Какие свойства проявляет цинк как простое вещество
1. Положение цинка в периодической системе химических элементов
2. Электронное строение цинка
3. Физические свойства
4. Нахождение в природе
5. Способы получения
6. Качественные реакции
7. Химические свойства
7.1. Взаимодействие с простыми веществами
7.1.1. Взаимодействие с галогенами
7.1.2. Взаимодействие с серой
7.1.3. Взаимодействие с фосфором
7.1.4. Взаимодействие с азотом
7.1.5. Взаимодействие с углеродом
7.1.6. Горение
7.2. Взаимодействие со сложными веществами
7.2.1. Взаимодействие с водой
7.2.2. Взаимодействие с минеральными кислотами
7.2.3. Взаимодействие с серной кислотой
7.2.4. Взаимодействие с азотной кислотой
7.2.5. Взаимодействие с щелочами
7.2.6. Взаимодействие с окислителями
Оксид цинка
1. Способы получения
2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с основными оксидами
2.2. Взаимодействие с основаниями
2.3. Взаимодействие с водой
2.4. Взаимодействие с кислотными оксидами
2.5. Взаимодействие с кислотами
2.6. Взаимодействие с восстановителями
2.7. Вытеснение более летучих оксидов из солей
Гидроксид цинка
1. Способы получения
2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с кислотами
2.2. Взаимодействие с кислотными оксидами
2.3. Взаимодействие с щелочами
2.4. Разложение при нагревании
Соли алюминия
Бинарные соединения алюминия
Цинк
Положение в периодической системе химических элементов
Цинк расположены в побочной подгруппе II группы (или в 12 группе в современной форме ПСХЭ) и в четвертом периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Электронное строение цинка и свойства
Электронная конфигурация цинка в основном состоянии:
+30Zn 1s22s22p63s23p63d104s2
1s 
2s 2p 
3s 3p 3d 
4s
Характерная степень окисления цинка в соединениях +2.
Физические свойства
Цинк при нормальных условиях — хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (быстро тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).
Температура плавления цинка 420°С, температура кипения 906°С, плотность 7,13 г/см3.
Нахождение в природе
Среднее содержание цинка в земной коре 8,3·10-3 мас.%. Основной минерал цинка: сфалерит (цинковая обманка) ZnS..
Цинк играет важную роль в процессах, протекающих в живых организмах.
В природе цинк как самородный металл не встречается.
Способы получения
Цинк получают из сульфидной руды. На первом этапе руду обогащают, повышая концентрацию сульфидов металлов. Сульфид цинка обжигают в печи кипящего слоя:
2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2
Чистый цинк из оксида получают двумя способами.
При пирометаллургическом способе, который использовался издавна, оксид цинка восстанавливают углём или коксом при 1200—1300 °C:
ZnO + С → Zn + CO
Далее цинк очищают от примесей.
В настоящее время основной способ получения цинка — электролитический (гидрометаллургический). При этом сульфид цинка обрабатывают серной кислотой:
ZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O
При это получаемый раствор сульфата цинка очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу.
При электролизе чистый цинк осаждается на алюминиевых катодах, с которых его удаляют и подвергают плавлению в индукционных печах. Таким образом можно получить цинк с высокой чистотой (до 99,95 %).
Качественные реакции
Качественная реакция на ионы цинка — взаимодействие избытка солей цинка с щелочами. При этом образуется белый осадок гидроксида цинка.
Например, хлорид цинка взаимодействует с гидроксидом натрия:
ZnCl2 + 2NaOH → Zn(OH)2 + 2NaCl
При дальнейшем добавлении щелочи амфотерный гидроксид цинка растворяется с образованием комплексной соли тетрагидроксоцинката:
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]
Обратите внимание, если мы поместим соль цинка в избыток раствора щелочи, то белый осадок гидроксида цинка не образуется, т.к. в избытке щелочи соединения цинка сразу переходят в комплекс:
ZnCl2 + 4NaOH = Na2[Zn(OH)4] + 2NaCl
Химические свойства
1. Цинк – сильный восстановитель. Цинк – довольно активный металл, но на воздухе он устойчив, так как покрывается тонким слоем оксида, предохраняющим его от дальнейшего окисления. При нагревании цинк реагирует со многими неметаллами.
