Цинк (химич

Цинк (лат. Zincum), Zn, хімічний елемент II групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 30, атомна маса 65,38, синювато-білий метал. Відомо 5 стабільних ізотопів з масовими числами 64, 66, 67, 68 і 70; найбільш поширений 64Zn (48,89%). Штучно отримані 9 радіоактивних ізотопів, серед яких найбільш долгоживущий 65Zn з періодом напіврозпаду T1 / 2 = 245 діб; застосовується як ізотопний індикатор.

Історична довідка. Сплав Ц. з міддю - латунь - був відомий ще древнім грекам і єгиптянам. Чистий Ц. довгий час не вдавалося виділити. У 1746 А. С. Маргграф розробив спосіб отримання металу прожарювання суміші його окису з вугіллям без доступу повітря в глиняних вогнетривких ретортах з подальшою конденсацією парів Ц. в холодильниках. У промисловому масштабі виплавка Ц. почалася в 17 ст.

Зовнішня електронна конфігурація атома Zn 3d104s2. Ступінь окислення в з'єднаннях +2. Нормальний окисно-відновний потенціал, рівний 0,76 в, характеризує Ц. як активний метал і енергійний відновник. На повітрі при температурі до 100 ° С Ц. швидко тьмяніє, покриваючись поверхневою плівкою основних карбонатів. У вологому повітрі, особливо в присутності СО2, відбувається руйнування металу навіть при звичайних температурах. При сильному нагріванні на повітрі або в кисні Ц. інтенсивно згоряє блакитним полум'ям з утворенням білого диму цинку окису ZnO. Сухі фтор, хлор і бром не взаємодіють з Ц. на холоду, але в присутності парів води метал може спалахнути, утворюючи, наприклад, ZnCl2. Нагріта суміш порошку Ц. з сіркою дає сульфід Ц. ZnS. Сульфід Ц. випадає в осад при дії сірководню на слабокислі або аміачні водні розчини солей Zn. Гідрид ZnH2 виходить при взаємодії LiAIH4 з Zn (CH3) 2 і ін. З'єднаннями Ц .; металоподібними речовина. розкладається при нагріванні на елементи. Нітрид Zn3N2 - чорний порошок. утворюється при нагріванні до 600 ° С в струмі аміаку; на віз дусі стійкий до 750 ° С, вода його розкладає. Карбід Ц. ZnC2 отриманий при нагріванні Ц. в струмі ацетилену. Сильні мінеральні кислоти енергійно розчиняють Ц. особливо при нагріванні, з утворенням відповідних солей. При взаємодії з розведеними HCl і H2SO4 виділяється H2, а з HNO3 - крім того, NO, NO2, NH3. З концентрованими HCl, H2SO4 і HNO3 Ц. реагує, виділяючи відповідно H2, SO2, NO і NO2. Розчини й розплави лугів окислюють Ц. з виділенням На і утворенням розчинних у воді цинкати. Інтенсивність дії кислот і лугів на Ц. залежить від наявності в ньому домішок. Чистий Ц. менш реакционноспособен по відношенню до цих реагентів через високий перенапруги на ньому водню. У воді солі Ц. при нагріванні гідролізуються, виділяючи білий осад гідроксиду Zn (OH) 2 (див. Амфотерность). Відомі комплексні сполуки, що містять Ц. наприклад [Zn (NH3) 4] SO4 і ін.

Отримання. Ц. добувають з поліметалічних руд, що містять 1-4% Zn у вигляді сульфіду, а також Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руди збагачують селективної флотацією, отримуючи цинкові концентрати (50-60% Zn) і одночасно свинцеві, мідні, а іноді також піритні концентрати. Цинкові концентрати обпалюють в печах в киплячому шарі, переводячи сульфід Ц. в окис ZnO; утворюється при цьому сірчистий газ SO2 витрачається на виробництво сірчаної кислоти. Від ZnO до Zn йдуть двома шляхами. За пірометалургійного (Дистиляційна) способу, який існує здавна, обпалений концентрат піддають спікання для додання зернистості і газопроникності, а потім відновлюють вугіллям або коксом при 1200-1300 ° С: ZnO + С = Zn + CO. Утворені при цьому пари металу конденсують і розливають у виливниці. Спочатку відновлення проводили тільки в ретортах з обпаленої глини, що обслуговуються вручну, пізніше стали застосовувати вертикальні механізовані реторти з карборунда (див. Вогнетриви), потім - шахтні і дугові електропечі; з свинцево-цинкових концентратів Ц. отримують в шахтних печах з дуттям. Продуктивність поступово підвищувалася, але Ц. містив до 3% домішок, в тому числі цінний кадмій. Дистиляційний Ц. очищають ліквацією (т. Е. Відстоюванням рідкого металу від заліза і частини свинцю при 500 ° С), досягаючи чистоти 98,7%. Застосовується іноді більш складна і дорога очищення ректифікацією дає метал чистотою 99,995% і дозволяє витягувати кадмій.

