Що таке цинк? Формула, сполуки цинку. Застосування цинку

Одним з металів, які були відкриті досить давно, але й донині не втратили своєї актуальності у використанні завдяки чудовим своїм властивостям, є цинк. Його фізичні і хімічні властивості дозволяють застосовувати матеріал у самих різних галузях техніки та побуту. Він робить істотний вплив і на здоров`я людини.

Коротка історія відкриття елементу

Що таке цинк, люди знали ще до нашої ери. Адже саме тоді навчилися застосовувати сплави, що містять цей метал. Єгиптяни використовували руди, що містять мідь і цинк, сплавляли їх і отримували дуже міцний, стійкий до окислення матеріал. Були знайдені предмети побуту, посуд, виконані з цього матеріалу.

Назва zinc зустрічається в працях лікаря Парацельса в XVI столітті нашої ери. У цей же період метал активно починають використовувати китайці, відливаючи з нього монети. Поступово знання про цю речовину і його хороших технічних властивостях переходять до Європи. Тоді і в Німеччині, Англії також дізналися, що таке цинк і де його можна використовувати.

Латунь була одним з перших і найвідоміших сплавів, використовуваних ще з давніх віків на Кіпрі, а пізніше в Німеччині та інших країнах.

Назва походить від латинського zincum, проте етимологія не зовсім ясна. Є кілька версій.

1. Від німецького zinke, що перекладається як "вістря".
2. Від латинського zincum, що означає "білий наліт".
3. Перська "ченг", тобто камінь.
4. Давньогерманське zinco, що перекладається, як "наліт", "більмо на оці".

Сьогоднішня назва елемент отримав тільки на початку XX століття. Про значення іонів цинку в організмі людини також стало відомо лише порівняно недавно (XX століття). До цього ніякі недуги з цим елементом не пов`язували.

Однак відомо, що вже в давнину багато народів використовували супи з м`яса молодого баранчика як засіб відновлення після хвороби і для якнайшвидшої поправки. Сьогодні можна сказати, що ефект досягався за рахунок іонів цинку, яких в цій страві міститься достатньо багато. Він допомагав відновленню кровообігу, зняттю втоми і активізував мозкову діяльність.

Елемент Цинк: характеристика

Даний елемент розташовується в періодичній системі в другій групі, побічної підгрупі. Порядковий номер 30, маса Цинку - 65,37. Єдина і постійна ступінь окислення +2. Електронна конфігурація зовнішнього шару атома 4s².

У таблиці Цинк, Мідь, Кадмій, Хром, Марганець та багато інших - це перехідні метали. До них відносяться всі ті, у яких електрони заповнюють зовнішній і предвнешнего d і f енергетичні підрівні.

Перехідні метали включають в себе і групу платинових (Золото, Іридій, Паладій, Платина, Осмий та інші). Для всіх них характерне утворення комплексних сполук, в яких вони виступають в якості комплексоутворювача з різними координаційними числами. Все це характерно і для розглянутого нами елемента.

Існує 5 стійких у природі ізотопів з масовими числами від 64 до 70. ⁶⁵Zn - радіоактивний, з періодом напіврозпаду 244 дня.

Цинк як проста речовина

Що таке цинк в звичайному вигляді? Це - метал, сріблясто-блакитний, швидко покривають захисною оксидною плівкою на повітрі. Через це здається, що він не дуже блискучий. Проте варто плівку видалити, як цинк проявляє властивості всіх металів - красивий характерний блиск і сяйво.

У природі міститься в складі багатьох мінералів і руд. Так, найпоширенішими з них є:

• цинкова обманка, або сфалерит;
• клейофан;
• марматіт;
• вюртцит;
• смітсоніт;
• каламін;
• цинкіт;
• Віллема;
• франкленіт та інші.

У складі змішаних руд Цинк зазвичай зустрічається разом зі своїми постійними супутниками, такими як:

• Талій;
• Германій;
• Індій;
• Галій;
• Кадмій.

Всього в земній корі на частку цього металу доводиться 0,076%. Це трохи більше, ніж на мідь. Також 0,07 мг / л цієї речовини міститься в морській воді.

Формула цинку як простого речовини - Zn. Кристалічна решітка гексагональна, щільна. Тип хімічного зв`язку - металева.

Фізичні властивості

Можна позначити кілька характеристик.

1. Колір - сребрістим-блакитний.
2. Щільність - 7,13 г / см³.
3. Температура плавлення - 420 ^проС (відноситься до групи легкоплавких металів).
4. При звичайних умовах - крихка речовина.
5. Температура кипіння - 906 ^проС.
6. При нагріванні до 100-150 ^проС підвищується гнучкість і пластичність, можливе виготовлення дроту і прокатка в фольгу.
7. Понад 200 ^проС легко розтирається в сірий порошок, втрачаючи пластичність.
8. Є відмінним провідником.
9. Теплопровідність хороша, так само як і теплоємність.