1.1. Цинк реагируют с галогенами с образованием галогенидов:
Zn + I2 → ZnI2
Реакция цинка с иодом при добавлении воды:
1.2. Цинк реагирует с серой с образованием сульфидов:
Zn + S → ZnS
1.3. Цинк реагируют с фосфором. При этом образуется бинарное соединение — фосфид:
3Zn + 2P → Zn3P2
1.4. С азотом цинк непосредственно не реагирует.
1.5. Цинк непосредственно не реагирует с водородом, углеродом, кремнием и бором.
1.6. Цинк взаимодействует с кислородом с образованием оксида:
2Zn + O2 → 2ZnO
2. Цинк взаимодействует со сложными веществами:
2.1. Цинк реагирует с парами воды при температуре красного каления с образованием оксида цинка и водорода:
Zn0 + H2+O → Zn+2O + H20
2.2. Цинк взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой и др.). При этом образуются соль и водород.
Например, цинк реагирует с соляной кислотой:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑
Демонстрация количества выделения водорода при реакции цинка с кислотой:
Цинк реагирует с разбавленной серной кислотой:
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2
2.3. Цинк реагирует с концентрированной серной кислотой. В зависимости от условий возможно образование различных продуктов. При нагревании гранулированного цинка с концентрированной серной кислотой образуются оксид серы (IV), сульфат цинка и вода:
Zn + 2H2SO4(конц.) → ZnSO4 + SO2 + 2H2O
Порошковый цинк реагирует с концентрированной серной кислотой с образованием сероводорода, сульфата цинка и воды:
4Zn + 5H2SO4(конц.) → 4ZnSO4 + H2S + 4H2O
2.4. Аналогично: при нагревании гранулированного цинка с концентрированной азотной кислотой образуются оксид азота (IV), нитрат цинка и вода:
Zn + 4HNO3(конц.)→ Zn(NO4)2 + 2NO2 + 2H2O
При нагревании цинка с очень разбавленной азотной кислотой образуются нитрат аммония, нитрат цинка и вода:
4Zn + 10HNO3(оч. разб.) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
2.5. Цинк – амфотерный металл, он взаимодействует с щелочами. При взаимодействии алюминия с раствором щелочи образуется тетрагидроксоалюминат и водород:
Zn + 2KOH + 2H2O = K2[Zn(OH)4] + H2
Цинк реагирует с расплавом щелочи с образованием цинката и водорода:
Zn + 2NаОН(крист.) Nа2ZnО2 + Н2
В отличие от алюминия, цинк растворяется и в водном растворе аммиака:
Zn + 4NH3 + 2H2O → [Zn(NH3)4](OH)2 + H2
2.6. Цинк вытесняет менее активные металлы из оксидов и солей.
Например, цинк вытесняет медь из оксида меди (II):
Zn + CuO → Cu + ZnO
Еще пример: цинк восстанавливает медь из раствора сульфата меди (II):
CuSO4 + Zn = ZnSO4 + Cu
И свинец из раствора нитрата свинца (II):
Pb(NO3)2 + Zn = Zn(NO3)2 + Pb
Восстановительные свойства цинка также проявляются при взаимодействии его с сильными окислителями: нитратами и сульфитами в щелочной среде, перманганатами, соединениями хрома (VI):
4Zn + KNO3 + 7KOH = NН3 + 4K2ZnO2 + 2H2O
4Zn + 7NaOH + 6H2O + NaNO3 = 4Na2[Zn(OH)4] + NH3
3Zn + Na2SO3 + 8HCl = 3ZnCl2 + H2S + 2NaCl + 3H2O
Zn + NaNO3 + 2HCl = ZnCl2 + NaNO2 + H2O
Оксид цинка
Способы получения
Оксид цинка можно получить различными методами:
1. Окислением цинка кислородом:
2Zn + O2 → 2ZnO
2. Разложением гидроксида цинка при нагревании:
Zn(OН)2 → ZnO + H2O
3. Оксид цинка можно получить разложением нитрата цинка:
2Zn(NO3)2 → 2ZnO + 4NO2 + O2
Химические свойства
Оксид цинка — типичный амфотерный оксид. Взаимодействует с кислотными и основными оксидами, кислотами, щелочами.
