SO 2
Оксид цинку переробляють електролітичним способом або відновлюють коксом. У першому випадку цинк вилуговують з сирого оксиду розведеним розчином сірчаної кислоти, домішка кадмію беруть в облогу цинковим пилом і розчин сульфату цинку піддають електролізу. Метал 99,95% чистоти осідає на алюмінієвих катодах.

Фізичні властивості:

У чистому вигляді – досить пластичний сріблясто-білий метал. При кімнатній температурі крихкий, при згинанні пластинки чутний тріск від тертя кристаллітів (зазвичай сильніший, ніж крик олова). При 100-150 ° C цинк пластичний. Домішки, навіть незначні, різко збільшують крихкість цинку. Температура плавлення - 692 ° C, температура кипіння - 1180 ° C

Хімічні властивості:

Типовий амфотерний метал. Стандартний електродний потенціал -0,76 У ряді стандартних потенціалів розташований до заліза. На повітрі цинк покривається тонкою плівкою оксиду ZnO. У разі сильного нагрівання згоряє. При нагріванні цинк реагує з галогенами, з фосфором, утворюючи фосфіди Zn 3 P 2 і ZnP 2 з сіркою та її аналогами, утворюючи різні халькогеніди, ZnS, ZnSe, ZnSe 2 і ZnTe. З воднем, азотом, вуглецем, кремнієм та бором цинк безпосередньо не реагує. Нітрид Zn 3 N 2 отримують реакцією цинку з аміаком за 550-600°C.
Цинк звичайної чистоти активно реагує з розчинами кислот та лугів, утворюючи в останньому випадку гідроксоцінкати: Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2
Дуже чистий цинк розчинами кислот та лугів не реагує.
Для цинку характерні сполуки із ступенем окиснення: +2.

Найважливіші сполуки:

Оксид цинку- ZnО, білий, амфотерний, реагує як з розчинами кислот, так і з лугами:
ZnO + 2NaOH = Na 2 ZnO 2 + Н 2 Про (сплавлення).
Гідроксид цинку- утворюється у вигляді драглистого білого осаду при додаванні лугу до водних розчинів солей цинку. Амфотерний гідроксид
Солі цинку. Безбарвні кристалічні речовини. У водних розчинах іони цинку Zn 2+ утворюють аквакомплекси 2+ та 2+ та піддаються сильному гідролізу.
Цинкатиутворюються при взаємодії оксиду або гідроксиду цинку із лугами. При сплавленні утворюються метацинкати (напр. Na 2 ZnO 2 ), які розчиняючись у воді переходять у тетрагідроксинкати: Na 2 ZnO 2 + 2Н 2 О = Na 2 . При підкисленні розчинів осад випадає гідроксид цинку.

Застосування:

Виробництво антикорозійних покриттів. - Металевий цинк у вигляді брусків використовують для захисту від корозії сталевих виробів, що торкаються морської води. Приблизно половина всього виробленого цинку використовується для оцинкованої сталі, одна третина - у гарячому цинкування готових виробів, решта - для смуги і дроту.
- Велике практичне значення мають сплави цинку – латуні (мідь плюс 20-50% цинку). Для лиття під тиском, крім латунів, використовується число спеціальних сплавів цинку, що швидко зростає.
- Ще одна сфера застосування - виробництво сухих батарей, хоча останніми роками воно суттєво скоротилося.
- Телурид цинку ZnTe використовується як матеріал для фоторезисторів, приймачів інфрачервоного випромінювання, дозиметрів та лічильників радіоактивного випромінювання. - Ацетат цинку Zn(CH 3 COO) 2 його використовують як фіксатор при фарбуванні тканин, консервант деревини, протигрибковий засіб у медицині, каталізатор в органічному синтезі. Ацетат цинку входить до складу зубних цементів, використовується при виробництві глазур та фарфору.

Цинк - одне з найважливіших біологічно активних елементів і необхідний всіх форм життя. Його роль зумовлена, переважно, тим, що він входить до складу понад 40 важливих ферментів. Встановлено функцію цинку в білках, які відповідають за розпізнавання послідовності основ у ДНК і, отже, регулюють перенесення генетичної інформації під час реплікації ДНК. Цинк бере участь у вуглеводному обміні за допомогою цинквмісного гормону - інсуліну. Тільки у присутності цинку діє вітамін А. Необхідний цинк і на формування кісток.
У той самий час іони цинку токсичні.

Безпомісних С., Штанова І.
ХФ ТюмГУ, 571 гурт.

Джерела: Вікіпедія:

Державний освітній заклад

середньої професійної освіти Ленінградської області Підпорізький Політехнічний технікум

Пошуково-дослідна робота з хімії

Тема:

«Цинк та його властивості»

Виконав(а): студент групи № 89

Прізвище ім'я по батькові: Юріков Олексій Олександрович

Перевірив викладач: Ядикіна Людмила Олексіївна

Підпоріжжя

Положення в періодичної системита будова атома

Історія відкриття

Знаходження у природі

Фізичні властивості

Хімічні властивості

Одержання металевого цинку

Застосування та значення для здоров'я людини

8. Мої дослідження

9. Література

Положення в періодичній системі

та будова атома

Елемент цинк (Zn)у таблиці Менделєєва має порядковий номер 30.

Він знаходиться у четвертому періоді другої групи.

атомна вага = 65,37

валентність II

Природний цинк складається із суміші п'яти стабільних нуклідів: 64 Zn (48,6% за масою), 66 Zn (27,9%), 67 Zn (4,1%), 68 Zn (18,8%) та 70 Zn ( 0,6%).

Конфігурація двох зовнішніх електронних шарів 3 s 2 p 6 d 10 4 s 2 .

Історія відкриття

Сплави цинку з міддю – латуні – були відомі ще давнім грекам та єгиптянам. Цинк отримували у 5 ст. до зв. е. в Індії. Римський історик Страбон у 60-20 роках до н. е. писав про отримання металевого цинку, чи «фальшивого срібла». Надалі секрет отримання цинку в Європі був втрачений, тому що цинк, що утворюється при термічному відновленні цинкових руд, при 900°C переходить у пару. Пари цинку реагують із киснем повітря, утворюючи пухкий оксид цинку, який алхіміки називали «білою шерстю».

Металевий цинк

У XVI столітті було здійснено перші спроби виплавляти цинк у заводських умовах. Але виробництво «не пішло», технологічні проблеми виявилися непереборними. Цинк намагалися отримувати так само як і інші метали. Руду обпалювали, перетворюючи цинк на окис, потім цей окис відновлювали вугіллям.

Цинк, звісно, ​​відновлювався, взаємодіючи з вугіллям, але... не виплавлявся. Не виплавлявся тому, що цей метал вже в плавильній печі випаровувався - температура його кипіння всього 906 С. А в печі було повітря. Зустрічаючи його, пари активного цинку реагували з киснем, і утворювався вихідний продукт – окис цинку.

Налагодити цинкове виробництво Європі вдалося лише після того, як руду стали відновлювати в закритих ретортах без доступу повітря. Приблизно так само чорновий цинк отримують і зараз, а очищають його рафінуванням. Пірометаллургічним способом зараз отримують приблизно половину виробленого у світі цинку, а іншу половину гідрометалургійним.

Слід пам'ятати, що чисто цинкові руди у природі майже зустрічаються. З'єднання цинку (зазвичай 1-5% у перерахунку на метал) входять до складу поліметалевих руд. Отримані при збагаченні руди цинкові концентрати містять 48-65% цинку, 2% міді, 2% свинцю, 12% заліза. І плюс частки відсотка розсіяних та рідкісних металів...

Складний хімічний та мінералогічний склад руд, що містять цинк, був однією з причин, через які цинкове виробництво народжувалося довго та важко. У переробці поліметалевих руд і зараз є ще невирішені проблеми... Але повернемося до пірометаллургії цинку – у цьому процесі виявляються суто індивідуальні особливості цього елемента.

При різкому охолодженні пари цинку відразу ж, минаючи рідкий стан, перетворюються на твердий пил. Це дещо ускладнює виробництво, хоч елементарний цинк вважається нетоксичним. Часто буває потрібно зберегти цинк саме у вигляді пилу, а не переплавляти його на зливки.

У піротехніці цинковий пил застосовують, щоб отримати блакитне полум'я. Цинковий пил використовується у виробництві рідкісних та благородних металів. Зокрема, таким цинком витісняють золото та срібло з ціаністих розчинів. Як не парадоксально, але при отриманні самого цинку (і кадмію) гідрометалургійним способом застосовується цинковий пил для очищення розчину сульфату міді та кадмію. Але це ще не все. Ви ніколи не замислювалися, чому металеві мости, прольоти заводських цехів та інші великогабаритні вироби з металу найчастіше фарбують у сірий колір?

Головна складова частиназастосовуваної у всіх цих випадках фарби - все той же цинковий пил. Змішана з окисом цинку та лляною олією, вона перетворюється на фарбу, яка чудово оберігає від корозії. Ця фарба ще й дешева, пластична, добре прилипає до поверхні металу і не відшаровується при температурних перепадах. Мишачий колір швидше за гідність, ніж недолік. Вироби, які покривають такою фарбою, мають бути не марки і водночас охайні.

На властивостях цинку позначається ступінь його чистоти. При 99,9 та 99,99% чистоти цинк добре розчиняється у кислотах. Але варто «додати» ще одну дев'ятку (99,999%), і цинк стає нерозчинним у кислотах навіть за сильного нагрівання. Цинк такої чистоти відрізняється великою пластичністю, його можна витягувати в тонкі нитки. А звичайний цинк можна прокотити в тонкі листи, лише нагрівання його до 100-150 С. Нагрітий до 250 С і вище, аж до точки плавлення, цинк знову стає крихким - відбувається чергова перебудова його кристалічної структури.

Листовий цинк широко застосовують у виробництві гальванічних елементів. Перший “вольтовий стовп” складався з кружечків цинку та міді. І в сучасних хімічних джерелах струму негативний електрод найчастіше виготовляється з цинку.

Значна роль цього елемента у поліграфії. З цинку роблять кліше, що дозволяють відтворити у друку малюнки та фотографії. Спеціально приготовлений та оброблений друкарський цинк сприймає фотозображення. Це зображення у потрібних місцях захищають фарбою, і майбутнє кліше протруюють кислотою. Зображення набуває рельєфності, досвідчені гравери підчищають його, роблять відбитки, а потім ці кліше йдуть у друкарські машини.

До поліграфічного цинку пред'являють особливі вимоги: насамперед він повинен мати дрібнокристалічну структуру, особливо на поверхні зливка. Тому цинк, призначений для поліграфії, завжди відливають у закриті форми. Для «вирівнювання» структури застосовують відпал при 375 С з подальшим повільним охолодженням і гарячою прокаткою. Суворо лімітують і присутність у такому металі домішок, особливо свинцю. Якщо його багато, то не можна буде витравити кліше так, як це потрібно. Якщо ж свинцю менше 0,4%, то важко отримати потрібну дрібнокристалічну структуру. Ось по цій кромці і «ходять» металурги, прагнучи задовольнити запити поліграфії.

Знаходження у природі

У природі цинк перебуває лише як сполук.

