Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Цинкът или цинкът е 30-ият елемент на Периодичната таблица на химичните елементи на Менделеев и е обозначен със символа Zn. Използва се предимно при създаването на деформирани полуфабрикати и в състава на различни видове смеси. В чиста форма изглежда като крехък метал със синкаво-сребрист цвят, бързо се окислява и се покрива със защитен филм (оксид), което го прави забележимо тъп.

Добива се в Казахстан, Австралия, Иран и Боливия. Поради трудностите при определяне на метала, той често се нарича „усмивка“ .

Исторически фон

Името "цинк" за първи път се споменава в книгата "Liber Mineralium" на Парацелз. Според някои доклади, това означаваше "шип". Цинкова сплав с мед или месинг отдавна е известна. Той е бил използван в древна Гърция, Индия и Древен Египет, а по-късно материалът станал известен в Китай.

Чистият метал е получен едва през първата половина на XVIII век през 1738 г. в Обединеното кралство по метода на дестилация. Уилям Шампион стана неговият откривател. Индустриалното производство започва след 5 години, а през 1746 г. в Германия химикът Андреас Сигизмунд Маргграф разработва и описва подробно собствения си метод за производство на цинк . Той предложи използването на метода за калциниране на смес от метален оксид с въглища в огнеупорни реторти, направени от глина без въздух. Следващата кондензация на парата трябваше да се проведе в хладилника. Поради детайлното описание и старателното развитие на Маргграф често се нарича откривател на материята.

В началото на 19-ти век беше намерен метод за изолиране на метал чрез преобръщане при 100 ° С около -150 ° С. В началото на следващия век те се научили как да извличат цинк електролитно. В Русия първият метал е получен едва през 1905 година.

Физични свойства

  • Атомно число: 30.
  • Атомна маса: 65.37.
  • Атомни обеми: 9.15
  • Плътност: 7.133 g / cm3.
  • Точка на топене: 419.5 ° С.
  • Точка на кипене: 906 ° С.
  • Повърхностна енергия: 105 mJ / m 2 .
  • Електрическа проводимост: 16.2 * 10 -6 S / m.
  • Моларен топлинен капацитет: 25.4 J / (K * mol).
  • Моларен обем: 9.2 cm3 / mol.

Цинкът има слаби механични свойства, при нормална температура се разбива лесно и се разпада, но при температура от 100 ° С около -150 ° С става доста болезнено и лесно се поддава на деформация: изкова се, навива на листа. Обикновената вода за метал е безопасна, а киселини и основи лесно се корозира. Поради това, чист цинк не се използва за производството на части, само сплави.

Химични свойства

Външната електронна конфигурация на един цинков атом може да бъде записана като 3 d 10 4 s 2 . Металът е активен и е енергичен редуциращ агент. При температура 100 ° С на открито, тя е покрита с филм, състоящ се от основни карбонати, и става много тъп. При излагане на въглероден диоксид и висока влажност, елементът започва да се разпада. В кислородна или обикновена среда със силно нагряване, цинкът гори, образувайки синкав пламък и бял дим, който се състои от цинков оксид. Запалимо въздействие върху сухите елементи на цинка от флуор, бром и хлор, но само с участието на водни пари.

Когато се комбинират метални и силни минерални киселини, първите се разтварят, особено ако сместа се загрява, образуват се съответните соли . Алкалите, стопилките и разтворите окисляват веществото, в резултат на което цинкитите са разтворими във вода и се освобождава водород. Интензивността на действието на киселини и основи зависи от наличието на примеси в цинка. Колкото по-чист е металът, толкова по-слаб взаимодейства поради пренапрежение на водорода.

Съдържание в природата

Като самостоятелен елемент, цинкът не се среща в природата. Може да се извлече от 66 минерала, включително сфалерит, каламин, франклинит, цинкит, вилемит, смитсонит. Първият е най-често срещаният източник на метал, често наричан “цинкова бленда”. Състои се от цинков сулфид и примеси, които придават на минерала разнообразие от цветове. Това усложнява търсенето и правилното определение.

Можете да намерите цинк в кисели и вулканични скали - в последния е малко повече. Често металът под формата на сулфид, заедно с оловото, се намира в термалните води, мигрира в повърхностни и подземни източници.

Особености при топене

Температурата, необходима за топене на цинк, трябва да бъде по-малка от 419 ° C, но не повече от 480 ° C. В противен случай, отпадъците от метал ще се увеличат и износването на стените на банята, което е стандартно направено от желязо, ще се увеличи. В стопено състояние се допуска не повече от 0, 05% от примесите на желязото, в противен случай температурата, необходима по време на топенето, ще започне да нараства. Ако процентното съдържание на желязо надвишава 0, 2%, цинкът не може да се търкаля.

