Цинк
Цинк | ||||
---|---|---|---|---|
← Медь | Галлий → | ||||
| ||||
Внешний вид простого вещества | ||||
![]() Образцы очищенного цинка |
||||
Свойства атома | ||||
Название, символ, номер | Цинк / Zincum (Zn), 30 | |||
период , блок |
12 (устар. 2), 4, d-элемент |
|||
Атомная масса (молярная масса) |
65,38(2)[1] а. е. м. (г/моль) | |||
Электронная конфигурация |
[Ar] 3d104s2 1s22s22p63s23p63d104s2 |
|||
Радиус атома | 138 пм | |||
Химические свойства | ||||
Ковалентный радиус | 125 пм | |||
Радиус иона | (+2e) 74 пм | |||
Электроотрицательность | 1,65 (шкала Полинга) | |||
Электродный потенциал | −0,76 В | |||
Степени окисления | 0, +2 | |||
Энергия ионизации (первый электрон) |
905,8 (9,39) кДж/моль (эВ) | |||
Термодинамические свойства простого вещества | ||||
Плотность (при н. у.) | 7,133 г/см³ | |||
Температура плавления | 419,6 °C | |||
Температура кипения | 906,2 °C | |||
Мол. теплота плавления | 7,28 кДж/моль | |||
Мол. теплота испарения | 114,8 кДж/моль | |||
Молярная теплоёмкость | 25,4[2] Дж/(K·моль) | |||
Молярный объём | 9,2 см³/моль | |||
Кристаллическая решётка простого вещества | ||||
Структура решётки | Гексагональная | |||
Параметры решётки |
a = 2,6648, c = 4,9468 Å | |||
Отношение c/a | 1,856 | |||
Температура Дебая | 234 K | |||
Прочие характеристики | ||||
Теплопроводность | (300 K) 116 Вт/(м·К) | |||
Номер CAS | 7440-66-6 |
30 | Цинк
|
3d104s2 |
Цинк (
История
Сплав цинка с
В 1805 году Чарльз Гобсон и Чарльз Сильвестр из Шеффилда запатентовали способ обработки цинка — прокатка при 100—150 °C[5]:28. Первый в России цинк был получен на заводе «Алагир» 1 января 1905 года[5]:86. Первые заводы, где цинк получали электролитическим способом, появились в 1915 году в Канаде и США[5]:82.
Происхождение названия
Слово «цинк» впервые встречается в трудах Парацельса, который назвал этот металл словом лат. zincum или zinken в книге Liber Mineralium II[6]. Это слово, вероятно, восходит к нем. Zinke, означающее «зубец» (кристаллиты металлического цинка похожи на иглы)[7].
Нахождение в природе
![]() | Этот раздел исправив и дополнив его. |
![]() | В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/ru/thumb/2/2c/Sfalerit.jpg/300px-Sfalerit.jpg)
Известно 66 минералов цинка, в частности
Среднее содержание цинка в земной коре — 8,3⋅10−3 %, в основных изверженных породах его несколько больше (1,3⋅10−2 %), чем в кислых (6⋅10−3 %). Цинк — энергичный водный мигрант, особенно характерна его миграция в термальных водах вместе со свинцом. Из этих вод осаждаются сульфиды цинка, имеющие важное промышленное значение. Цинк также энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах, главным осадителем для него является сероводород, меньшую роль играет сорбция глинами и другие процессы.
Цинк — важный биогенный элемент, в живых организмах содержится в среднем 5⋅10−4 % цинка. Но есть и исключения — так называемые организмы-концентраторы (например, некоторые фиалки).
Месторождения
Месторождения цинка известны в Иране, Австралии, Боливии, Казахстане[8]. В России крупнейшим производителем свинцово-цинковых концентратов является ОАО «ГМК Дальполиметалл»[9][неавторитетный источник]. На территории Красноярского края в Нижнем Приангарье разрабатывается уникальное Горевское месторождение полиметаллов с запасами цинка 1004,5 тыс. тонн по категориям А + В + С1 и 798,4 тыс. тонн по категории С2. Месторождение было открыто в 1956 году, эксплуатация начата в 1975 году, однако первые сведения о наличии руд в прилегающих районах относятся к 1770-м годам. В 2012 году добыча цинка составила 25,8 тыс. тонн. Разработку месторождения ведёт группа компаний. Также разведаны месторождения Партизанское и Суровое на западе Таймырского полуострова. Прогнозные ресурсы цинка — 500 тыс. тонн.[10]
Изотопы
Цинк имеет пять стабильных изотопов (64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn и 70Zn).
Получение
![]() | Этот раздел исправив и дополнив его. |
![]() | В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Цинк в природе как самородный металл не встречается.