СФАЛЕРИТ(цинкова обманка, ZnS) має вигляд кубічних жовтих чи коричневих кристалів; щільність 3,9-4,2 г/см 3 твердість 3-4 за шкалою Мооса. Як домішки містить кадмій, індій, галій, марганець, ртуть, германій, залізо, мідь, олово, свинець.

У кристалічній решітці сфалериту атоми цинку чергуються з атомами сірки і навпаки. Атоми сірки у ґратах утворюють кубічну упаковку. Атом цинку міститься у цих тетраедричних порожнинах.

Вюртцит(ZnS) є коричнево-чорними гексагональними кристалами, щільністю 3,98 г/см 3 і твердістю 3,5-4 за шкалою Мооса. Зазвичай містить цинку більше, ніж сфалерит. У ґратах вюртциту кожен атом цинку тетраедрично оточений чотирма атомами сірки і навпаки. Розташування шарів вюртциту відрізняється від розташування шарів сфалериту.

ЗМІТСОНІТ (цинковий шпат, ZnCO 3) зустрічається у вигляді білих (зелених, сірих, коричневих залежно від домішок) тригональних кристалів щільністю 4,3-4,5 г/см 3 та твердістю 5 за шкалою Моосу.

Каламіна (Zn 2 SiO 4 *H 2 O*ZnCO 3 або Zn 4 (OH) 4 *H 2 O*ZnCO 3) являє собою суміш карбонату та силікату цинку; утворює білі (зелені, сині, жовті, коричневі залежно від домішок) ромбічні кристали щільністю 3,4-3,5 г/см 3 та твердістю 4,5-5 за шкалою Моосу.

ВІЛЛЕМІТ(Zn 2 SiO 4) залягає у вигляді безбарвних або жовто-коричневих ромбоедричних кристалів щільністю 3,89-4,18 г/см 3 та твердістю 5-5,5 за шкалою Моосу.

ЦИНКІТ(Zn O) – гексагональні кристали жовтого, оранжевого або червоного кольору з ґратами типу вюртциту та твердістю 4-4,5 за шкалою Мооса.

ГАНІТЬ (Zn) має вигляд темно-зелених кристалів щільністю 4-4,6 г/см 3 та твердістю 7,5-8 за шкалою Мооса.

Крім наведених, відомі інші мінерали цинку:

монгейміт (Zn, Fe)CO 3

гідроцикіт ZnCO 3 *2Zn(OH) 2

трустит (Zn, Mn)SiO 4

гетероліт Zn

франклініт (Zn, Mn)

халькофаніт (Mn, Zn) Mn 2 O 5 *2H 2 O

госларит ZnSO 4 *7H 2 O

цинкхальканіт (Zn, Cu)SO 4 *5H 2 O

адамін 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

гопеїт Zn 3 (PO 4)*4H 2 O

Фізичні властивості

Цинк являє собою синювато – білий метал середньої твердості, що плавиться при 419 С, а при 913 З перетворюється на пару; щільність його дорівнює 7,14 г/см3. При звичайній температурі цинк досить тендітний, але при 100-110С він добре гнеться і прокочується в листи. На повітрі покривається захисною плівкою.

Хімічні властивості

На повітрі за температури до 100°С Цинк швидко тьмяніє, покриваючись поверхневою плівкою основних карбонатів. У вологому повітрі, особливо у присутності СО 2 відбувається руйнування металу навіть при звичайних температурах. При сильному нагріванні на повітрі чи кисні Цинк інтенсивно згоряє блакитним полум'ям із заснуванням білого диму оксиду цинку ZnO. Сухі фтор, хлор і бром не взаємодіють із Цинком на холоді, але у присутності парів води метал може спалахнути, утворюючи, наприклад, ZnCl 2 . Нагріта суміш Цинкового порошку з сіркою дає сульфід Цинк ZnS. Сильні мінеральні кислоти енергійно розчиняють Цинк, особливо під час нагрівання, з утворенням відповідних солей. При взаємодії з розведеною НCl і H 2 SO 4 виділяється Н 2 , а з НNО 3 - крім того NO, NO 2 , NH 3 . З концентрованою НCl, H 2 SO 4 та HNO 3 Цинк реагує, виділяючи відповідно Н 2 , SO 2 , NO та NO 2 . Розчини та розплави лугів окислюють Цинк з виділенням Н 2 та утворенням розчинних у воді цинкітів. Інтенсивність дії кислот та лугів на Цинк залежить від наявності у ньому домішок. Чистий Цинк менш реакційноздатний по відношенню до цих реагентів через високу перенапругу на ньому водню. У воді солі Цинки при нагріванні гідролізуються, виділяючи білий осад гідрооксиду Zn(OH) 2 . Відомі комплексні сполуки, що містять Цинк, наприклад, SO 4 та інші.

Цинк є досить активним металом.

Він легко взаємодіє з киснем, галогенами, сіркою та фосфором:

2 Zn + О 2 = 2 ZnО (оксид цинку);

Zn + Сl 2 = ZnСl 2 (хлорид цинку);

Zn + S = ZnS (сульфід цинку);

3 Zn + 2 Р = Zn 3 Р 2 (фосфід цинку).

При нагріванні взаємодіє з аміаком, внаслідок чого утворюється нітрид цинку:

3 Zn + 2 NН 3 = Zn 2 N 3 + 3 Н 2

а також з водою:

Zn + Н 2 О = ZnО + Н 2

та сірководнем:

Zn+Н2S=ZnS+Н2.

сульфід, що утворюється на поверхні цинку, захищає його від подальшої взаємодії з сірководнем.

Цинк добре розчинний у кислотах та лугах:

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.

На відміну від алюмінію цинк розчиняється у водному розчині аміаку, тому що утворює добре розчинний аміакат:

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

Цинк витісняє менш активні метали із розчинів їх солей.

СuSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Сu;

СdSO4+Zn=ZnSO4+Сd.

Одержання металевого цинку

Цинк видобувають із концентратів сфалериту, смітсоніту та каламіну.

Сульфідні поліметалічні руди, які містять пірит Fe 2 S, галеніт PbS,

халькопірит CuFeS 2 і в меншій кількості сфалерит після подрібнення та розмелювання піддають збагаченню сфалеритом методом селективної флотації. Якщо руда містить магнетит, то його видалення використовують магнітний метод.

При прожарюванні (700) концентратів сульфіду цинку у спеціальних печах утворюється ZnO, який служить для отримання металевого цинку.

2ZnS+3O 2 =2ZnO+2SO 2 +221 ккал

Для перетворення ZnS на ZnO подрібнені концентрати сфалериту попередньо нагрівають у спеціальних печах гарячим повітрям

Окис цинку також отримують прожарюванням смітсоніту при 300.

Металевий цинк одержують шляхом відновлення окису цинку вуглецем

ZnO+CZn+CO-57 ккал

воднем

ZnO+H 2 Zn+H 2 O

феросиліцієм

ZnO+FeSi2Zn+Fe+SiO 2

2ZnO+CH 4 2Zn+H 2 O+C

окисом вуглецю

ZnO+COZn+CO 2

карбідом кальцію

ZnO+CaC 2 Zn+CaS+C

Металевий цинк також можна отримати сильним нагріванням ZnS із залізом, з вуглецем у присутності CaO, з карбідом кальцію

ZnS+CaC 2 Zn+CaS+C

ZnS+Fe2Zn+FeS

2ZnS+2CaO+7CZn+2CaC 2 +2CO+CS 2

Металургійний процес одержання металевого цинку, що застосовується у промисловому масштабі, полягає у відновленні ZnO вуглецем при нагріванні. В результаті цього процесу ZnO відновлюється не повністю, втрачається кілька цинку, що йде на освіту Zn, і отримують забруднений цинк.

Застосування та значення для здоров'я людини

Основна частина виробленого цинку витрачається виготовлення антикорозійних покриттів заліза і сталі. Цинк застосовують в акумуляторах та сухих елементах живлення. Листовий цинк використовують у друкарській справі. Сплави цинку (латунь, нейзильбер та інші) використовуються в техніці. ZnO служить пігментом у цинкових білилах. Сполуки цинку є напівпровідниками. Розчином хлориду цинку ZnCl 2 просочують залізничні шпали, оберігаючи їх від гниття.

Значення цинку для людини визначається тим, що вона входить до складу всіх існуючих ферментних систем організму і є компонентом понад 300 металоферментів, що беруть участь в обміні білків, жирів, вуглеводів та нуклеїнових кислот. Цинк бере участь у зростанні, розподілі та диференціювання клітин, що обумовлено його впливом на білковий, нуклеїновий обмін, роботу генетичного апарату клітини. Цинк входить до складу кісткової лужної фосфатази та пов'язаний з кальцифікацією скелета, формуванням гідроксіапатиту, що визначає його роль у дозріванні кісткової системи. Цинк важливий для реалізації лінійного зростання людини як внутрішньоутробно, і постнатально. Відзначається висока активність цинку у процесі регенерації тканин після поранень та опіків. Доведено унікальну роль цинку для розвитку та діяльності центральної нервової системи та поведінки. У експерименті показано, що з дефіциті цинку повільніше виробляються умовні рефлекси, знижується здатність до навчання. Вважається, що в умовах дефіциту цинку змінюється ядерно-цитоплазматичне співвідношення клітин мозку, затримується розвиток мозку, структурне дозрівання мозочка. Дефіцит цинку найбільш небезпечний у критичні періоди розвитку мозку (антенатальний етап, вік від народження до трьох років). На фоні дефіциту цинку може помітно порушуватися смак, нюх. Важко перебільшити роль цинку у роботі зорового аналізатора, оскільки цинк разом із вітаміном А сприяє утворенню зорового ферменту родопсина.

Мої дослідження

В умовах кабінету хімії ППТ ми провели дослідження Цинку та його властивостей.

Цинк - це метал сріблястого кольору, м'який та ковкий. Цинк є активним металом. Нам вдалося спостерігати взаємодії цинку з такими речовинами:

1. Дія води на цинк:

Zn+H2O=ZnO+H2

Висновок: оскільки цинк є активним металом, цинк взаємодіє з водою з утворенням оксидної плівки. Ця оксидна плівка захищає цинк від руйнування. Ця властивість цинку знайшла застосування створення цинкових покриттів на виробах.

2. Дія сірчаної кислоти на цинк:

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2

Висновок: Цинк взаємодіє із сірчаною кислотою з виділенням водню.