Основний спосіб отримання Ц. - електролітичний (гідрометалургійний). Обпалені концентрати обробляють сірчаною кислотою; одержуваний сульфатний розчин очищають від домішок (осадженням їх цинковим пилом) і піддають електролізу у ваннах, щільно викладених всередині свинцем або вініпласт. Ц. осідає на алюмінієвих катодах, з яких його щодоби видаляють (здирають) і плавлять в індукційних печах. Зазвичай чистота електролітного Ц. 99,95%, повнота вилучення його з концентрату (при обліку переробки відходів) 93-94%. З відходів виробництва отримують цинковий купорос, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; іноді також In, Ga, Ge, Tl.

Застосування. Близько половини виробленого Ц. витрачається на захист стали від корозії (див. Оцинкування).

Оскільки Ц. в ряді напруг коштує до заліза, то при попаданні оцинкованого заліза в корозійну середу руйнуванню піддається Ц. Завдяки хорошим ливарним якостям і низькій температурі плавлення з Ц. відливають під тиском різні дрібні деталі літаків і ін. Машин. Сплави міді з Ц. - латунь. нейзильбер, а також Ц. зі свинцем і ін. металами широко застосовуються в техніці (див. Цинкові сплави). Ц. дає з золотом і сріблом інтерметалліді (нерозчинні в рідкому свинці) і тому Ц. застосовується для рафінування свинцю від благородних металів. У вигляді порошку Ц. служить відновником в ряді хіміко-технологічних процесів: у виробництві гидросульфита, при осадженні золота з промислових ціаністих розчинів, міді і кадмію при очищенні розчинів цинкового купоросу і ін. Багато з'єднання Ц. є люминофорами, наприклад три основні кольори на екрані кінескопа залежать від ZnS × Ag (синій колір), ZnSe × Ag (зелений колір) і Zn3 (PO4) 2 × Mn (червоний колір). Важливими напівпровідниковими матеріалами служать сполуки Ц. типу AIIBVI - ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO. Магнітно-м'якими ферритами вітчизняних марок МН і HH є відповідно марганець - і нікель -цінковие шпінелі.

Найбільш поширені хімічні джерела струму (наприклад, Лекланше елемент. Окіснортутний елемент) мають в якості негативного електрода Ц.

Біологічна роль Ц. пов'язана з його участю в ферментативних реакціях, що протікають в клітинах. Він входить до складу найважливіших ферментів: карбоангідрази, різних дегідрогеназ, фосфатаз, пов'язаних з диханням і ін. Фізіологічними процесами, протеїназ та пептидаз, що беруть участь в білковому обміні, ферментів нуклеїнового обміну (РНК - і ДНК-полімерази) і ін. Ц. грає істотну роль в синтезі молекул інформаційної РНК на відповідних ділянках ДНК (транскрипція), в стабілізації рибосом і біополімерів (РНК, ДНК, деякі білки).

Медичне значення Ц. Дефіцит Ц. в організмі веде до карликовості, затримці статевого розвитку; при його надмірному надходженні в організм можливі (за експериментальними даними) канцерогенний вплив і токсичну дію на серце. кров. гонади та ін. Виробничі шкідливості можуть бути пов'язані з несприятливим впливом на організм як металевого Ц. так і його сполук. При плавці цинкосодержащих сплавів можливі випадки ливарної лихоманки. Препарати Ц. у вигляді розчинів (сульфат Ц.) і в складі присипок, паст, мазей, свічок (окис Ц.) застосовують в медицині як в'яжучі та дезінфікуючі засоби.

Літ .: Коротка хімічна енциклопедія. т. 5, М. 1967; Лакернік М. М. Пахомова Г. Н. Металургія цинку і кадмію, М. 1969; Севрюков Н. Н. Кузьмін Б. А. Челіщев Е, В. Загальна металургія. М. 1976; Парібок Т. А. Про роль цинку в метаболізмі, в збірці: Біологічна роль мікроелементів і їх застосування в сільському господарстві та медицині, М. 1974; Ковальський В. В. Геохимическая екологія. М. 1974; Школяр М. Я. Мікроелементи в житті рослин, Л. 1974; Пейве Я. В. Мікроелементи і ферменти, в збірці: Фізіологічна роль і практичне застосування мікроелементів, Рига. 1976; Bowen Н. J. М. Trace elements in biochemistry, L. - N. Y. 1966; Движків П. П. З'єднання цинку, в кн. Багатотомне посібник з патологічної анатомії, під ред. А. І. Струкова, т. 8, кн. 1, М. 1962; Шкідливі речовини в промисловості, під ред. Н. В. Лазарєва, [т.] 2, М. - Л. 1965.