Цинк добывают из полиметаллических руд, содержащих 1—4 % Zn в виде сульфида, а также
Основной способ получения цинка — электролитический (гидрометаллургический). Обожжённые концентраты обрабатывают серной кислотой; получаемый сульфатный раствор очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу в ваннах, плотно выложенных внутри свинцом или винипластом. Цинк осаждается на алюминиевых катодах, с которых его ежесуточно удаляют (сдирают) и плавят в индукционных печах. Обычно чистота электролитного цинка — 99,95 %, полнота извлечения его из концентрата (при учёте переработки отходов) — 93—94 %. Из отходов производства получают цинковый купорос, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; иногда также In, Ga, Ge, Tl.
Физические свойства
![]() | В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
В чистом виде — довольно пластичный серебристо-белый
Химические свойства
![]() | В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Типичный пример металла, образующего амфотерные соединения. Амфотерными являются соединения цинка ZnO и Zn(OH)2. Стандартный электродный потенциал −0,76 В, в ряду стандартных потенциалов расположен до железа.
На воздухе цинк покрывается тонкой плёнкой оксида ZnO. При сильном нагревании сгорает с образованием амфотерного белого оксида ZnO:
Оксид цинка реагирует как с растворами кислот:
так и со щелочами:
Цинк обычной чистоты активно реагирует с растворами кислот (лабораторный способ получения водорода):
и растворами щелочей:
образуя гидроксоцинкаты. С растворами кислот и щелочей очень чистый цинк не реагирует. Взаимодействие начинается при добавлении нескольких капель раствора сульфата меди CuSO4.
C концентрированной серной кислотой реагирует в зависимости от её молекулярного соотношения с цинком:
- (4 к 5 = 1,25)
- (3 к 4 = 1,33)
- (1 к 2 = 2,0)
образуя смеси продуктов в промежуточных случаях или при неравномерном внесении.
При нагревании цинк реагирует с
С водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором цинк непосредственно не реагирует. Нитрид Zn3N2 получают реакцией цинка с аммиаком при 550—600 °C.
В водных растворах
Применение
![]() | В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
Чистый металлический цинк используется для восстановления благородных металлов, добываемых подземным выщелачиванием (золото, серебро). Кроме того, цинк используется для извлечения серебра, золота (и других металлов) из чернового свинца в виде интерметаллидов цинка с серебром и золотом (так называемой «серебристой пены»), обрабатываемых затем обычными методами аффинажа.
Применяется для защиты стали от коррозии (оцинковка поверхностей, не подверженных механическим воздействиям, или металлизация — для мостов, ёмкостей, металлоконструкций).
Цинк используется в качестве материала для отрицательного электрода в
Очень важна роль цинка в
Пластины цинка широко используются в полиграфии, в частности, для печати иллюстраций в многотиражных изданиях. Для этого с XIX века применяется цинкография — изготовление клише на цинковой пластине при помощи вытравливания кислотой рисунка в ней. Примеси, за исключением небольшого количества свинца, ухудшают процесс травления. Перед травлением цинковую пластину подвергают отжигу и прокатывают в нагретом состоянии[5]:30—31.
Цинк вводится в состав многих твёрдых припоев для снижения их температуры плавления.
Окись цинка широко используется в медицине как
Цинк — важный компонент
Хлорид цинка — важный флюс для пайки металлов и компонент при производстве фибры.
Сульфид цинка используется при изготовлении
Теллурид, селенид, фосфид, сульфид цинка — широко применяемые полупроводники. Сульфид цинка — составная часть многих люминофоров. Фосфид цинка используется в качестве отравы для грызунов.
Селенид цинка используется для изготовления оптических стёкол с очень низким коэффициентом поглощения в среднем инфракрасном диапазоне, например, в углекислотных лазерах.
В электронике используются никель-цинковые ферриты для подавления электромагнитных помех на самых высоких частотах, вплоть до гигагерц, часто их делают в виде бусин, которые одевают на ножки конденсаторов и других радиокомпонентов.
На разные применения цинка приходится:
- цинкование — 45—60 %,
- медицина (оксид цинка как антисептик) — 10 %,
- производство сплавов — 10 %,
- производство резиновых шин — 10 %,
- масляные краски — 10 %.