Такі фізичні параметри дозволяють використовувати метал у з`єднаннях з іншими елементами. Наприклад, широко відомий сплав цинку - латунь.

Хімічні властивості

При звичайних умовах поверхню шматка металу миттєво покривається сіро-білим тьмяним нальотом - оксидом цинку. Це відбувається від того, що кисень повітря миттєво окисляє чиста речовина.

Якщо ж довгий час зберігати чистий метал на відкритому вологому повітрі, то відбудеться його руйнування під дією вуглекислого газу. Як проста речовина цинк реагує з:

• галогенами;
• халькогенами;
• киснем;
• кислотами;
• лугами;
• аміаком і амонієм (його солями);
• слабшими металами.

Не вступає в реакції з азотом. Якщо ж взяти хімічно абсолютно чистий цинк, то він не реагує ні з чим з перерахованих речовин.

Очевидно, що цинк - метал амфотерний. При реакціях з лугами утворює комплексні сполуки - гідроксоцінкати.

Сполуки цинку

Таких можна назвати кілька основних категорій:

1. Силіцид цинку.
2. Карбід потрійного виду - Ni₃ZnC.
3. Галогеніди цинку (хлорид, фторид, йодид, бромід).
4. Сульфід, селенід, арсенід цинку.
5. Фосфід і борид.
6. Амміакатние комплекси, які формуються при взаємодії металу з розчином аміаку.
7. Ціаніди, тіосульфати і тіоціанати існують у вигляді відповідних комплексів у водному розчині.
8. Оксид і гідроксид цинку - амфотерні сполуки, що використовуються для отримання комплексів гідроксоцінкатов.

Більшість з`єднань розглянутого елемента використовуються в хімічній промисловості або інших галузях (техніці, побутових синтезах, лакофарбової промисловості).

Оксид цинку знаходить широке застосування в медицині. Він володіє хорошим протизапальну дію, злегка підсушує і вбиває бактерії. Тому його використовують в косметичних засобах для лікування прищів, камедонов, вугрів та інших захворювань шкіри.

Солі цинку

Практично всі солі, які не є подвійними і комплексними, тобто не містять сторонніх забарвлених іонів, - це безбарвні кристалічні речовини. Найпопулярнішими в плані використання людиною є наступні з них.

1. Хлорид цинку - ZnCL_2. Інша назва сполуки - паяльна кислота. Зовні являє собою білі кристалики, добре вбирають вологу повітря. Використовується для очищення поверхні металів перед паянням, отримання фібри, в батарейках, для просочення дерева перед обробкою в якості дезинфектора.
2. Сульфід цинку. Білий порошок, швидко жовтіючий при нагріванні. Має високу температуру плавлення, на відміну від чистого металу. Використовується при виробництві люминесцирующих складів, що наносяться на екрани, панелі та інші предмети. Є напівпровідником.
3. Фосфід цинку - поширена отрута, застосовувана для позбавлення від гризуть тварин (мишей, щурів).
4. Смітсоніт, або карбонат цинку - ZnCO₃. Безбарвна кристалічна сполука, нерозчинна у воді. Застосовується в нафтохімічному виробництві, а також в реакціях отримання шовку. Є каталізатором в органічних синтезах, використовується як добриво для грунтів.
5. Ацетат цинку - (CH₃COO)₂Zn. Безбарвні кристали, добре розчинні у всіх розчинниках будь-якої природи. Знаходить широке застосування як в хімічній, так і в медичній і харчовій промисловості. Використовується для лікування нозафарінгіта. Застосовується в якості харчової добавки Е650 - освіжає подих, попереджає поява нальоту на зубах, коли входить до складу жуйки. Його ж використовують для протруювання барвників, консервації деревини, виробництва пластмас та інших органічних синтезах. Практично скрізь грає роль інгібітору.
6. Йодид цинку - білі кристали, використовувані в рентгенографії, як електроліту в акумуляторах, як барвник для електронних Мікродослідження.
7. Чорні або темно-зелені кристали, які неможливо отримати прямим синтезом, так як цинк з азотом не реагує. Утворюються з аміакати металу. При високих температурах розкладається з вивільненням цинку, тому застосовується для його отримання.
8. Нітрат цинку. Безбарвні гігроскопічні кристали. Застосування цинку в такому вигляді здійснюється у текстильній та шкіряній промисловостях для протруєння тканин.

Сплави цинку

Як уже згадувалося вище, існує найпоширеніший сплав цинку - латунь. Саме він відомий з самої давнини і активно використовується людьми досі. Що ж він собою являє?