1. При взаимодействии оксида цинка с основными оксидами образуются соли-цинкаты.
Например, оксид цинка взаимодействует с оксидом натрия:
ZnO + Na2O → Na2ZnO2
2. Оксид цинка взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—цинкаты, а в растворе – комплексные соли. При этом оксид цинка проявляет кислотные свойства.
Например, оксид цинка взаимодействует с гидроксидом натрия в расплаве с образованием цинката натрия и воды:
ZnO + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2O
Оксид цинка растворяется в избытке раствора щелочи с образованием тетрагидроксоцинката:
ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4]
3. Оксид цинка не взаимодействует с водой.
ZnO + H2O ≠
4. Оксид цинка взаимодействует с кислотными оксидами. При этом образуются соли цинка. В этих реакциях оксид цинка проявляет основные свойства.
Например, оксид цинка взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата цинка:
ZnO + SO3 → ZnSO4
5. Оксид цинка взаимодействует с растворимыми кислотами с образованием солей.
Например, оксид цинка реагирует с соляной кислотой:
ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O
6. Оксид цинка проявляет слабые окислительные свойства.
Например, оксид цинка при нагревании реагирует с водородом и угарным газом:
ZnO + С(кокс) → Zn + СО
ZnO + СО → Zn + СО2
7. Оксид цинка — твердый, нелетучий. А следовательно, он вытесняет более летучие оксиды (как правило, углекислый газ) из солей при сплавлении.
Например, из карбоната бария:
ZnO + BaCO3 → BaZnO2 + СО2
Гидроксид цинка
Способы получения
1. Гидроксид цинка можно получить пропусканием углекислого газа, сернистого газа или сероводорода через раствор тетрагидроксоцинката натрия:
Na2[Zn(OH)4] + 2СО2 = Zn(OH)2 + 2NaНCO3
Чтобы понять, как протекает эта реакция, можно использовать несложный прием: мысленно разбить исходное вещество Na2[Zn(OH)4] на составные части: NaOH и Zn(OH)2. Далее мы определяем, как реагирует углекислый газ с каждым из этих веществ, и записываем продукты их взаимодействия. Т.к. Zn(OH)2 не реагирует с СО2, то мы записываем справа Zn(OH)2 без изменения.
2. Гидроксид цинка можно получить действием недостатка щелочи на избыток соли цинка.
Например, хлорид цинка реагирует с недостатком гидроксида калия с образованием гидроксида цинка и хлорида калия:
ZnCl2 + 2KOH(недост.) = Zn(OH)2↓+ 2KCl
Химические свойства
1. Гидроксид цинка реагирует с растворимыми кислотами.
Например, гидроксид цинка взаимодействует с азотной кислотой с образованием нитрата цинка:
Zn(OН)2 + 2HNO3 → Zn(NO3)2 + 2H2O
Zn(OН)2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O
Zn(OН)2 + H2SO4 → ZnSO4 + 2H2O
Zn(OН)2 + 2HBr → ZnBr2 + 2H2O
2. Гидроксид цинка взаимодействует с кислотными оксидами.
Например, гидроксид цинка взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата цинка:
Zn(OH)2 + SO3 → ZnSO4 + H2O
3. Гидроксид цинка взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—цинкаты, а в растворе – комплексные соли. При этом гидроксид цинка проявляет кислотные свойства.
Например, гидроксид цинка взаимодействует с гидроксидом калия в расплаве с образованием цинката калия и воды:
2KOH + Zn(OН)2 → 2KZnO2 + 2H2O
Гидроксид цинка растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоцинката:
Zn(OН)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]
4. Гидроксид цинка разлагается при нагревании:
Zn(OH)2 → ZnO + H2O
Соли цинка
Нитрат и сульфат цинка
Нитрат цинка при нагревании разлагается на оксид цинка, оксид азота (IV) и кислород:
2Zn(NO3)2 → 2ZnO + 4NO2 + O2
Сульфат цинка при сильном нагревании разлагается аналогично — на оксид цинка, сернистый газ и кислород:
2ZnSO4→ 2ZnO + 2SO2 + O2
Комплексные соли цинка
Для описания свойств комплексных солей цинка — гидроксоцинкатов, удобно использоваться следующий прием: мысленно разбейте тетрагидроксоцинкат на две отдельные частицы — гидроксид цинка и гидроксид щелочного металла.