3. Дія сульфату міді (II) на цинк:

Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu

Висновок: оскільки цинк більш активний метал ніж мідь, він витісняє мідь з розчину сульфату меди2, у своїй чиста мідь відновлюється

Корозії металів

Назва досвіду	досвіду	Спостереження	Рівняння реакцій	Висновок
1. Дослідження умов середовища, що прискорюють процес корозії. Взаємодія цинку з водою	До цинку долили воду	Реакція протікає спокійно. Виділяється водень	Zn+H2O=ZnO+H2	Довели, що цинк провзаємодіяв із водою з утворенням оксидної плівки
2. Дія цинку із сірчаною кислотою		Відбувається виділення Н2		Довели, що цинк провзаємодіяв із сірчаною кислотою
3. Взаємодія цинку із сірчаною кислотою у присутності мідного купоросу		Активне виділення Н2	Zn+H2SO4=ZnSO4+H2	Довели, що цинк бурхливо реагує із сірчаною кислотою у присутності мідного купоросу
4. Взаємодія цинку із сірчаною кислотою у присутності міді		Активне виділення Н2	Zn+H2SO4=ZnSO4+H2 Властивості свинець – малоактивний метал: ... Якщо загальмувати реакцію, обернувши цинкфільтрувальним папером, виростають більше... Властивостіметалів Реферат >> Промисловiсть, виробництво Гнучкість. Пружністю металу називається його властивістьвідновлювати свою форму після припинення... Мідь Нікель Олово Свинець Хром Цинк 2,7 19,3 7,87 8,9 1,74 7,44 ... також для отримання підшипникових сплавів. Цинк- При нормальній температурі крихкий, при... Властивостіта отримання цинку Реферат >> Хімія І хімічні властивостіцинку Фізичні властивостіЦинки. Цинк- метал середньої... Цинкдіамагнітний, йогопитома магнітна сприйнятливість -0,175 · 10-6. Хімічні властивості ... властивості його цинк ... Цинкта досліди з ним Реферат >> Хімія Досягали мети; щоб відновити цинк, йоготреба швидко нагріти до температури ... У 1637 метод виплавки цинку і його властивостіописуються в китайській книзі “Цієн конг... властивостіцинку сильно позначається ступінь йогочистоти. При 99,9 та 99,99% чистоти цинк ...

Цинк або Zincum є 30 елементом періодичної системи хімічних елементів Менделєєва та позначається символом Zn. В основному він використовується при створенні деформованих напівфабрикатів та у складі різноманітних сумішей. У чистому вигляді виглядає як тендітний метал голубувато-сріблястого кольору, швидко окислюється і покривається захисною плівкою (оксидом), через яку помітно тьмяніє.

Добувають його в Казахстані, Австралії, Ірані та Болівії. Через складнощі у визначенні металу його часто називають «обманкою».

Історична довідка

Сама назва «цинк» вперше була згадана у книзі «Liber Mineralium» Парацельса. За деякими даними, воно означало «зубець». Сплав цинку з міддю чи латунь відомий давно. Його застосовували в Стародавній Греції, Індії та Стародавньому Єгипті, пізніше матеріал став відомий у Китаї.

У чистому вигляді метал вдалося отримати лише першій половині XVIII століття 1738 року у Великобританії з допомогою дистиляційного методу. Його відкривачем став Вільям Чемпіон. Промислове виробництво почалося через 5 років, а в 1746 році в Німеччині хімік Андреас Сигізмунд Маргграф розробив та в деталях описав власний спосіб одержання цинку. Він пропонував використовувати метод прожарювання суміші окису метал з вугіллям у вогнетривких ретортах із глини без доступу повітря. Наступна конденсація пари повинна була проходити в холодильнику. Через докладного описуі кропітких розробок Маргграф часто називають першовідкривачем речовини.

На початку XIX століття був знайдений спосіб виділення металу шляхом прокатки при 100 о -150 о. На початку наступного століття навчилися добувати цинк електролітичним способом. У Росії її перший метал отримали лише 1905 року.

Фізичні властивості

• Атомний номер: 30.
• Атомна маса: 65,37.
• Атомний об'єм: 9,15
• Щільність: 7,133 г/см3.
• Температура, необхідна для плавлення: 419,5 о.
• Температура кипіння: 906 о.
• Поверхнева енергія: 105 мДж/м2.
• Питома електропровідність: 16,2 * 10-6 див/м.
• Молярна теплоємність: 25,4 Дж/(К*моль).
• Молярний об'єм: 9,2 см3/моль.

Цинк має слабкі механічні властивості, при нормальній температурі легко ламається і кришиться, але при температурі 100 °C -150 °Cстає досить тягучим і легко піддається деформації: кується, розкочується в листи. Проста вода для металу безпечна, а кислоти та луги легко роз'їдають. Через це цинк у чистому вигляді для виготовлення деталей не застосовують лише сплави.

Хімічні властивості

Зовнішню електронну конфігурацію одного атома цинку можна записати як 3 d 10 4 s 2 . Метал активний і є енергійним відновником. При температурі 100 C на відкритому повітрі покривається плівкою, що складається з основних карбонатів, і сильно тьмяніє. При дії вуглекислого газу та підвищеної вологості елемент починає руйнуватися. У кисневому або звичайному середовищі при сильному нагріванні цинк згорає, утворюючи блакитне полум'я та білий дим, що складається з оксиду цинку. Вогненебезпечно впливають на цинк сухі елементи фтору, брому та хлору, але лише за участю парів води.

При з'єднанні металу та сильних мінеральних кислот перший розчиняється, особливо якщо суміші нагріти, в результаті утворюються відповідні солі. Луги, розплави та розчини окислюють речовину, у результаті утворюються цинкіти, розчинні у воді, та виділяється водень. Інтенсивність впливу кислот та лугів залежить від наявності в цинку домішок. Чим «чистіший» метал, тим слабше він взаємодіє через перенапруження водню.

Як самостійний елемент цинк у природі не зустрічається. Його можна видобути з 66 мінералів, серед яких сфалерит, каламін, франклініт, цинкіт, віллеміт, смітсоніт. Перше є найпоширенішим джерелом металу, його часто називають «цинковою обманкою». Він складається з сульфіду цинку та домішок, які надають мінералу різноманітних кольорів. Це ускладнює його пошук та правильне визначення.

Визначити цинк можна в кислих і вивержених породах - в останніх його трохи більше. Часто метал у вигляді сульфіду разом із свинцем зустрічається у термальних водах, мігрує у поверхневих та підземних джерелах

Температура, необхідна для плавлення цинку, повинна бути менше 419 о, але і не більше 480 о. Інакше зросте чад металу і підвищиться зношування стінок ванни, яку стандартно виробляють із заліза. У розплавленому стані допускається трохи більше 0,05% домішки заліза, інакше температура, необхідна під час плавлення, почне підвищуватися. Якщо відсоток вмісту заліза перевищуватиме 0,2%, цинк не можна буде піддавати прокатці.

Цинк отримують з поліметалевих руд, у яких може утримуватися до 4% елемента. Якщо руди були збагачені селективною флотацією, їх можна отримати до 60% цинкових концентратів, решта буде зайнято концентратами інших металів. Цинкові концентрати обпалюють у печах у киплячому шарі, після чого сульфід цинку переходить в оксид, і виділяється сірчистий газ. Останній йде у витрату: з нього одержують сірчану кислоту.

Щоб перевести оксид цинку в сам метал використовують два способи.

1. Дистиляційний або пірометалургійний. Концентрат обпалюють, потім піддають спіканню, щоб надати газопроникності та зернистості і відновлюють за допомогою коксу або вугілля при дії температури 1200-1300 C о. Під час реакції утворюються пари металу, який конденсують та розливають у виливниці. Чистота цинку досягає 98,7%, після чого можна підвищити її до 99,995% за допомогою ректифікації, але останній спосіб досить дорогий і складний.
2. Електролітичний чи гідрометалургійний. Обпалені концентрати обробляють сірчаною кислотою, розчин очищають від домішок за допомогою цинкового пилу і електролізу у викладених зсередини свинцем або вініпластом ваннах. Цинк осідає на алюмінієвих катодах, звідки збирають і плавлять в індукційних печах. Чистота металу, одержаного цим способом, досягає 99,95%.

Для посилення міцності та підвищення температури плавлення метал змішують з міддю, алюмінієм, оловом, магнієм та свинцем.

Найвідомішим і затребуваним металом є латунь. Це суміш міді з додаванням цинку, іноді зустрічаються олово, нікель, марганець, залізо, свинець. Щільність латуні досягає 8700 кг/м3.. Температура, потрібна для плавлення, тримається на позначці 880 C про - 950 C про: що більше у ній вміст цинку, то вона нижче. Сплав добре пручається несприятливій зовнішньому середовищі, хоч і чорніє на повітрі, якщо не вкрита лаком, чудово полірується та зварюється контактним зварюванням.

Існує два види латуні:

1. Альфа-латунь: пластичніша, добре гнеться в будь-якому стані, але сильніше зношується.
2. Альфа+бета-латунь: деформується лише при нагріванні, при цьому більш зносостійка. Часто сплавляють з магнієм, алюмінієм, свинцем та залізом. Це дозволяє збільшити міцність, але зменшує пластичність.

Сплав Zamak або Zamac складається з цинку, алюмінію, міді та магнію. Сама назва утворена з перших букв латинських назв: Zink – Aluminium – Magnesium – Kupfer / Cuprum (Цинк-Алюміній-Магній-Медь). У СРСР метал був відомий як ЦАМ: Цинк-Алюміній-Медь. Активно застосовується в лиття під тиском, плавлення починається при низькій температурі (381 ° C - 387 ° C) і має низький коефіцієнт тертя (0,07). Має підвищену міцність, що дозволяє отримувати вироби складної форми, які не бояться зламатися: дверні ручки, ключки для гольфу, затвори вогнепальної зброї, будівельну фурнітуру, застібки різних видівта рибальські снасті.

Невеликий відсоток цинку (не більше 0,01%) міститься в гартових сплавах, які застосовуються в поліграфії для виливки друкарських шрифтів та лінійок, друкованих формта машинного набору. Це застарілі суміші, на місце яких прийшов чистий цинк із невеликим додаванням домішок.

Невисока температура, яка потрібна для плавлення цинку, часто компенсується за рахунок сплавів з іншими металами, але буває навпаки. Якщо температура, необхідна для плавлення «чистого» металу, становить 419,5 C про, то сплав з оловом знижується до 199 о, а з оловом і свинцем - до 150 о. І хоча такі сплави можна паяти і варити, найчастіше суміші з цинком застосовують тільки для закладення наявних дефектів через їх слабку міцність. Наприклад, сплав олова, свинцю та цинку рекомендується застосовувати лише на нікельованих виробах.

Найчастіше цинкові сплави застосовують для створення карбюраторів, рам спідометрів, решіток радіатора, гідравлічних гальм, насосів і декоративних елементів, деталей для пральних машин, міксерів і кухонного обладнання, годинникових корпусів, пишучих машинок, касових апаратіві побутової техніки. Ці деталі не можна застосовувати у промисловому виробництві: при підвищенні температури до 100 °C міцність виробу знижується на третину, а твердість - майже на 40%. При зниженні температури до 0 °C цинк стає дуже крихким, що може призвести до поломки.

Застосування

Цинк є одним із найбільш затребуваних металів у світі: він знаходиться на третьому місці за обсягом видобутку серед кольорових металів, поступаючись лише міді та алюмінію. Цьому сприяє його невисока ціна. Найчастіше його застосовують для захисту від корозіїі як частина сплаву, наприклад, латуні.

У живих організмах

У тілі людини міститься близько 2 грамів цинкублизько 400 ферментів містять його. До останніх відносяться ферменти, що каталізують гідроліз білків, складних ефірів та лептидів, полімеризацію РНК та ДНК, утворення альдегідів. Чистий елемент міститься в м'язах, підшлунковій залозі та печінці. На день чоловікам потрібно 11 мг цинку, жінкам – 8 мг.