Латунь - це мідь і цинк, які гармонійно поєднуються з кількома іншими металами, що додають додатковий блиск, міцність і тугоплавкість сплаву. Цинк у складі як легуючий елемент, мідь - як основний. Колір матеріалу жовтий, блискучий, проте на відкритому повітрі у вологому середовищі здатний чорніти. Температура плавлення близько 950 ^проС, може варіюватися в залежності від вмісту цинку (чим більше його, тим температура нижче).

Матеріал добре прокочується в листи, труби, зварюється контактним способом. Має хороші технічні характеристики, тому з нього виготовляються наступні елементи :.

1. Деталі машин і різні технічні прилади.
2. Гільзи й штамповані вироби.
3. Гайки, болти, патрубки.
4. Арматури, втулки, антикорозійні деталі різних видів транспорту.
5. Деталі годин.

Велика частина видобутого у світі розглядається нами металу йде саме на виготовлення даного сплаву.

Ще один вид інтерметалічного сполуки - антимонід цинку. Формула його Zn₄Sb_3. Це також сплав, який використовується як напівпровідник в транзисторах, тепловізорах, магніторезистивних пристроях.

Очевидно, що застосування цинку та його сполук дуже широко і практично повсюдно. Цей метал так само популярний, як мідь і алюміній, срібло і золото, марганець і залізо. Особливо велике його значення в технічних цілях як антикорозійного матеріалу. Адже саме цинком покриваються різні сплави і вироби для захисту від цього руйнуючого природного процесу.

Біологічна роль

Що таке цинк з точки зору медицини та біології? Чи має він значення для життя організмів і наскільки воно велике? Виявляється, іони цинку просто обов`язково повинні бути присутніми в живих істотах. Інакше дефіцит призведе до наступних наслідків:

• анемії;
• зниженню інсуліну;
• алергії;
• втраті ваги і пам`яті;
• стомлюваності;
• депресії;
• погіршення зору;
• дратівливості і іншим.

Основні місця концентрації іонів цинку в організмі людини - це підшлункова залоза, печінку і м`язи. Також саме цей метал входить до складу більшості ферментів (наприклад, карбоангидраза). Тому більшість реакцій каталізу відбувається за участю цинку.

Що саме роблять іони?

1. Беруть участь у синтезі чоловічих гормонів і насінної рідини.
2. Сприяють засвоєнню вітаміну Е.
3. Беруть участь у розщепленні молекул алкоголю в організмі.
4. Є безпосередніми учасниками синтезу багатьох гормонів (інсуліну, гормону росту, тестостерону та інших).
5. Бере участь у кровотворенні і загоєнні пошкоджених тканин.
6. Регулює секрецію сальних залоз, підтримує нормальний ріст волосся і нігтів, сприяє регенераційні процеси в шкірі.
7. Має здатність усувати з організму токсини і зміцнювати імунітет.
8. Впливає на формування смакових відчуттів, а також нюху.
9. Бере участь у процесах транскрипції, обміні вітаміну А, нуклеїнових синтез і розпад.
10. Є учасником всіх стадій росту і розвитку клітини, а також супроводжує процес експресії гена.

Все це ще раз доводить, наскільки важливим елементом є даний метал. Роль його в біологічних системах була з`ясована тільки в XX столітті. Багатьох неприємностей і недуг в минулому можна було б уникнути, якби люди знали про лікування за допомогою препаратів на основі цинку.

Яким же чином можна підтримувати потрібну кількість цього елементу в організмі? Відповідь очевидна. Необхідно вживати продукти, що містять цинк. Список може бути довгим, тому вкажемо тільки ті, в яких максимальна кількість розглянутого елемента:

• горіхи і насіннячка;
• бобові;
• м`ясо;
• морепродукти, особливо, устриці;
• злаки і хліб;
• молочна продукція;
• зелень, овочі і фрукти.

Використання людиною

Ми вже в цілому позначали, в яких галузях і областях промисловості використовується цинк. Ціна на цей метал і його сплави досить висока. Наприклад, лист латуні розміром 0,6 х 1,5 приблизно оцінюють в 260 рублів. І це цілком виправдано, адже якість матеріалу досить висока.

Отже, металевий цинк, тобто як проста речовина, використовується:

• для покриття проти корозії на залізних і сталевих виробах;
• в акумуляторах;
• друкарні;
• як відновлювача і каталізатора в органічних синтезах;
• в металургії для виділення інших металів з їхніх розчинів.

Оксид цинку використовується не тільки в косметичних цілях, про які ми вже згадували, але і в якості наповнювача при виробництві гуми, як білий пігмент у фарбах.

Про те, де використовуються різні солі цинку, ми говорили при розгляді цих сполук. Очевидно, що в цілому цинк і його речовини - це важливі і значущі в промисловості, медицині та інших галузях компоненти, без яких багато процесів виявилися б неможливими або сильно утрудненими.