Мировое производство
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/18/%D0%A6%D0%B8%D0%BD%D0%BA_%D0%BC%D0%B0%D1%80%D0%BA%D0%B8_Special_High_Grade.jpg/150px-%D0%A6%D0%B8%D0%BD%D0%BA_%D0%BC%D0%B0%D1%80%D0%BA%D0%B8_Special_High_Grade.jpg)
Цинк — четвёртый по использованию металл в мире после железа, алюминия и меди, и третий среди цветных металлов. Производство цинка в мире за 2009 год составило 11,277 млн т, что на 3,2 % меньше, чем в 2008 г.[11] производство цинка в мире может увеличиться в мире в 2024 году до 14 млн тонн в год.[12] Цена цинка в октябре 2021 года поднялась в Лондоне до 3528,5 USD/т, +3,7 %.[13]
Список стран по производству цинка в 2006 году (на основе «Геологического обзора Соединенных Штатов»)[14]:
Место | Страна | Производительность (тонн) |
---|---|---|
— | ![]() |
10 000 000 |
1 | ![]() |
[15] | 2 600 000
2 | ![]() |
1 380 000 |
3 | ![]() |
1 201 794 |
4 | США |
727 000 |
5 | ![]() |
710 000 |
6 | ![]() |
[15] | 480 000
7 | ![]() |
425 700 |
8 | ![]() |
420 800 |
9 | ![]() |
[15] | 400 000
10 | ![]() |
192 400 |
11 | ![]() |
[15] | 190 000
12 | ![]() |
[15] | 176 000
13 | ![]() |
[15] | 175 000
14 | ![]() |
135 600 |
15 | ![]() |
[15] | 130 000
16 | ![]() |
[15] | 73 000
17 | ![]() |
[15] | 68 000
18 | Северная Корея |
[15] | 67 000
19 | ![]() |
[15] | 50 000
20 | ![]() |
[15] | 48 000
21 | ![]() |
[15] | 45 000
22 | ![]() |
37 646 |
23 | ![]() |
35 700 |
24 | ЮАР |
34 444 |
25 | ![]() |
31 725 |
26 | ![]() |
[15] | 30 300
27 | ![]() |
[15] | 17 300
28 | ![]() |
[15] | 9 600
29 | ![]() |
7 169 |
30 | ![]() |
[15] | 5 000
31 | ![]() |
[15] | 1 500
32 | ![]() |
[15] | 400
33 | ![]() |
[15] | 300
34 | ![]() |
[15] | 100
Биологическая роль
![]() | В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
В организме взрослого человека содержится в среднем около 2 г цинка в виде его соединений, который концентрируется преимущественно в простате, мышцах, печени и поджелудочной железе. В 50 миллилитрах человеческой спермы содержится около 10 миллиграмов цинка. Более 400
- Zn2+ + H2O = ZnOH+ + H+
Наиболее изучен фермент карбоангидраза — белок, содержащий цинк и состоящий примерно из 260 аминокислотных остатков. Этот фермент содержится в
Цинк
- необходим для продукции спермы и мужских гормонов[16],
- необходим для метаболизма витамина E,
- важен для нормальной деятельности простаты,
- участвует в синтезе разных анаболических гормонов в организме, включая инсулин, тестостерон и гормон роста[16],
- необходим для расщепления алкоголя в организме, так как входит в состав алкогольдегидрогеназы[16].
Содержание в продуктах питания
Рекомендуемая дневная норма цинка в рационе — 11 мг для мужчин и 8 мг для женщин[17]. В периоды активной половой жизни суточная потребность цинка у мужчин возрастает и составляет 30—70 мг. Среди продуктов, употребляемых в пищу человеком, наибольшее содержание цинка — в устрицах, тыквенных и подсолнечных семечках, кунжуте, мясе, сыре, овсяной крупе, бобовых, шоколаде.
Содержание цинка в продуктах на 100 г[18]:
- Орехи и семечки: тыквенные семечки — 10 мг, кунжут — 7 мг, кедровый орех — 6,4 мг, семена подсолнечника — 5,3 мг, миндаль — 3 мг, грецкие орехи — 3 мг.
- Мясо: говяжья печень — 4 мг, говядина — 3—8,4 мг, баранина — 2—6 мг, курятина — 0,8—3,5 мг, свинина — 0,8—3,5 мг.
- Бобовые: чечевица — 4,78 мг, арахис — 4 мг, горох — 1,2 мг, соевые бобы — 3 мг.
- Молочные продукты: твёрдый сыр — 3—4 мг, мороженое, йогурт — 0,7—0,8 мг, молоко — 0,4 мг.
- Злаки и хлеб: овёс — 3,97 мг, пшеница — 3,46 мг, рожь — 2,65 мг, рис — 1 мг, хлеб — 0,7—1,5 мг, печенье — 0,5—1 мг, мука пшеничная — 0,8 мг.
- Рыба и морепродукты: устрицы — 16—40 мг, анчоусы — 1,72 мг, осьминог — 1,68 мг, карп — 1,48 мг, икра — 1 мг, сельдь — 0,99 мг.