В організмі цинк виконує такі функції:

При нестачі елемента в організмі спостерігається швидка стомлюваність, дратівливість, втрата пам'яті, зниження зору та ваги без об'єктивної причини, напади алергії, депресивний стан Відбувається зниження рівня інсуліну та накопичення у тілі деяких елементів: заліза, свинцю, міді, кадмію.

У продуктах харчування

Елемент є в м'ясі, сирі, кунжуті, устрицях, шоколаді, бобових, вівсянці, соняшниковому та гарбузовому насінні, часто присутній у мінеральній воді. Найбільший відсоток цинкуміститься в наступних продуктах (з розрахунку на 100 г):

1. Устриці (до 40 мг), анчоуси (1,72 мг), восьминіг (1,68 мг), короп (1,48 мг), ікра (до 1 мг), оселедець (близько 1 мг).
2. Гарбузове насіння (10 мг), кунжут (7 мг), соняшникове насіння (5,3 мг), арахіс (4 мг), волоські горіхи (3 мг), мигдаль (3 мг).
3. Яловичина (до 8,4 мг), баранина (до 6 мг), яловича печінка (4 мг), свинина (до 3,5 мг), курка (до 3,5 мг).
4. Какао-порошок без цукру та підсолоджувачів (6,81 мг), чистий гіркий шоколад (2,3 мг), шоколадні цукерки (до 2 мг залежно від кількості та виду шоколаду).
5. Сочевиця (4,78 мг), овес (3,97 мг), пшениця (3,46 мг), соєві боби (3 мг), жито (2,65 мг), хліб (до 1,5 мг), зелений горошок (1,24 мг), горох (1,2 мг), паростки бамбука (1,1 мг), рис (1 мг), злакове печиво (до 1 мг).
6. Твердий сир (до 4 мг).

Небезпека для людини

Отруєння цинком зазвичай відбувається при тривалому вдиханні його пари. Першими ознаками є сильна спрага, втрата апетиту, солодкуватий присмак у роті. Нерідко з'являється втома, сонливість, сухий кашель, почуття розбитості, біль у грудній клітці. Тривалий вплив може призвести до безпліддя, недокрів'я, затримки у розвиток. У побуті небезпеку становить оцинкований посуд, у якому довго зберігається їжа.

Цинк – тендітний метал білого кольору з блакитним відтінком. На повітрі покривається тонкою оксидною плівкою. Латунь (мідно-цинковий сплав) використовували ще до нашої ери у Стародавній Греції та Стародавньому Єгипті. На сьогоднішній день цинк - одна з найважливіших для багатьох галузей людської діяльності. Він незамінний у промисловості, медицині. Важливий для нормального функціонування організму людини

Хімічні та фізичні властивості та історія металу

Незважаючи на використання з давніх часів з різною метою, чистий цинк отримати ніяк не вдавалося. Тільки на початку вісімнадцятого століттяВільям Чемпіон зумів відкрити спосіб виділення цього елемента з руди за допомогою дистиляції. В 1838 він запатентував своє відкриття, а через 5 років, в 1843, Вільямом Чемпіоном був запущений перший в історії завод з виплавки цього металу. Через деякий час Андреас Сигізмунд Маргграф відкрив ще один метод. Цей спосіб був визнаний досконалішим. Тому саме Маргграф часто вважають відкривачем чистого цинку. Наступні відкриття лише сприяли розширенню його популярності.

Родовища та отримання

Самородного цинку у природі немає. Сьогодні використовують близько 70 мінералів, з яких його виплавляють. Найвідоміший – сфалерит (цинкова обманка), який міститься у незначних кількостях в організмі людини та тварин, а також у деяких рослинах. Найбільше – у фіалці.

Цинкові мінерали видобувають у Казахстані, Болівії, Австралії, Ірані, Росії. Лідери з виробництва – Китай, Австралія, Перу, США, Канада, Мексика, Ірландія, Індія.

На сьогоднішній день найпопулярніший метод отримання чистого металу – електролітичний. Чистота металу майже стовідсоткова (можливі лише невеликі домішки в обсязі не більше кількох сотих відсотка. Загалом вони незначні, тому такий цинк вважається чистим).

Загальне виробництво цинку у всьому світі оцінюється приблизно більш ніж у десять мільйонів тонн на рік.

Властивості металу та використання у виробництві

Колір чистого металу – сріблясто-білий. Досить крихкий при температурі двадцять-двадцять п'ять градусів (тобто кімнатної), особливо якщо містить домішки. При нагріванні до 100 – 150 градусів за Цельсієм метал стає пластичним та ковким. При розігріванні вище ста-сто п'ятдесят градусів крихкість знову повертається.

• Температура плавлення цинку – 907 градусів за Цельсієм.
• Відносна атомна маса цинку – 65,38 а. е. м. ± 0,002 а. е. м.
• Щільність цинку - 7,14 г/см3.

Метал цинк посідає четверте місцез використання у різних сферах виробництва:

Вміст в організмі людини та продуктах харчування

Організм людини зазвичай містить близько двох грамів цинку. Багато ферментів містять у собі цей метал. Елемент відіграє роль у синтезі важливих гормонів, таких як тестостерон та інсулін. Елемент вкрай необхідний повноцінного функціонування чоловічих статевих органів. До речі, він навіть допомагає нам впоратися із сильним похміллям. З його допомогою виводиться із нашого організму зайвий алкоголь.

Нестача цинку в раціоні може призвести до багатьох порушень функцій організму. Такі люди схильні до депресії, постійної втоми, нервозності. Денна норма для дорослого чоловіка – 11 міліграмів на день, для жінки – 8 міліграм.

Надлишок елемента в організмі людини також призводить до серйозних проблем, тому не варто зберігати продукти в цинковому посуді.

Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче

Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.

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

• Вступ
• Трішки історії
• Знаходження в природі, тварин та людині
• Фізичні властивості
• Одержання металевого цинку
• Застосування
• Хімічні властивості
• З'єднання цинку
• Сплави
• Методи цинкування
• Комплексні сполуки цинку
• Цинк проти раку
• Біологічна роль цинку у життєдіяльності людського та тваринного організмів
• Препарати цинку у пульмонології
• Висновок
• Список літератури

Вступ

Z=30

атомна вага = 65,37

валентність II

заряд 2+

масові числа основних природних ізотопів: 64, 66, 68, 67, 70

електронна структура атома цинку: KLM 4s 2

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

Цинк знаходиться у побічній підгрупі ІІ групи Періодичної системи Д.І. Менделєєва. Його порядковий номер 30. Розподіл електронів за рівнями в атомі є наступним: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 . Максимальна заповненість d-шару, високе значення третього потенціалу іонізації зумовлюють постійну валентність цинку, що дорівнює двом.

У підгрупі цинку ми зустрічаємося з оригінальними поєднаннями властивостей перехідних і не перехідних елементів. З одного боку, оскільки цинк не виявляє змінної валентностіі не утворює з'єднань із незаповненим d шаром, його слід віднести до перехідних елементів. Про це говорять деякі фізичні властивості цинку (низька температура плавлення, м'якість, висока електропозитивність). Відсутність здатності до утворення карбонілів, комплексів з олефінами, відсутність стабілізації полем лігандів також змушують віднести його до перехідних елементів, якщо врахувати його схильність до реакцій комплексоутворення, особливо з аміаком, амінами, а також з галогенід-, ціанід-, роданід-іонами. Дифузійний характер d-орбіталей робить цинк легко деформованим і сприяє утворенню міцних ковалентних комплексів з лігандами, що поляризуються. Метал має кристалічну структуру: щільна гексагональна упаковка.

Трішки історії

Латунь – сплав міді з цинком – була відома ще до нашої ери, але металевого цинку тоді ще не знали. Виробництво латуні в стародавньому світісходить, мабуть, до II в. до н.е.; у Європі (у Франції) воно почалося близько 1400р. Припускають, що виробництво металевого цинку зародилося Індії близько XII в.; до Європи у XVI – XVIII ст. ввозили індійський та китайський цинк під назвою «калаєм». У 1721р. саксонський металург Генкель докладно описав цинк його деякі мінерали та сполуки. У 1746 р. німецький хімік А.С. Маркграф розробив спосіб отримання цинку прожарюванням суміші його оксиду з вугіллям без доступу повітря в глиняних вогнетривких ретортах з подальшою конденсацією парів цинку в умовах охолодження.

Про походження слова «цинк» є кілька припущень. Одне з них – від німецької Zinn- "олово", на яке цинк дещо схожий.

Знаходження в природі, тварин та людині

У природі цинк знаходиться тільки у вигляді сполук:

СФАЛЕРИТ (Цинкова обманка, ZnS) має вигляд кубічних жовтих або коричневих кристалів. Як домішки містить кадмій, індій, галій, марганець, ртуть, германій, залізо, мідь, олово, свинець.

У кристалічній решітці сфалериту атоми цинку чергуються з атомами сірки і навпаки. Атоми сірки у ґратах утворюють кубічну упаковку. Атом цинку міститься у цих тетраедричних порожнинах. Сфалерит або цинкова обманка ZnS, найпоширеніший у природі мінерал. Різноманітні домішки надають цій речовині всілякі кольори. Очевидно, за це мінерал і називають обманкою. Цинкову обманку вважають первинним мінералом, з якого утворилися інші мінерали цього елемента: смітсоніт ZnCO3, цинкіт ZnO, каламін 2ZnO*SiO2*H2O. На Алтаї нерідко можна зустріти смугасту бурундучну руду - суміш цинкової обманки і бурого шпату. Шматок такої руди здалеку справді схожий на смугастого звірка, що причаївся. Сульфід цинку використовують для покриття екранів телевізорів і рентгенівських апаратів, що світяться. Під дією короткохвильового випромінювання або електронного променя сірчистий цинк набуває здатності світитися, причому ця здатність зберігається після того, як припинилося опромінення.

ZnS кристалізується у двох модифікаціях: гексагональної щільності 3,98-4,08, показник заломлення 2,356 і кубічної щільності 4.098, показник заломлення 2,654.При звичайному тиску не плавитися, але плавитися з іншими сульфідами з утворенням легкоплавких шт. Під тиском 150 атм. плавиться за 1850С. При нагріванні до 1185С відганяється. При дії на розчини солей цинку сірководнем утворюється білий осад сульфіду цинку:

ZnCl 2 + H 2 S = ZnS(т) + 2HCl

Сульфід досить легко утворює колоїдні розчини. Свіжоосаджений сульфід добре розчиняється в сильних кислотах, не розчиняється в оцтовій кислоті, лугах і аміаку. Розчинність у воді приблизно 7*10 -6 моль/р.

Вюртцит (ZnS) є коричнево-чорними гексагональними кристалами, щільністю 3,98 г/см 3 і твердістю 3,5-4 за шкалою Мооса. Зазвичай містить цинку більше, ніж сфалерит. У ґратах вюртциту кожен атом цинку тетраедрично оточений чотирма атомами сірки і навпаки. Розташування шарів вюртциту відрізняється від розташування шарів сфалериту.