Например, тетрагидроксоцинкат натрия разбиваем на гидроксид цинка и гидроксид натрия:
Na2[Zn(OH)4] разбиваем на NaOH и Zn(OH)2
Свойства всего комплекса можно определять, как свойства этих отдельных соединений.
Таким образом, гидроксокомплексы цинка реагируют с кислотными оксидами.
Например, гидроксокомплекс разрушается под действием избытка углекислого газа. При этом с СО2 реагирует NaOH с образованием кислой соли (при избытке СО2), а амфотерный гидроксид цинка не реагирует с углекислым газом, следовательно, просто выпадает в осадок:
Na2[Zn(OH)4] + 2CO2 = Zn(OH)2 + 2NaHCO3
Аналогично тетрагидроксоцинкат калия реагирует с углекислым газом:
K2[Zn(OH)4] + 2CO2 = Zn(OH)2 + 2KHCO3
А вот под действием избытка сильной кислоты осадок не выпадает, т.к. амфотерный гидроксид цинка реагирует с сильными кислотами.
Например, с соляной кислотой:
Na2[Zn(OH)4] + 4HCl(избыток) → 2NaCl + ZnCl2 + 4H2O
Правда, под действием небольшого количества (недостатка) сильной кислоты осадок все-таки выпадет, для растворения гидроксида цинка кислоты не будет хватать:
Na2[Zn(OH)4] + 2НCl(недостаток) → Zn(OH)2↓ + 2NaCl + 2H2O
Аналогично с недостатком азотной кислоты выпадает гидроксид цинка:
Na2[Zn(OH)4] + 2HNO3(недостаток) → Zn(OH)2↓ + 2NaNO3 + 2H2O
Если выпарить воду из раствора комплексной соли и нагреть образующееся вещество, то останется обычная соль-цинкат:
Na2[Zn(OH)4] → Na2ZnO2 + 2H2O↑
K2[Zn(OH)4] → K2ZnO2 + 2H2O↑
Гидролиз солей цинка
Растворимые соли цинка и сильных кислот гидролизуются по катиону. Гидролиз протекает ступенчато и обратимо, т.е. чуть-чуть:
I ступень: Zn2+ + H2O = ZnOH+ + H+
II ступень: ZnOH+ + H2O = Zn(OH)2 + H+
Более подробно про гидролиз можно прочитать в соответствующей статье.
Цинкаты
Соли, в которых цинк образует кислотный остаток (цинкаты) — образуются из оксида цинка при сплавлении с щелочами и основными оксидами:
ZnO + Na2O → Na2ZnO2
Для понимания свойств цинкатов их также можно мысленно разбить на два отдельных вещества.
Например, цинкат натрия мы разделим мысленно на два вещества: оксид цинка и оксид натрия.
Na2ZnO2 разбиваем на Na2O и ZnO
Тогда нам станет очевидно, что цинкаты реагируют с кислотами с образованием солей цинка:
K2ZnO2 + 4HCl (избыток) → 2KCl + ZnCl2 + 2H2O
СaZnO2 + 4HCl (избыток) = CaCl2 + ZnCl2 + 2H2O
Na2ZnO2 + 4HNO3 → Zn(NO3)2 + 2NaNO3 + 2H2O
Na2ZnO2 + 2H2SO4 → ZnSO4 + Na2SO4 + 2H2O
Под действием избытка воды цинкаты переходят в комплексные соли:
K2ZnO2 + 2H2O = K2[Zn(OH)4]
Na2ZnO2 + 2H2O = Na2[Zn(OH)4]
Сульфид цинка
Сульфид цинка — так называемый «белый сульфид». В воде сульфид цинка нерастворим, зато минеральные кислоты вытесняют из сульфида цинка сероводород (например, соляная кислота):
ZnS + 2HCl → ZnCl2 + H2S
Под действием азотной кислоты сульфид цинка окисляется до сульфата:
ZnS + 8HNO3(конц.) → ZnSO4 + 8NO2 + 4H2O
(в продуктах также можно записать нитрат цинка и серную кислоту).