Цинкът се получава от полиметални руди, които могат да съдържат до 4% от елемента . Ако рудите са обогатени със селективна флотация, до 60% от цинковите концентрати могат да бъдат получени от тях, а останалите ще бъдат заети от концентрати от други метали. Цинкови концентрати се изгарят в пещи в кипящ слой, след което цинковият сулфид се превръща в оксид и се освобождава серен диоксид. Последният отива за сметка: от него се получава сярна киселина.

За прехвърляне на цинков оксид към самия метал се използват два метода.

  1. Дестилация или пирометалургия. Концентратът се изгаря, след това се синтерова, за да се осигури пропускливост на газ и гранулиране, и се редуцира с помощта на кокс или въглища при излагане на температура от 1200-1300 ° С. По време на реакцията се образуват метални пари, които се кондензират и изливат в калъпи. Чистотата на цинка достига 98.7%, след което може да се увеличи до 99.995% с помощта на ректификация, но последният метод е доста скъп и сложен.
  2. Електролитно или хидрометалургично. Калцинираните концентрати се третират със сярна киселина, разтворът се пречиства от примеси с цинков прах и се подлага на електролиза в вани, облицовани с олово или винилова пластмаса. Цинкът се отлага върху алуминиеви катоди, откъдето се събира и стопява в индукционни пещи. Чистотата на получения метал по този начин достига 99.95%.

Смеси и сплави

За повишаване на силата и повишаване на температурата на топене на метала се смесва с мед, алуминий, калай, магнезий и олово.

Най-известната и търсена сплав е месинг. Това е смес от мед с добавка на цинк, понякога има и калай, никел, манган, желязо, олово. Плътността на месинга достига 8700 kg / m 3 . Необходимата за топене температура се поддържа на около 880 ° С - 950 ° С: колкото по-високо е съдържанието на цинк в него, толкова е по-ниско. Сплавта перфектно се противопоставя на неблагоприятната външна среда, въпреки че тя се превръща в черна във въздуха, ако не е покрита с лак, тя е перфектно полирана и заварена чрез устойчивост на заваряване.

Има два вида месинг:

  1. Алфа-месинг: по-пластичен, добре се огъва при всякакво състояние, но е по-силен.
  2. Алфа + бета-месинг: деформира се само при нагряване, докато е по-устойчив на износване. Често легирани с магнезий, алуминий, олово и желязо. Това ви позволява да увеличите силата, но намалява еластичността.

Сплавът Zamak или Zamac се състои от цинк, алуминий, мед и магнезий . Самото име се формира от първите букви на латинските наименования: цинк - алуминий - магнезий - купфер / мед (цинк-алуминий-магнезий-мед). В СССР сплавта е известна като ЦАМ: Цинк-алуминий-мед. Активно използвано при леене под налягане, топенето започва при ниска температура (381 ° С - 387 ° С) и има нисък коефициент на триене (0.07). Тя има повишена здравина, която позволява да се получат продукти от сложна форма, които не се страхуват да се счупят: дръжки на вратите, голф клубове, щори за огнестрелно оръжие, аксесоари за сгради, различни видове крепежни елементи и риболовни съоръжения.

Малък процент цинк (не повече от 0.01%) се съдържа в стандартните сплави, използвани в печатарската индустрия за леене на типографски шрифтове и линии, печатни платки и машинни комплекти. Това са остарели смеси, на мястото на чист цинк, с малко добавяне на примеси.

Ниската температура, необходима за топене на цинк, често се компенсира от сплави с други метали, но се случва и обратното. Ако температурата, необходима за топене на „чистия” метал, е 419, 5 ° С, тогава сплавта с калай намалява до 199 ° С, а с калай и води до 150 ° С. И въпреки че такива сплави могат да бъдат споени и варени, най-често смесите с цинк се използват само за запечатване на съществуващите дефекти поради тяхната слаба сила. Например, сплав от калай, олово и цинк се препоръчва да се използва само върху никелирани продукти.

Най-често цинковите сплави се използват за създаване на карбуратори, скоростомерни рамки, радиаторни решетки, хидравлични спирачки, помпи и декоративни елементи, части за перални машини, миксери и кухненско оборудване, шкафове за часовници, пишещи машини, касови апарати и домакински уреди. Тези части не могат да се използват в промишленото производство: когато температурата се повиши до 100 ° С, силата на продукта намалява с една трета, а твърдостта - с почти 40%. Когато температурата падне до 0 ° C , цинкът става твърде крехък, което може да доведе до счупване.

приложение

Цинкът е един от най-търсените метали в света: той е на трето място по производство сред цветни метали, на второ място само с мед и алуминий. Това допринася за неговата ниска цена. Най-често се използва за защита срещу корозия и като част от сплав, като месинг.