ЗМІТСОНІТ (цинковий шпат, ZnCO 3) зустрічається у вигляді білих (зелених, сірих, коричневих залежно від домішок) тригональних кристалів щільністю 4,3-4,5 г/см 3 та твердістю 5 за шкалою Моосу. Зустрічається у природі у вигляді галмею або цинкового шпату. Чистий білий карбонат. Його отримують дією розчину гідрокарбонату натрію, насиченого двоокисом вуглецю, на розчин солі цинку або при пропущенні 2 через розчин, що містить зважений гідроксид цинку:

ZnO + CO2 = ZnCO3

У сухому стані цинку карбонат розкладається при нагріванні до 150С з виділенням вуглекислого газу. У воді карбонат практично не розчиняється, але поступово гідролізується, не розчиняється з утворенням основного карбонату. Склад осаду змінюється в залежності від умови, наближаючись до формули

2ZnCO 3 *3Zn(OH) 2

Каламіна (Zn 2 SiO 4 *H 2 O*ZnCO 3 або Zn 4 (OH) 4 *H 2 O*ZnCO 3) являє собою суміш карбонату та силікату цинку; утворює білі (зелені, сині, жовті, коричневі залежно від домішок) ромбічні кристали щільністю 3,4-3,5 г/см 3 та твердістю 4,5-5 за шкалою Моосу.

ВІЛЛЕМІТ (Zn 2 SiO 4) залягає у вигляді безбарвних або жовто-коричневих ромбоедричних кристалів.

ЦИНКІТ (ZnO) - гексагональні кристали жовтого, оранжевого або червоного кольору з ґратами типу вюртциту. Ще за перших спробах виплавити цинк із руди у середньовічних хіміків виходив білий наліт, який у книгах на той час називали двояко: або “білим снігом” (nix alba), або “філософської вовною” (lana philosophica). Неважко здогадатися, що це був окис цинку ZnO – речовина, яка є у оселі кожного міського мешканця наших днів.

Цей «сніг», будучи замішаним на оліфі, перетворюється на цинкові білила – найпоширеніші з усіх білил. Окис цинку потрібний не тільки для малярських справ, нею широко користуються багато галузей промисловості. Скляна - для отримання молочного скла та (у малих дозах) для збільшення термостійкості звичайного скла. У гумовій промисловості та виробництві лінолеуму окис цинку використовують як наповнювач. Відома цинкова мазь насправді не цинкова, а оксидоцинкова. Препарати на основі ZnO є ефективними при шкірних захворюваннях.

Нарешті, з кристалічним окисом цинку пов'язана одна з найбільших наукових сенсацій 20-х років ХХ століття. У 1924 році один із радіоаматорів міста Томська встановив рекорд дальності прийому.

Детекторним приймачем він у Сибіру приймав передачі радіостанцій Франції та Німеччини, причому чутність була виразнішою, ніж у власників однолампових приймачів.

Як це могло статися? Справа в тому, що детекторний приймач томського аматора був змонтований за схемою працівника нижегородської радіолабораторії О.В. Лосєва.

Справа в тому, що Лосєв включив у схему кристал окису цинку. Це помітно покращило чутливість апарату до слабким сигналам. Ось що йшлося у редакційній статті американського журналу «Radio-News», цілком присвяченій роботі нижегородського винахідника: «Винахід О.В. Лосєва з Державної радіоелектричної лабораторії в Росії робить епоху, і тепер кристал замінить лампу!

Автор статті виявився провидцем: кристал справді замінив лампу; щоправда, це лосевський кристал окису цинку, а кристали інших речовин.

ZnO утворюється при згорянні металу на повітрі, утворюється при прожарюванні гідрооксиду цинку, основного карбонату або нітрату цинку. При звичайній температурі безбарвна, при нагріванні жовтіє, за дуже високої температури сублімується. Кристалізується в гексагональній сингонії, показник заломлення 2,008. У воді оксид цинку практично нерозчинна, її розчинність 3 мг/л. Легко розчиняється в кислотах з утворенням відповідних солей, розчиняється також у надлишку лугів аміаку; має напівпровідникові люмінесцентні та фотохімічні властивості.

Zn(т) + 1/2O 2 = ZnO

ГАНІТЬ (Zn) має вигляд темно-зелених кристалів.

ХЛОРИД ЦИНКУ (МОНГЕЙМІТ) ) ZnCl 2 найбільш вивчений з галогенідів, виходить розчиненням цинкової обманки, окису цинку або металевого цинку в соляній кислоті:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 (ж) + H 2

Безводний хлорид є білим зернистим порошком, що складається з кристалів, легко плавиться і при швидкому охолодженні застигає у вигляді прозорої маси, схожої на фарфор. Розплавлений хлорид цинку досить добре проводить електричний струм. Хлорид кристалізується без води за температури вище 20С. У воді хлорид цинку розчиняється із виділенням великої кількості теплоти. У розведених розчинах хлорид цинку добре дисоціює на іони. Ковалентний характер зв'язку в хлориді цинку в хорошій розчинності його в метиловому та етиловому спиртах, ацетоні, гліцерині та ін. кисневмісних розчинниках.

Крім наведених, відомі інші мінерали цинку:

монгейміт (Zn, Fe)CO 3

гідроцикіт ZnCO 3 *2Zn(OH) 2

трусить(Zn, Mn)SiO 4

гетероліт Zn

франклініт(Zn, Mn)

халькофаніт(Mn, Zn) Mn 2 O 5 * 2H 2 O

госларит ZnSO 4 *7H 2 O

цинкхальканіт(Zn, Cu)SO 4 *5H 2 O

адамін Zn 2 (AsO 4)OH

тарбуттіт Zn 2 (PO 4)OH

деклуазит(Zn, Cu)Pb(VO 4)OH

леграндіт Zn 3 (AsO 4) 2 *3H 2 O

гопеїт Zn 3 (PO 4)*4H 2 O

В організмі людини більша частина цинку (98%) знаходиться в основному внутрішньоклітинно (м'язи, печінка, кісткова тканина, простата, очне яблуко). У сироватці міститься трохи більше 2% металу.

Відомо, що досить багато цинку міститься в отруті змій, особливо гадюк і кобр .

Фізичні властивості

цинк сплав мікроелемент

Цинк – блакитно-сріблястий блискучий (важкий метал) середньої твердості, геомагнітний, має п'ять природних ізотопів та щільну гексоганальну структуру кристалів. На повітрі тьмяніє, покриваючись тонкою плівкою оксиду, що захищає метал від подальшого окиснення. Метал високої частоти пластичний, і його можна прокатувати в листи та фольгу. Технічний цинк досить ламкий при звичайній температурі, але при 100-150С стає тягучим і може прокочуватися в листи і витягується в дріт. Вище 200С стає знову тендітним і його можна розтерти в порошок, що обумовлено перетворенням цинку вище 200С в іншу алотропну форму.

Властивості d-елементів, яким є цинк, помітно відрізняються від інших елементів: низькими температурами плавлення та кипіння, ентальпією атомізації, високими значеннями ентропії, меншою щільністю. Ентальпія цинку як і будь-якого простого елемента дорівнює нулю, всі його сполуки мають величину менше нуля, наприклад ZnO має?Н 0 =-349 кДж/моль, а ZnCl 2 має?Н 0 =-415кДж/моль.Ентропія дорівнює??S 0 = 41,59 Дж / (моль * K)

Одержання металевого цинку

На сьогоднішній день цинк видобувають із концентратів сфалериту та смітсоніту.

Сульфідні поліметалічні руди, які містять пірит Fe 2 S, галеніт PbS, халькопірит CuFeS 2 і в меншій кількості сфалерит після подрібнення та розмелювання піддають збагаченню сфалеритом методом селективної флотації. Якщо руда містить магнетит, то його видалення використовують магнітний метод.

При прожарюванні (700) концентратів сульфіду цинку у спеціальних печах утворюється ZnO, який служить для отримання металевого цинку:

2ZnS+3O 2 =2ZnO+2SO 2 +221 ккал

Для перетворення ZnS на ZnO подрібнені концентрати сфалериту попередньо нагрівають у спеціальних печах гарячим повітрям

Окис цинку також отримують прожарювання смітсоніту при 300.

Металевий цинк одержують шляхом відновлення окису цинку вуглецем:

ZnO+CZn+CO-57 ккал

Воднем:

ZnO+H 2 Zn+H 2 O

Феросіліцієм:

ZnO+FeSi2Zn+Fe+SiO 2

Метаном:

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

оксидом вуглецю:

ZnO+COZn+CO 2

карбідом кальцію:

ZnO+CaC 2 Zn+CaS+C

Металевий цинк також можна отримати сильним нагріванням ZnS із залізом, з вуглецем у присутності CaO, з карбідом кальцію:

ZnS+CaC 2 Zn+CaS+C

9ZnS+Fe2Zn+FeS

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

Металургійний процес одержання металевого цинку, що застосовується у промисловому масштабі, полягає у відновленні ZnO вуглецем при нагріванні. В результаті цього процесу ZnO відновлюється не повністю, втрачається кілька цинку, що йде на освіту Zn, і отримують забруднений цинк.

Застосування

У вологому повітрі поверхня цинку покривається тонкою захисною плівкою оксиду та основного карбонату, який надалі захищає метал від атмосферної дії атмосферних реагентів. Завдяки цій властивості цинк застосовується для покриття залізних листів та дроту. Також цинк застосовується для вилучення срібла з срібла, що містить свинцю по процесу Паркесу; для отримання водню в результаті розкладання соляної кислоти; для витіснення металів з нижчою хімічною активністю із розчинів їх солей; виготовлення гальванічних елементів; як відновник у багатьох хімічних реакціях; для отримання численних сплавів із міддю, алюмінієм, магнієм, свинцем, олово.

Цинк часто використовується в металургії та при виробництві піротехніки. У цьому він виявляє свої особливості.

При різкому охолодженні пари цинку відразу ж, минаючи рідкий стан, перетворюються на твердий пил. Часто буває потрібно зберегти цинк саме у вигляді пилу, а не переплавляти його на зливки.

У піротехніці цинковий пил застосовують, щоб отримати блакитне полум'я. Цинковий пил використовується у виробництві рідкісних та благородних металів. Зокрема, таким цинком витісняють золото та срібло з ціаністих розчинів. Але це ще не все. Ви ніколи не замислювалися, чому металеві мости, прольоти заводських цехів та інші великогабаритні вироби з металу найчастіше фарбують у сірий колір?

Головна складова частина фарби, що застосовується у всіх цих випадках, - все той же цинковий пил. Змішана з окисом цинку та лляною олією, вона перетворюється на фарбу, яка відмінно захищає від корозії. Ця фарба також дешева, добре прилипає до поверхні металу і не відшаровується при температурних перепадах. Вироби, які покривають такою фарбою, мають бути не марки і водночас охайні.

На властивостях цинку позначається ступінь його чистоти. При 99,9 та 99,99% чистоти цинк добре розчиняється у кислотах. Але варто «додати» ще одну дев'ятку (99,999%), і цинк стає нерозчинним у кислотах навіть за сильного нагрівання. Цинк такої чистоти відрізняється великою пластичністю, його можна витягувати в тонкі нитки. А звичайний цинк можна прокотити в тонкі листи, лише нагрівання його до 100-150 С. Нагрітий до 250 С і вище, аж до точки плавлення, цинк знову стає крихким – відбувається чергова розбудова кристалічної структури.

Листовий цинк широко застосовують у виробництві гальванічних елементів. Перший «вольтовий стовп» складався з кружечків цинку та міді.