Концентрированная серная кислота также окисляет сульфид цинка:
ZnS + 4H2SO4(конц.) = ZnSO4 + 4SO2 + 4H2O
При окислении сульфида цинка сильными окислителями в щелочной среде образуется комплексная соль:
ZnS + 4NaOH + Br2 = Na2[Zn(OH)4] + S + 2NaBr
Упражнения типа «мысленный эксперимент» по химии цинка (тренажер задания 32 ЕГЭ по химии)
- Оксид цинка растворили в растворе хлороводородной кислоты и раствор нейтрализовали, добавляя едкий натр. Выделившееся студенистое вещество белого цвета отделили и обработали избытком раствора щелочи, при этом осадок полностью растворился. нейтрализация полученного раствора кислотой, например, азотной, приводит к повторному образованию студенистого осадка. Напишите уравнения описанных реакций.
- Цинк растворили в очень разбавленной азотной кислоте и в полученный раствор добавили избыток щелочи, получив прозрачный раствор. Напишите уравнения описанных реакций.
- Соль, полученную при взаимодействии оксида цинка с серной кислотой, прокалили при температуре 800°С. Твердый продукт реакции обработали концентрированным раствором щелочи, и через полученный раствор пропустили углекислый газ. Напишите уравнения описанных реакций.
- Нитрат цинка прокалили, продукт реакции при нагревании обработали раствором едкого натра. Через образовавшийся раствор пропустили углекислый газ до прекращения выделения осадка, после чего обработали избытком концентрированного нашатырного спирта, при этом осадок растворился. Напишите уравнения описанных реакций.
- Цинк растворили в очень разбавленной азотной кислоте, полученный раствор осторожно выпарили и остаток прокалили. Продукты реакции смешали с коксом и нагрели. Напишите уравнения описанных реакций.
- Несколько гранул цинка растворили при нагревании в растворе едкого натра. В полученный раствор небольшими порциями добавляли азотную кислоту до образования осадка. Осадок отделили, растворили в разбавленной азотной кислоте, раствор осторожно выпарили и остаток прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.
- В концентрированную серную кислоту добавили металлический цинк. образовавшуюся соль выделили, растворили в воде и в раствор добавили нитрат бария. После отделения осадка в раствор внесли магниевую стружку, раствор профильтровали, фильтрат выпарили и прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.
- Сульфид цинка подвергли обжигу. Полученное твердое вещество полностью прореагировало с раствором гидроксида калия. Через полученный раствор пропустили углекислый газ до выпадения осадка. Осадок растворили в соляной кислоте. Напишите уравнения описанных реакций.
- Некоторое количество сульфида цинка разделили на две части. Одну из них обработали соляной кислотой, а другую подвергли обжигу на воздухе. При взаимодействии выделившихся газов образовалось простое вещество. Это вещество нагрели с концентрированной азотной кислотой, причем выделился бурый газ. Напишите уравнения описанных реакций.
- Цинк растворили в растворе гидроксида калия. Выделившийся газ прореагировал с литием, а к полученному раствору по каплям добавили соляную кислоту до прекращения выпадения осадка. Его отфильтровали и прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.
1) ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O
ZnCl2 + 2NaOH = Zn(OH)2↓ + 2NaCl
Zn(OH)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]
Na2[Zn(OH)4] + 2HNO3(недостаток) = Zn(OH)2↓ + 2NaNO3 + 2H2O
2) 4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O
NH4NO3 + NaOH = NaNO3 + NH3↑ + H2O
Zn(NO3)2 + 4NaOH = Na2[Zn(OH)4] + 2NaNO3
3) ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O
2ZnSO4 2ZnO + 2SO2 + O2
ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4]
Na2[Zn(OH)4] + 2CO2 = Zn(OH)2↓ + 2NaHCO3
4) 2Zn(NO3)2 2ZnO + 4NO2 + O2
ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4]
Na2[Zn(OH)4] + 2CO2 = Zn(OH)2↓ + 2NaHCO3
Zn(OH)2 + 4(NH3 · H2O) = [Zn(NH3)4](OH)2 + 4H2O
5) 4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
2Zn(NO3)2 2ZnO + 4NO2 + O2
NH4NO3 N2O + 2H2O
ZnO + C Zn + CO
6) Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2↑
Na2[Zn(OH)4] + 2HNO3 = Zn(OH)2↓ + 2NaNO3 + 2H2O
Zn(OH)2 + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + 2H2O
2Zn(NO3)2 2ZnO + 4NO2 + O2
7) 4Zn + 5H2SO4 = 4ZnSO4 + H2S↑ + 4H2O
ZnSO4 + Ba(NO3)2 = Zn(NO3)2 + BaSO4
Zn(NO3)2 + Mg = Zn + Mg(NO3)2
2Mg(NO3)2 → 2MgO + 4NO2 + O2↑
8) 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2↑
ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4]
Na2[Zn(OH)4] + CO2 = Zn(OH)2 + Na2CO3 + H2O
Zn(OH)2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O
9) ZnS + 2HCl = ZnCl2 + H2S↑
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2↑
2H2S + SO2 = 3S + 2H2O
S + 6HNO3 = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O
10) Zn + 2KOH + 2H2O = K2[Zn(OH)4] + H2
H2 + 2Li = 2LiH
K2[Zn(OH)4] + 2HCl = 2KCl + Zn(OH)2↓
Zn(OH)2 ZnO + H2O
Источник
Одним из металлов, которые были открыты достаточно давно, но и по сей день не потеряли своей актуальности в использовании благодаря замечательным своим свойствам, является цинк. Его физические и химические свойства позволяют применять материал в самых разных отраслях техники и быта. Он оказывает существенное влияние и на здоровье человека.
Краткая история открытия элемента
Что такое цинк, люди знали еще до нашей эры. Ведь именно тогда научились применять сплавы, содержащие этот металл. Египтяне использовали руды, содержащие медь и цинк, сплавляли их и получали очень прочный, устойчивый к окислению материал. Были найдены предметы быта, посуда, выполненные из этого материала.
Название zinc встречается в трудах врача Парацельса в XVI веке нашей эры. В этот же период металл активно начинают использовать китайцы, отливая из него монеты. Постепенно знания об этом веществе и его хороших технических свойствах переходят в Европу. Тогда и в Германии, Англии также узнали, что такое цинк и где его можно использовать.
Латунь была одним из первых и самых известных сплавов, используемых еще с древних веков на Кипре, а позже в Германии и других странах.
Название происходит от латинского zincum, однако этимология не совсем ясна. Есть несколько версий.
- От немецкого zinke, что переводится как “острие”.
- От латинского zincum, что означает “белый налет”.
- Персидский “ченг”, то есть камень.
- Древнегерманский zinco, что переводится, как “налет”, “бельмо на глазу”.
Сегодняшнее название элемент получил только в начале XX века. О значении ионов цинка в организме человека также стало известно лишь сравнительно недавно (XX век). До этого никакие недуги с этим элементом не связывали.
Однако известно, что уже в древности многие народы использовали супы из мяса молодого барашка как средство восстановления после болезни и для скорейшей поправки. Сегодня можно сказать, что эффект достигался за счет ионов цинка, которых в этом блюде содержится достаточно много. Он помогал восстановлению кровообращения, снятию усталости и активизировал мозговую деятельность.
Элемент Цинк: характеристика
Данный элемент располагается в периодической системе во второй группе, побочной подгруппе. Порядковый номер 30, масса Цинка – 65,37. Единственная и постоянная степень окисления +2. Электронная конфигурация внешнего слоя атома 4s2.
В таблице Цинк, Медь, Кадмий, Хром, Марганец и многие другие – это переходные металлы. К ним относятся все те, у которых электроны заполняют внешний и предвнешний d и f энергетические подуровни.