  1. В металургията цинкът е особено ценен. Прилага се с тънък слой върху стоманената повърхност на много метални конструкции, за да ги защити напълно от ръжда на механично и химическо ниво. Той консумира до 40% от цялата продукция. Тъй като цинкът, за разлика от никел, кобалт, калай и кадмий, е по-активен от желязото, той за пръв път започва да контактува с неблагоприятна външна среда, напълно защитавайки основата.
  2. Чистият метал се използва за възстановяване на благородни метали след извличане. Също с негова помощ златото и среброто се добиват от груб олово.
  3. Цинкът е най-електропозитивният метал, практически не реагиращ на вода. Това направи възможно създаването на голям брой различни химически източници на ток: въздушно-цинкови, сребърно-цинкови, живачно-цинкови, „сухи” елементи от лекланче.
  4. Цинковият прах се използва в фойерверките и пиротехниката за създаване на син огън, в боя, особено в цинково бяло - за антикорозионна защита и по-добра адхезия към основата. Използва се също за извличане на благородни метали от цианидни разтвори и за пречистване на разтвор на цинков сулфат от кадмий и мед.
  5. При печатането, цинкът се използва за леене на шрифтове и печат на илюстрации: цинкографията се използва от 19-ти век. В същото време типографското клише се приготвя на цинкова база с малко - не повече от 5% - добавяне на други метали. Преди всяко ецване плаката се отгрява и се навива в нагрято състояние.
  6. В медицината, цинковият оксид се използва като антисептик в мехлеми "Паста Ласара", "Судокрем", "Цинков мехлем", както и като прах, пасти за зъби и материал за циментиране на зъбите. Нанесете метал за създаване на бактерицидни тавани и самопочистващи се повърхности. Преди това цинкът се използва за фотокаталитично пречистване на водата в индустриален мащаб.

В живите организми

Човешкото тяло съдържа около 2 грама цинк, около 400 ензима го съдържат. Последните включват ензими, които катализират хидролизата на протеини, естери и лептиди, полимеризация на РНК и ДНК, образуването на алдехиди. Чистият елемент се намира в мускулите, панкреаса и черния дроб. Мъжете се нуждаят от 11 mg цинк на ден, жените 8 mg.

В тялото цинкът изпълнява следните функции:

  1. Нормализира активността на простатата;
  2. Насърчава метаболизма на витамин Е;
  3. Участва в синтеза на анаболни хормони: растежен хормон, инсулин, тестостерон и други;
  4. Участва в производството на мъжки хормони и сперма;
  5. Помага за разграждането на алкохола в тялото.

При липса на елемент в тялото, има бърза умора, раздразнителност, загуба на паметта, загуба на зрение и тегло без обективна причина, алергични атаки и депресивно състояние. Намалява се нивото на инсулин и натрупването в организма на някои елементи: желязо, олово, мед, кадмий.

В храната

Елементът се съдържа в месо, сирене, сусам, стриди, шоколад, бобови растения, овесени ядки, слънчоглед и тиквени семки, често в минерална вода. Най-високият процент цинк се съдържа в следните продукти (на база 100 грама):

  1. Стриди (до 40 mg), аншоа (1.72 mg), октопод (1.68 mg), шаран (1.48 mg), хайвер (до 1 mg), херинга (около 1 mg).
  2. Тиквени семки (10 mg), сусам (7 mg), слънчогледови семки (5, 3 mg), фъстъци (4 mg), орехи (3 mg), бадеми (3 mg).
  3. Говеждо (до 8, 4 mg), агнешко (до 6 mg), говеждо черен дроб (4 mg), свинско месо (до 3, 5 mg), пиле (до 3, 5 mg).
  4. Какао на прах без захар и подсладители (6, 81 mg), чист горчив шоколад (2, 3 mg), шоколадови бонбони (до 2 mg в зависимост от количеството и вида на шоколада).
  5. Леща (4, 78 mg), овес (3, 97 mg), пшеница (3, 46 mg), соя (3 mg), ръж (2, 65 mg), хляб (до 1, 5 mg), зелен грах (1.24 mg), грах (1.2 mg), бамбукови издънки (1.1 mg), ориз (1 mg), зърнени бисквити (до 1 mg).
  6. Твърдо сирене (до 4 mg).

Опасност за хората

Отравяне с цинк обикновено настъпва при продължително вдишване на неговите пари . Първите признаци са силна жажда, загуба на апетит, сладък вкус в устата. Често има умора, сънливост, суха кашлица, чувство на слабост, натиск на болка в гърдите. Продължителното излагане може да доведе до безплодие, анемия, забавяне на развитието. В живота опасността е галванизирани ястия, в които храната се съхранява дълго време.

Помогнете на развитието на сайта, споделяйки статията с приятели!

Категория:

Металообработване