Значна роль цього елемента у поліграфії. З цинку роблять кліше, що дозволяють відтворити у друку малюнки та фотографії. Спеціально приготовлений та оброблений друкарський цинк сприймає фотозображення. Це зображення у потрібних місцях захищають фарбою, і майбутнє кліше протруюють кислотою. Зображення набуває рельєфності, досвідчені гравери підчищають його, роблять відбитки, а потім ці кліше йдуть у друкарські машини.

До поліграфічного цинку пред'являють особливі вимоги: насамперед він повинен мати дрібнокристалічну структуру, особливо на поверхні зливка. Тому цинк, призначений для поліграфії, завжди відливають у закриті форми. Для «вирівнювання» структури застосовують випал при 375 З наступним повільним охолодженням і гарячою прокаткою. Суворо обмежують і присутність у такому металі домішок, особливо свинцю. Якщо його багато, то не можна буде витравити кліше так, як це потрібно. Ось по цій кромці і «ходять» металурги, прагнучи задовольнити запити поліграфії.

Хімічні властивості

На повітрі за температури до 100°С цинк швидко тьмяніє, покриваючись поверхневою плівкою основних карбонатів. У вологому повітрі, особливо у присутності СО 2 відбувається руйнування металу навіть при звичайних температурах. При сильному нагріванні на повітрі чи кисні Цинк інтенсивно згоряє блакитним полум'ям із заснуванням білого диму оксиду цинку ZnO. Сухі фтор, хлор і бром не взаємодіють із Цинком на холоді, але у присутності парів води метал може спалахнути, утворюючи, наприклад, ZnCl 2 . Нагріта суміш Цинкового порошку з сіркою дає сульфід Цинк ZnS. Сильні мінеральні кислоти енергійно розчиняють Цинк, особливо під час нагрівання, з утворенням відповідних солей. При взаємодії з розведеною НCl і H 2 SO 4 виділяється Н 2 , а з НNО 3 - крім того NO, NO 2 , NH 3 . З концентрованою НCl, H 2 SO 4 та HNO 3 Цинк реагує, виділяючи відповідно Н 2 , SO 2 , NO та NO 2 . Розчини та розплави лугів окислюють Цинк з виділенням Н 2 та утворенням розчинних у воді цинкітів. Інтенсивність дії кислот та лугів на Цинк залежить від наявності у ньому домішок. Чистий Цинк менш реакційноздатний по відношенню до цих реагентів через високу перенапругу на ньому водню. У воді солі Цинки при нагріванні гідролізуються, виділяючи білий осад гідрооксиду Zn(OH) 2 . Відомі комплексні сполуки, що містять Цинк, наприклад, SO 4 та інші.

Цинк є досить активним металом.

Він легко взаємодіє з киснем, галогенами, сіркою та фосфором:

2Zn+О 2 =2ZnО (оксид цинку);

Zn + Сl 2 = ZnСl 2 (хлорид цинку);

Zn + S = ZnS (сульфід цинку);

3 Zn + 2 Р = Zn 3 Р 2 (фосфід цинку).

При нагріванні взаємодіє з аміаком, внаслідок чого утворюється нітрид цинку:

3 Zn + 2 NН 3 = Zn 2 N 3 + 3 Н 2

а також з водою:

Zn + Н 2 О = ZnО + Н 2

та сірководнем:

Zn+Н2S=ZnS+Н2.

сульфід, що утворюється на поверхні цинку, захищає його від подальшої взаємодії з сірководнем.

Цинк добре розчинний у кислотах та лугах:

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.

На відміну від алюмінію цинк розчиняється у водному розчині аміаку, тому що утворює добре розчинний аміакат:

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

Цинк витісняє менш активні метали із розчинів їх солей.

СuSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Сu;

СdSO4+Zn=ZnSO4+Сd.

З'єднання цинку

У хімічних сполуках цинк двовалентний. Іон Zn 2+ безбарвний, може існувати в нейтральних та кислих розчинах. З простих солей цинку добре розчиняються у воді хлориди, броміди, йодиди, нітрати та ацетати. Малорозчинні сульфід, карбонат, фторид, фосфат, силікат, ціанід, фероціанід.

Гідроксид цинку Zn(OH) 2 виділяється із розчину солей цинку при дії лугів у вигляді білого аморфного осаду. При стоянні він поступово набуває кристалічної структури. Швидкість кристалізації залежить від природи солі, із розчину якої відбувається осадження. Так, з розчинів, що містять хлориди, кристалічний гідроксид цинку виходить значно швидше, ніж розчинів нітратів. Вона має аморфний характер, константа дисоціації дорівнює 1,5 * 10 -9, кислоти 7,1 * 10 -12. Осадження гідрооксиду цинку починається при р-н 6 і закінчується при р-н 8,3. 11,5 осад знову розчиняється. У лужних розчинах гідрооксид поводиться як ангідрокислота, тобто. переходить у розчин у вигляді гідросоцінкат-іонів за рахунок приєднання іонів гідроксилу; солі, що утворюються, називаються цинкатами. Наприклад, Na(Zn(OH) 3),Ba(Zn(OH) 6) та ін. Значна кількість цинкатів отримана при сплавленні окису цинку з окислами ін. металів. одержані при цьому цинкати у воді практично нерозчинні.

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

Стійка лише остання модифікація, на яку і перетворюються решта менш стабільні модифікації. Ця модифікація при температурі 39С починає перетворюватися на окис цинку. Стабільна ромбічна модифікація???n(OH) 2 утворює особливого виду решітку, що не спостерігається в інших гідроксидів. Вона має вигляд просторової сітки, що складається з тетраедрів??n(OH) 4 .При обробці гідроксидів перекисом водню утворюється гідрат цинку невизначеного складу, чистий перекис цинку??nO 2 отримують у вигляді жовтувато-білого порошку при дії H 2 O 2 розчин діетилцинку. Гідроокис цинку розчинна в аміаку та амонійних солях. Це зумовлено процесом комплексоутворення цинку з молекулами аміаку та утворенням добре розчинних у воді катіонів. Добуток розчинності дорівнює 5*10 -17 .

Сульфат цинку ZnSO 4 .

Безбарвні кристали, щільність 3,74. З водних розчинів кристалізується в інтервалі 5.7-38.8С у вигляді безбарвних кристалів (так званий цинковий купорос). Його можна отримати різними способами, наприклад:

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2

Розчинення цинкового купоросу у воді супроводжується виділенням теплоти. При швидкому нагріванні цинковий купорос розчиняється у своїй кристалізаційній воді. А при сильному нагріванні утворюється окис цинку з виділенням SO 3 , SO 2 і О 2. Цинковий купорос утворює тверді розчини з іншими купоросами (залізним, нікелевим, мідним).

Нітрат цинку Zn(NO 3) 2 .

Відомі також чотири кристалогідрати. Найбільш стійкий - гексагідрат Zn(NO 3)*6H 2 O, що виділяється з водних розчинів при температурі вище 17,6С. Нітрат цинку дуже добре розчинний у воді, при температурі 18С 100 гр. води розчиняється 115 грн. солі. Відомі основні нітрати постійного та змінного складу. З перших найбільш відомий Zn(NO 3) 2 *4Zn(OH) 2 *2H 2 O.З розчинів містять крім нітрату цинку нітрати ін. елементів можна виділити подвійні нітрати типу Ме 2 Zn(NO 3) 4 .

Ціанід цинку Zn(CN) 2 .

Відрізняється високою термічною стійкістю (розкладається при 800С), виділяється у вигляді білого осаду при додаванні розчину солі цинку розчину ціаніду калію:

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

Ціанід цинку не розчиняється у воді та етанолі, але легко розчиняється у надлишку ціаніду лужного металу.

Сплави

Вже згадувалося, що історія із цинком досить заплутана. Але одне безперечно: сплав міді та цинку - латунь- було отримано набагато раніше, ніж металевий цинк. Найдавніші латунні предмети, зроблені приблизно 1500 року до н.е. знайдені під час розкопок у Палестині.

Приготування латуні відновленням особливого каменю - (кадмію) вугіллям у присутності міді описано у Гомера, Аристотеля та Плінія Старшого. Зокрема Аристотель писав про міді, що видобувається в Індії, яка «відрізняється від золота тільки смаком».

Дійсно, у досить численній групі сплавів, що носять загальну назву латунів, є один (Л-96, або томпак), за кольором майже не відрізняється від золота. До речі, томпак містить менше цинку, ніж більшість латунів: цифра за індексом Л означає процентний вміст міді. Отже, частку цинку у цьому металі припадає трохи більше 4%.

Цинк входить і до складу іншого стародавнього металу на мідній основі. Мова йде про бронзі. Це раніше ділили чітко: мідь плюс олово – бронза, мідь плюс цинк – латунь. Але тепер ці грані стерлися.

Досі я розповідала лише про захист цинком та про легування цинком. Але є і сплави з урахуванням цього елемента. Хороші ливарні властивості та низькі температури плавлення дозволяють відливати з таких сплавів складні тонкостінні деталі. Навіть різьблення під болти та гайки можна отримувати безпосередньо при виливку, якщо маєш справу зі сплавами на основі цинку.

Методи цинкування

Серед численних процесів нанесення захисних покриттів на металеві елементи забору цинкування займає одне з провідних місць. За обсягом та номенклатурою цинкових покриттів, що захищаються від корозії виробів, немає рівних серед інших. металевих покриттів. Це обумовлюється різноманіттям технологічних процесівцинкування, їх відносною простотою, можливістю широкої механізації та автоматизації, високими техніко-економічними показниками. В технічної літературидосить широко освітлені різні процеси цинкування огорожі, властивості цинкових покриттів, області їх застосування для будівництва огорожі. Виходячи з механізму освіти та фізико-хімічних характеристик, можна виділити шість видів цинкових покриттів, які з успіхом застосовуються при виробництві парканів:

Гальванічні (електролітичні) покриттяна поверхню металевих елементів огорожі наносять у розчинах електролітів під дією електричного струму. Основними компонентами цих електролітів є солі цинку.

Металізаційні покриттянаносять шляхом розпилення струменем повітря або гарячого газу цинку розплавленого безпосередньо на готову секцію забору. Залежно від способу напилення використовують цинковий дріт (пруток) або порошок цинку. У промисловості використовують газополум'яне напилення та електродугову металізацію.

Гарячецинкові покриттянаносять на вироби методом гарячого цинкування (зануренням елементів забору у ванну з цинком розплавленим).

Дифузійні покриттянаносять на елементи забору шляхом їх хіміко-термічної обробки при температурі 450-500°З порошкових сумішах на основі цинку або шляхом відповідної термічної обробки перетворюють, наприклад, гальванічне покриття в дифузійне.

Цинконаповнені покриттяна металевих елементах забору є композиції, що складаються з сполучного і цинкового порошку. Як сполучні використовують різні синтетичні смоли (епоксидні, фенольні, поліуретанові та ін), лаки, фарби, полімери.

Комбіновані покриттяє комбінацією цинкування забору та іншого покриття, лакофарбового або полімерного. У світовій практиці такі покриття відомі як "дуплекс-системи". У таких покриттях поєднується електрохімічний захисний ефект цинкового покриття з ізоляційним захисним ефектом лакофарбового або полімерного.

Цинкування парканів сьогодні.