- Овощи и фрукты: зелёный горошек — 1,24 мг, ростки бамбука — 1,10 мг, кукуруза (варёная, консервированная) — 0,5—0,6 мг, финики — 0,44 мг, малина — 0,42 мг, брокколи — 0,41 мг, свёкла — 0,35 мг, картофель — 0,29 мг, чёрная смородина — 0,27 мг, инжир, бананы — 0,15 мг, апельсины — 0,07 мг, грейпфрут — 0,07 мг, лимоны — 0,06 мг, яблоки — 0,04 мг.
- Сладости: какао-порошок (неподслащенный) — 6,81 мг, шоколад — 2,3 мг, шоколадные конфеты — 1—2 мг, мёд — 0,22 мг.
Также цинк может присутствовать в минеральной воде.
Основные проявления дефицита цинка
Недостаток цинка в организме приводит к ряду расстройств. Среди них — раздражительность, утомляемость, потеря памяти, депрессивные состояния, снижение остроты зрения, уменьшение массы тела, накопление в организме некоторых элементов (железа, меди, кадмия, свинца), снижение уровня инсулина, аллергические заболевания, анемия и другие[19].
Для оценки содержания цинка в организме определяют его содержание в волосах, крови и её сыворотке.
Токсичность
![]() | В разделе не хватает ссылок на источники (см. рекомендации по поиску). |
При длительном поступлении в организм в больших количествах всех солей цинка, особенно сульфатов и хлоридов, могут вызывать отравление из-за токсичности ионов Zn2+. 1 грамма сульфата цинка ZnSO4 достаточно, чтобы вызвать тяжёлое отравление. В быту хлориды, сульфаты и оксид цинка могут образовываться при хранении пищевых продуктов в цинковой и оцинкованной посуде.
Отравление ZnSO4 приводит к малокровию, задержке роста, бесплодию.
Отравление сульфатом цинка происходит при вдыхании его мелкодисперсных частиц (пыли). Оно проявляется в появлении сладковатого вкуса во рту, снижении или полной потере аппетита, сильной жажде. Появляется усталость, чувство разбитости, стеснение и давящая боль в груди, сонливость, сухой кашель.
![]() | Этот раздел исправив и дополнив его. |
См. также
Примечания
- 5 февраля 2014 года.
- ↑ Химическая энциклопедия: в 5 т. / Редкол.: Зефиров Н. С. (гл. ред.). — М.: Большая Российская энциклопедия, 1999. — Т. 5. — С. 378.
- ↑ Pollard A., Heron C. Archaeological Chemistry (англ.). — Royal Society of Chemistry, 2008. — P. 204.
- ↑ 1 2 Gray L. Zinc (англ.). — Marshall Cavendish, 2006. — P. 9.
- ↑ 1 2 3 4 5 Казаков Б. И. Металл из Атлантиды. (О цинке). — М.: Металлургия, 1984. — 128 с.
- ISBN 0766131971.
- ISBN 3527201009).
{{citation}}
: Неизвестный параметр|coauthors=
игнорируется (|author=
предлагается) (справка - ↑ Крупнейшие мономинеральные месторождения (рудные районы, бассейны) . Дата обращения: 29 ноября 2010. Архивировано из оригинала 19 июня 2010 года.
- ↑ Дальполиметалл Архивная копия от 30 марта 2022 на Wayback Machine.
- ↑ Месторождения цинка . Энциклопедия Красноярского края (19 декабря 2014). Дата обращения: 6 августа 2020. Архивировано 30 сентября 2020 года.
- ↑ Мир сократил производство и потребление цинка, а Китай — увеличил.
- ↑ Рынок цинка в 2020 г.: аналитический обзор УГМК // Новости металлургии. Металлоснабжение и сбыт.
- ↑ Металлы бьют рекорды на фоне сокращения поставок из-за энергетического кризиса Архивная копия от 26 ноября 2021 на Wayback Machine // ProFinance.Ru.
- ↑ Minerals Yearbook 2006 Архивная копия от 25 февраля 2018 на Wayback Machine.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Ориентировочные данные.
- ↑ 1 2 3 А. В. Скальный. Цинк и здоровье человека. — РИК ГОУ ОГУ, 2003.
- ↑ Connie W. Bales, Christine Seel Ritchie. Handbook of Clinical Nutrition and Aging
- ↑ Show Nutrients List . Дата обращения: 29 декабря 2013. Архивировано из оригинала 1 марта 2014 года.
- ↑ Сайт «Центра биотической медицины» . Дата обращения: 30 мая 2011. Архивировано из оригинала 3 февраля 2011 года.