Переходные металлы включают в себя и группу платиновых (Золото, Иридий, Палладий, Платина, Осмий и другие). Для всех них характерно образование комплексных соединений, в которых они выступают в качестве комплексообразователя с разными координационными числами. Все это характерно и для рассматриваемого нами элемента.
Существует 5 устойчивых в природе изотопов с массовыми числами от 64 до 70. 65Zn – радиоактивный, с периодом полураспада 244 дня.
Цинк как простое вещество
Что такое цинк в обычном виде? Это – металл, серебристо-голубой, быстро покрывающийся защитной оксидной пленкой на воздухе. Из-за этого кажется, что он не очень блестящий. Однако стоит пленку удалить, как цинк проявляет свойства всех металлов – красивый характерный блеск и сияние.
В природе содержится в составе многих минералов и руд. Так, самыми распространенными из них являются:
- цинковая обманка, или сфалерит;
- клейофан;
- марматит;
- вюртцит;
- смитсонит;
- каламин;
- цинкит;
- виллемит;
- франкленит и другие.
В составе смешанных руд Цинк обычно встречается вместе со своими постоянными спутниками, такими как:
- Таллий;
- Германий;
- Индий;
- Галлий;
- Кадмий.
Всего в земной коре на долю этого металла приходится 0,076%. Это чуть больше, чем на медь. Также 0,07 мг/л этого вещества содержится в морской воде.
Формула цинка как простого вещества – Zn. Кристаллическая решетка гексагональная, плотная. Тип химической связи – металлическая.
Физические свойства
Можно обозначить несколько характеристик.
- Цвет – сребристо-голубой.
- Плотность – 7,13 г/см3.
- Температура плавления – 420 оС (относится к группе легкоплавких металлов).
- При обычных условиях – хрупкое вещество.
- Температура кипения – 906 оС.
- При нагревании до 100-150 оС повышается ковкость и пластичность, возможно изготовление проволоки и прокатка в фольгу.
- Свыше 200 оС легко растирается в серый порошок, теряя пластичность.
- Является отличным проводником.
- Теплопроводность хорошая, так же как и теплоемкость.
Такие физические параметры позволяют использовать металл в соединениях с другими элементами. Например, широко известен сплав цинка – латунь.
Химические свойства
При обычных условиях поверхность куска металла мгновенно покрывается серо-белым тусклым налетом – оксидом цинка. Это происходит от того, что кислород воздуха мгновенно окисляет чистое вещество.
Если же долгое время хранить чистый металл на открытом влажном воздухе, то произойдет его разрушение под действием углекислого газа. Как простое вещество цинк реагирует с:
- галогенами;
- халькогенами;
- кислородом;
- кислотами;
- щелочами;
- аммиаком и аммонием (его солями);
- более слабыми металлами.
Не вступает в реакции с азотом. Если же взять химически абсолютно чистый цинк, то он не реагирует ни с чем из перечисленных веществ.
Очевидно, что цинк – металл амфотерный. При реакциях со щелочами образует комплексные соединения – гидроксоцинкаты.
Соединения цинка
Таковых можно назвать несколько основных категорий:
- Силицид цинка.
- Карбид тройного вида – Ni3ZnC.
- Галогениды цинка (хлорид, фторид, йодид, бромид).
- Сульфид, селенид, арсенид цинка.
- Фосфид и борид.
- Аммиакатные комплексы, формирующиеся при взаимодействии металла с раствором аммиака.
- Цианиды, тиосульфаты и тиоцианаты существуют в виде соответствующих комплексов в водном растворе.
- Оксид и гидроксид цинка – амфотерные соединения, используемые для получения комплексов гидроксоцинкатов.
Большинство соединений рассматриваемого элемента используются в химической промышленности или других отраслях (технике, бытовых синтезах, лакокрасочной промышленности).
Оксид цинка находит широкое применение в медицине. Он обладает хорошим противовоспалительным действием, слегка подсушивает и убивает бактерии. Поэтому его используют в косметических средствах для лечения прыщей, камедонов, угрей и других заболеваний кожи.
Соли цинка
Практически все соли, которые не являются двойными и комплексными, то есть не содержат посторонних окрашенных ионов, – это бесцветные кристаллические вещества. Самыми популярными в плане использования человеком являются следующие из них.