Сучасні завдання захисту огорож

За останні десятиліття відзначено різке зниження терміну служби огорож всіх типів практично у всіх сферах їх застосування, обумовлене, з одного боку, зниженням корозійної стійкості металу, а з іншого - підвищенням корозійної активності середовищ, в яких експлуатується забір. У зв'язку з цим виникла необхідність застосування нових стійких до корозії матеріалів, а також підвищення експлуатаційних характеристик захисних покриттів, насамперед, цинкових як найбільш поширених на практиці. Багато процесів цинкування та обладнання для їх здійснення значно вдосконалені, що дає змогу підвищити корозійну стійкість та інші властивості цинкових покриттів. Це дозволяє розширити галузі застосування цинкових покриттів нового покоління та використовувати їх для захисту металевих огорож, що експлуатуються в жорстких корозійно-ерозійних умовах

У цьому особливе місце приділяється використанню цинкових покриттів нового покоління захисту виробів від корозійного впливу агресивних середовищ. Відомо, що спосіб виготовлення цинкових покриттів багато в чому визначає їх властивості. Покриття, отримані в розплаві цинку та в порошкових сумішах, значно відрізняються як за структурою, так і за хімічними та фізико-механічними властивостями (ступеня зчеплення з поверхнею металу, що покривається, твердості, пористості, корозійної стійкості та ін.). Ще більше дифузійні цинкові покриття відрізняються від гальванічних та металізаційних. Однією з найважливіших властивостей є міцність зчеплення з поверхнею виробу, що покривається, що впливає на властивості захисного покриття паркану не тільки при експлуатації, але і на збереження паркану при тривалому зберіганні, при транспортуванні і при проведенні монтажу паркану.

Нові методи: дифузна оцинковка, комбінована обробка металу забору

Дифузійні цинкові покриття порівняно з гальванічними і металізаційними мають більш міцний (дифузійний) зв'язок з металом, що захищається, внаслідок дифузії цинку в покривається метал, а поступова зміна концентрації цинку по товщині покриття обумовлює менш різку зміну його властивостей.

Іншим перспективним способом захисту паркану є комбіноване цинкування паркану. У таких покриттях поєднується електрохімічний захисний ефект цинкового покриття з ізоляційним захисним ефектом лакофарбового або полімерного. Але бар'єр з часом руйнується, іржа утворюється під фарбою, з'являються лущення, здуття. Цинконаповнені фарби з низьким вмістом цинку не вирішують цієї проблеми, в основному через те, що цинку недостатньо для забезпечення адекватного катодного захисту на всій поверхні і протягом тривалого часу.

На відміну від цинконаповнених фарб, «дуплекс-системи» мають незаперечну перевагу при захисті металу огорожі. Комбінована обробка забезпечує повний активний, катодний захист. Термін експлуатації паркану з таким покриттям значно збільшується – в 1,5-2 рази.

Комплексні сполуки цинку

Будування комплексів двовалентних цинку та міді з 2-формілфеноксиоцтовою кислотою та продуктом її конденсації з гліцином.

Синтезовані комплекси складу:

2H 2 O (I),

де o-Hfphac- 2-формілфеноксиоцтова кислота та

(II),

де L-тетрадентатний ліганд продукт конденсації o-Hfphac із гліцином. Методом рентгеноструктурного аналізу визначено молекулярну та кристалічну структуру синтезованих комплексів. У поєднанні I реалізується октаедричне, а II квадратно-пірамідальне оточення іона комплексоутворювача. У центросиметричному комплексі цинку o-fphac виступає як монодентатний ліганд.

Zn-O(3)=2.123(1)

Відстані Zn-O(1w) та Zn-O(2w) рівні відповідно 2.092(1) та 2.085(1)Е. У поєднанні II додаткові донорні групи в ліганді, що виникли внаслідок конденсації, призводять до утворення трьох металоциклів чотиридентатному ліганді (L). Атом міді в екваторіальній площині координує L, приєднаний через атоми кисню двох монодентатних карбоксильних груп

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

ефірний атом кисню

(Cu-O(1)=2.016(2) Е)

та атом азоту азометинової групи

(Cu-N(1)=1.914(2) Е).

До п'ятірної координації доповнюється молекулою води,

Cu-O (1w) = 2.316 (3) Е.

Вивчення квантово-хімічними методами утворення комплексів Цинку з 2-(амінометил)-6-[(феніліміно)метил]-фенолом.

Комплекси ароматичних основ Шиффа з перехідними металами, які називаються також внутрішньокомплексними сполуками (ВКС), є класичним об'єктом координаційної хімії. Інтерес до комплексів подібного типу обумовлений їхньою здатністю оборотно приєднувати кисень. Це дозволяє розглядати такі ВКС як модельні сполуки при вивченні процесів дихання, а також використовувати в промисловості для отримання чистого кисню. Так, застосування найбільш вивченого хелатного комплексу біс (саліциліден)-етилендіамінкобальту (II), лежить в основі «салькомін» способу отримання кисню з повітря.

Однак застосування зазначених комплексів перешкоджає досить обмежена киснева ємність (до 1500 циклів), що обумовлено поступовим незворотним окисненням ВКС.

У ряді робіт наголошується, що здатність до оборотного приєднання кисню для різних комплексів перехідних металів коливається від 10 до 3000 циклів приєднання/відщеплення кисню і сильно залежить від типу металу, електронної будови ліганду, а також від геометричної та електронної будови досліджуваного комплексу. При цьому ліганд повинен мати можливість утворення комплексів з меншими координаційними числами, а комплекс, що утворюється, повинен перешкоджати утворенню продуктів відновлення кисню.

У даній роботі нами розглядалася будова комплексів цинку з 2-(амінометил)-6-[(феніліміно)метил]-фенолом як ліганди

Дана основа Шіффа та його заміщені аналоги є великотоннажними продуктами виробництва.

Попередньо було розглянуто будову самого азометину (1).

Розрахункове значення ентальпії освіти становить 23,39 ккал/моль. Азометиновий фрагмент основи Шифф є плоским. Здебільшого електронна щільність зосереджено атомі кисню (6,231), тобто. на ньому знаходиться і найбільший заряд. Цікаво відзначити, що електронні щільності на атомах азоту імінної та амінометильної груп приблизно однакові і становлять 5,049 та 5,033 відповідно. Ці атоми доступні для створення координаційного зв'язку. Найбільший внесок у коефіцієнт ВЗМО робить атом вуглецю імінної групи (0,17).

Розрахункові значення ентальпій утворення комплексів типу 2, 3 та 4 становлять 92,09 ккал/моль, 77,5 ккал/моль та 85,31 ккал/моль відповідно.

З розрахункових даних, випливає, що в порівнянні з вихідним азометином в комплексах всіх трьох типів відбувається зменшення довжин зв'язків З 5-9 (Про 11-15) з 1,369? до (1,292-1,325)?; збільшення порядків зв'язків З 5 -Про 9 (Про 11 -З 15) з 1,06 до (1,20-1,36); зменшився коефіцієнт ВЗМО атомів азоту імінної групи (N 2 N 18), тобто. внесок у освіту орбіталі; так само, цікаво відзначити, що ароматичні кільця на підставі Шиффа не компланарні, залежно від типу комплексу діедральні кути становлять:

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

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

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

а у вихідному азометині ароматичні кільця практично лежать на одній площині і C11C1С4С12=-177,70.

У той самий час, залежно від типу комплексу відбуваються індивідуальні зміни у будові азометинового ліганду.

Довжини зв'язків З 3 -З 4 (З 16 -N 17) комплексу типу 2 і 16 З 17 комплексу типу 4 зменшуються (1,43).

Порядки зв'язків N 2 -З 3 (З 17 -N 18) комплексу типу 2 і 17 -N 18 комплексу типу 4 зменшуються (1,64 і 1,66 відповідно); порядки зв'язків З 3 -З 4 (З 16 -N 17) комплексу типу 2 і 16 -N 17 комплексу типу 4 збільшуються до 1,16.

Валентні кути N 2 C 3 C 4 (C 16 C 17 N 18) у комплексі типу 2 та C 16 C 17 N 18 типу 4 збільшуються (127 0) .

Електронні щільності, зосереджені на атомах азоту імінної групи N 2 (N 18) комплексу типу 2 та N 18 типу4, зменшилася (4,81); електронні густини на атомах вуглецю З 3 (З 17) зменшилися (3,98); електронні щільності на атомах азоту амінометильних груп N 8 (N 12) у 3 типі та З 8 у 4 типі комплексу зменшилися (4,63);

Проведено порівняння отриманих результатів структурних параметрів всім трьох типів комплексу друг з одним.

При порівнянні будови комплексів різних типів відзначені наступні особливості: довжини зв'язків З 6 З 7 (З 13 З 14) і З 9 З 10 (З 10 З 11) у всіх типах комплексів рівні (~1,498) і (~1,987) відповідно; порядки зв'язків З 1 -N 2 (З 18 -N 19) і 6 З 7 (З 13 З 14) приблизно однакові у всіх типах комплексів і рівні (1,03) і (0,99) відповідно; валентні кути З 6 З 7 N 8 (N 12 C 13 C 14) рівноцінні (111 0); найбільший внесок у ВЗМО у комплексах типу 2, 3 та 4 вносить атом вуглецю імінної групи 0,28; 0,17 та 0,29 відповідно; електронні щільності на атомах вуглецю З 3 у всіх типах, а також на атомах цинку Zn 10 приблизно однакові і рівні (3,987) і (1,981) відповідно.

За результатами розрахунків встановлено, що найбільші відмінності у будові комплексів спостерігаються для наступних параметрів:

1. Довжина зв'язку C 16 C 17 (1,47) комплексу типу 3 більше аналогічних у комплексах типу 2 та 4.

2. Порядки зв'язків C 3 C 4 (1,16), C 5 O 9 (1,34) комплексу типу 2 і 17 -N 18 (1,87) типу 3 більше аналогічних; порядки зв'язків N 2 C 3 (1,66), С 7 N 8 (1,01), 9 Zn 10 (0,64) комплексу типу 2 і O 11 C 15 (1,20), C 16 C 17 ( 1,02) комплексу типу 3 менший за відповідні порядки зв'язків в інших типах комплексів;

3. Валентні кути N 2 C 3 C 4 (127 0), З 5 Про 9 Zn 10 (121 0) комплексу типу 2, більше за аналогічні; O 9 Zn 10 O 11 (111 0) комплексу типу 2, Zn 10 Про 11 З 15 (116 0), C 16 C 17 N 18 (120 0) комплексу типу 3 менше відповідних кутів в інших типах комплексів;

4. Електронні щільності на атомах N 2 (4.82), O 9 (6,31) комплексу типу 2 та N 12 (4,63) комплексу типу 3 менші за аналогічні; електронні густини на атомах N 8 (5,03) комплексу типу 2 і N 18 (5,09) типу 3 більші за електронні густини відповідних атомів інших типів комплексів;

Цікаво відзначити, що порядки зв'язків N-Zn іміногрупи у комплексах всіх трьох типів дещо більше, ніж порядки зв'язків N-Zn аміногрупи.