- Хлорид цинка – ZnCL2. Другое название соединения – паяльная кислота. Внешне представляет собой белые кристаллики, хорошо впитывающие влагу воздуха. Используется для очищения поверхности металлов перед пайкой, получения фибры, в батарейках, для пропитки дерева перед обработкой в качестве дезинфектора.
- Сульфид цинка. Белый порошок, быстро желтеющий при нагревании. Имеет высокую температуру плавления, в отличие от чистого металла. Используется при производстве люминесцирующих составов, наносимых на экраны, панели и прочие предметы. Является полупроводником.
- Фосфид цинка – распространенная отрава, применяемая для избавления от грызущих животных (мышей, крыс).
- Смитсонит, или карбонат цинка – ZnCO3. Бесцветное кристаллическое соединение, нерастворимое в воде. Применяется в нефтехимическом производстве, а также в реакциях получения шелка. Является катализатором в органических синтезах, используется в качестве удобрения для почв.
- Ацетат цинка – (CH3COO)2Zn. Бесцветные кристаллы, хорошо растворимые во всех растворителях любой природы. Находит широкое применение как в химической, так и в медицинской и пищевой промышленности. Используется для лечения нозафарингита. Применяется в качестве пищевой добавки Е650 – освежает дыхание, предупреждает появление налета на зубах, когда входит в состав жвачки. Его же используют для протравливания красителей, консервации древесины, производства пластмасс и прочих органических синтезах. Практически везде играет роль ингибитора.
- Йодид цинка – белые кристаллы, используемые в рентгенографии, в качестве электролита в аккумуляторах, как краситель для электронных микроисследований.
- Черные или темно-зеленые кристаллы, которые невозможно получить прямым синтезом, так как цинк с азотом не реагирует. Образуются из аммиаката металла. При высоких температурах разлагается с высвобождением цинка, поэтому применяется для его получения.
- Нитрат цинка. Бесцветные гигроскопичные кристаллы. Применение цинка в таком виде осуществляется в текстильной и кожевенной промышленностях для протравки тканей.
Сплавы цинка
Как уже упоминалось выше, существует самый распространенный сплав цинка – латунь. Именно он известен с самой древности и активно используется людьми до сих пор. Что же он собой представляет?
Латунь – это медь и цинк, которые гармонично сочетаются с несколькими другими металлами, придающими дополнительный блеск, прочность и тугоплавкость сплаву. Цинк в составе как легирующий элемент, медь – как основной. Цвет материала желтый, блестящий, однако на открытом воздухе во влажной среде способен чернеть. Температура плавления около 950 оС, может варьироваться в зависимости от содержания цинка (чем больше его, тем температура ниже).
Материал хорошо прокатывается в листы, трубы, сваривается контактным способом. Имеет хорошие технические характеристики, поэтому из него изготавливаются следующие элементы:.
- Детали машин и различные технические приборы.
- Гильзы и штампованные изделия.
- Гайки, болты, патрубки.
- Арматуры, втулки, антикоррозийные детали разных видов транспорта.
- Детали часов.
Большая часть добываемого в мире рассматриваемого нами металла уходит именно на изготовление данного сплава.
Еще один вид интерметаллического соединения – антимонид цинка. Формула его Zn4Sb3. Это также сплав, который используется как полупроводник в транзисторах, тепловизорах, магниторезистивных устройствах.
Очевидно, что применение цинка и его соединений очень широко и практически повсеместно. Данный металл так же популярен, как медь и алюминий, серебро и золото, марганец и железо. Особенно велико его значение в технических целях как антикоррозионного материала. Ведь именно цинком покрываются разные сплавы и изделия для защиты от этого разрушающего природного процесса.
Биологическая роль
Что такое цинк с точки зрения медицины и биологии? Имеет ли он значение для жизни организмов и насколько оно велико? Оказывается, ионы цинка просто обязательно должны присутствовать в живых существах. Иначе дефицит приведет к следующим последствиям:
- анемии;
- снижению инсулина;
- аллергии;
- потере веса и памяти;
- уто?