Таким чином, комплекси цинку з розглянутими нами основами Шиффа мають тетраедричну будову. Можливе утворення комплексів трьох типів, що включають взаємодію цинку з атомом кисню фенольної групи та з атомом азоту іміно- або амінометильної групи. Комплекс типу 2 включає взаємодію цинку з атомами кисню фенольної групи та атомами азоту імінної групи. У комплексі типу 3 виникають зв'язки атома цинку з атомами кисню фенольної групи та атомами азоту амінометильної групи. Комплекс типу 4 є змішаним, тобто включає взаємодію цинку як з атомами імінної, так і атомами азоту амінометильних груп.

Цинк проти раку

Цинк, як було доведено в новому дослідженні вчених з Університету штату Меріленд, опублікованому 25 серпня, суттєвий елемент, який відіграє ключову роль у поширеній формі раку підшлункової залози, звіт про проведене дослідження опубліковано у поточному номері журналу Cancer Biology & Therapy. «Це перше дослідження за весь час, з прямими вимірами в людських тканинах підшлункової залози, що говорить про те, що рівень цинку помітно нижчий у клітинах підшлункової залози в раковій стадії в порівнянні з нормальними клітинами підшлункової залози», робить висновок провідний автор дослідження Леслі Костелло, кандидат технічних наук, професор кафедри онкології та діагностичної науки Університету штату Меріленд.

Дослідники виявили зниження рівня цинку у клітинах вже на початкових стадіях раку підшлункової залози. Потенційно цей факт забезпечує нові підходи до лікування, і тепер завдання вчених знайти спосіб, щоб цинк з'явився у злоякісних клітинах та знищував їх. Вчені виявили, що генетичний фактор, зрештою, може зіграти роль при діагностиці на ранній стадії. Злоякісні клітини закриті для транспортування молекул цинку (ZIP3), які несуть відповідальність за доставку цинку через клітинну мембрану в клітини.

Дослідники раку раніше не знали, що ZIP3 втрачається або відсутня в злоякісній клітині підшлункової залози, що призводить до зниження цинку в клітинах. Рак підшлункової залози є четвертою за значимістю причиною смерті у Сполучених Штатах, за даними Національного інституту раку (NCI). Є близько 42000 нових випадків щорічного захворювання у Сполучених Штатах, з яких за оцінками NCI – 35000 призведуть до смерті. Пацієнти з раком підшлункової залози зазвичай діагностуються на пізній стадії хвороби, тому що рак підшлункової залози часто вже присутній в організмі до розвитку симптомів. Поточне лікування може продовжити незначне виживання або полегшити симптоми у деяких пацієнтів, але воно дуже рідко призводить до лікування підшлункової залози. Пухлини виникають в епітеліальних клітинах, що вистилають протоки підшлункової залози. Костелло і Ренті Франклін, доктор філософії та професор, співпрацювали протягом багатьох років у галузі вивчення цинку щодо раку простати, ці дослідження та привели їх до досліджень раку підшлункової залози. Дане дослідження було ініційоване наприкінці 2009 року, оскільки вже тоді були суттєві докази того, що відсутність цинку може бути ключовим моментом у разі виникнення пухлин, розвитку та прогресування деяких видів раку.

Дослідники кажуть, що їхня робота передбачає - необхідно розвивати хіміотерапевтичний засіб для раку підшлункової залози, який буде доставляти цинк назад у пошкоджені клітини і вбивати злоякісні клітини підшлункової залози, яка є життєво важливим органом і виробляє травні ферменти, які, потрапляючи в кишечник білки. Рання діагностика раку підшлункової залози була утруднена через відсутність інформації про фактори, що беруть участь у розвитку раку підшлункової залози. Знову відкриті факти можуть допомогти у виявленні ранніх стадій на попередніх етапах. Дослідники планують провести більше досліджень клітин підшлункової залози на різних стадіях розвитку раку, а також дослідження на тваринах, перш ніж планувати клінічні випробування.

Біологічна роль цинку у життєдіяльності людського та тваринного організмів

Фармацевти та медики шанують багато сполук цинку. З часів Парацельса і донині у фармакопеї значаться очні цинкові краплі (0,25%-ный розчин ZnSO4). Як присипка давно застосовується цинкова сіль. Феносульфат цинку – хороший антисептик. Суспензія, в яку входять інсулін, протамін і хлорид цинку – новий ефективний засіб проти діабету, що діє краще, ніж чистий інсулін.

ЗНачення цинку для організму людини активно обговорюється протягом останніх років. Це з його участю в обміні білків, жирів, вуглеводів, нуклеїнових кислот. Цинк входить до складу понад 300 металоферментів. Він є частиною генетичного апарату клітини.

Вперше цинкдефіцитні стани в 1963 р. описав А. Прасад - як синдром карликовості, порушення нормального оволосіння, передміхурової залози та тяжкої залізодефіцитної анемії. Відомо значення цинку для процесів росту та поділу клітин, підтримки цілісності епітеліальних покривів, розвитку кісткової тканини та її кальцифікації, забезпечення репродуктивної функції та імунних реакцій, лінійного зростання та розвитку когнітивної сфери, формування поведінкових реакцій. Цинк сприяє стабілізації клітинних мембран, є потужним фактором антиоксидантного захисту, важливим для синтезу інсуліну. Встановлено його роль у енергетичному забезпеченні клітин, стійкості до стресу. Цинк сприяє синтезу родопсину та всмоктування вітаміну А.

І разом з тим багато сполук цинку, насамперед його сульфат і хлорид отруйні. .

Цинк надходить до організму через шлунково-кишковий тракт разом з їжею, а також з панкреатичним соком. Його всмоктування здійснюється в основному в тонкій кишці: 40-65% - у дванадцятипалій кишці, 15-21% - у худій та здухвинній кишці. Тільки 1-2% мікроелемента засвоюється лише на рівні шлунка і товстої кишки. Виводиться метал із калом (90%) та 2-10% - із сечею.

В організмі більша частина цинку (98%) знаходиться в основному внутрішньоклітинно (м'язи, печінка, кісткова тканина, простата, очне яблуко). У сироватці міститься трохи більше 2% металу. Дефіцит цинку призводить до захворювань печінки, нирок, муковісцидозу та синдрому мальабсорбції, а також до тяжкого захворювання, як ентеропатичний акродерматит тощо.

Серед речовин, що відіграють важливу роль у харчуванні тварин, значне місце займають мікроелементи, необхідні для зростання та розмноження. Вони впливають на функції кровотворення, ендокринних залоз, захисні реакції організму, мікрофлору травного тракту, регулюють обмін речовин, беруть участь у біосинтезі білка, проникності клітинних мембран тощо.

Всмоктування цинку відбувається переважно у верхньому відділі тонкого кишечника. Високий рівеньпротеїну, добавки ЕДТА, лактози, лізину, цистеїну, гліцину, гістидину, аскорбінової та лимонної кислот підвищують засвоєння, а низький рівень протеїну та енергії, велика кількість в кормі клітковини, фітату, кальцію, фосфору, міді, заліза, свинцю інгібують абсорбцію. Кальцій, магній та цинк при кислому середовищі тонкої кишки утворюють міцний нерозчинний комплекс із фітиновою кислотою, з якого катіони не всмоктуються.

Хелатні комплекси цинку з гліцином, метіоніном або лізином мають більш високу БД для молодняку ​​свиней та птиці в порівнянні з сульфатом. Ацетат, оксид, карбонат, хлорид, сульфат та металевий цинк – доступні джерела елемента для тварин, тоді як з деяких руд він не засвоюється.

Великою біологічною доступністю характеризуються хелатні сполуки цинку з метіоніном та триптофаном, а також комплекси його з каприловою та оцтовою кислотами. У той самий час хелати цинку з ЭДТА і фітинової кислотою використовують у організмі тварин менш ефективно, ніж 7-водный сульфат, що залежить головним чином стабільності комплексу. Справжнє засвоєння цинку з фітату майже втричі нижче, ніж із сульфату. Неорганічні солі (хлорид, нітрат, сульфат, карбонат) всмоктуються гірше, ніж органічні. Видалення кристалізованої води з молекули сірчанокислого цинку призводить до зниження БД елемента. Оксид і металевий цинк можуть використовуватися в годуванні тварин, проте слід враховувати вміст свинцю і кадмію.

Цинк – один із важливих мікроелементів. І водночас надлишок цинку шкідливий.

Біологічна роль цинку двояка і до кінця з'ясована. Встановлено, що цинк – обов'язкова складова частина ферменту крові.

Відомо, що досить багато цинку міститься в отруті змій, особливо гадюк та кобр. Але в той же час відомо, що солі цинку специфічно пригнічують активність цих самих отрут, хоча, як показали досліди, під дією солей цинку отрути не руйнуються. Як пояснити таку суперечність? Вважають, що високий вміст цинку в отруті - це засіб, яким змія від власної отрути захищається. Але таке твердження ще потребує суворої експериментальної перевірки.

...

Подібні документи

Поширення цинку у природі, його промислове вилучення. Сировина для одержання цинку, способи її одержання. Основні мінерали цинку, його фізичні та хімічні властивості. Область застосування цинку. Вміст цинку в земній корі. Видобуток цинку.

реферат, доданий 12.11.2010


Положення цинку, фосфату кадмію та ртуті у періодичній системі Д.І. Менделєєва. Поширення їх у природі, фізичні та хімічні властивості. Одержання фосфорнокислого цинку. Синтезування та вивчення окиснювально-відновних властивостей цинку.

курсова робота , доданий 12.10.2014


Особливості впливу різних домішок на будову кристалічних ґрат селеніду цинку, характеристика його фізико- хімічних властивостей. Легування цинку селеніду, дифузія домішок. Застосування селеніду цинку, який легований різними домішками.

курсова робота , доданий 22.01.2017


Фізичні, хімічні властивості та застосування цинку. Речовий склад цинковмісних руд та концентратів. Методи переробки цинкового концентрату. Електроосадження цинку: основні показники процесу електролізу, його здійснення та обслуговування.

курсова робота , доданий 08.07.2012


презентація , доданий 16.02.2013


Характеристика хімічного елемента цинку, історія його обробки та виробництва, біологічна роль, досліди, мінерали, взаємодія з кислотами, лугами та аміаком. Особливості одержання цинкових білил. Історія відкриття лосівського кристала окису цинку.

реферат, доданий 12.12.2009


Загальна характеристикаелементів підгрупи міді. Основні хімічні реакції міді та її сполук. Вивчення властивостей срібла та золота. Розгляд особливостей підгрупи цинку. Одержання цинку із руд. Дослідження хімічних властивостей цинку та ртуті.

презентація , доданий 19.11.2015


Фізико-хімічна характеристика кобальту. Комплексні сполуки цинку. Вивчення сорбційного концентрування Co у присутності цинку із хлоридних розчинів у вбранні іонітів. Технічний результат, досягнутий при здійсненні винаходу.

реферат, доданий 14.10.2014


Аналіз впливу цинку на якісний та кількісний склад мікрофлори у ґрунті урбанізованих екосистем міста Калінінграда, проведення власного експерименту. Виявлення групи мікроорганізмів, що виявляють стійкість у високій концентрації цинку.

курсова робота , доданий 20.02.2015


Характеристика цинку та міді як хімічних елементів та їх місце у періодичній таблиці Менделєєва. Одержання цинку з поліметалевих руд пірометаллургічним та електролітичним методами. Способи застосування міді в електротехніці та виробництві.