Сторінка
1

Характеристика хімічного елементу - цинк

План

1. Загальна характеристика елемента.

2. Трохи історії.

3. Металевий цинк.

4. Сплави цинку.

5. Сполуки Цинку.

6. Біологічна роль Цинку.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЕЛЕМЕНТА

Елемент Цинк (Zn) у таблиці Менделєєва має порядковий номер ЗО. Він знаходиться в IV періоді II групи. Атомна вага — 65,37. Електронна конфігура­ція Is22s22p63s23p63dlo4s2.

Цинкявляє собою синювато-білий метал, що плавиться при419 °С,апри913 °С перетворюється на пару; густина його дорівнює 7,14 г/см3. У нормальних умовах цинк досить крихкий, але при 100—110 °С він добре гнеться й прокочується в лис­ти. При звичайній температурі на повітрі цинк вкривається тонким шаром оксиду або основного карбонату, який вберігає його від подальшого окиснювання. Вода майже не діє на цинк, тому що утворений на поверхні цинку при взаємодії з водою гідроокис практично нерозчинний і перешкоджає подальшому протіканню ре­акції. У кислотах цинк легко розчиняється, як і в лугах.

ТРОХИ ІСТОРІЇ

Сполуки Цинку і його сплавів відомі людству з глибокої давнини, а металевий цинк був отриманий значно пізніше, ніж залізо, свинець, олово. Це пояснюєть­ся тим, що звичайні способи плавлення руди з вугіллям тут не досягали мети; щоб відновити цинк, його треба швидко нагріти до температури близько 1000 °С, але при цьому він кипить і у вигляді пари втрачається разом із димовими газами. Тільки після того як навчилися конденсувати пари цинку в глиняному посуді, стало можливим отримання металу у вільному стані. Вважається, що такий дис­тиляційний спосіб отримання вільного цинку вперше був винайдений у Китаї.

Латунь (сплав міді з цинком) була відома грекам, індійцям та іншим на­родам Сходу, які вживали її для виготовлення різних предметів домашнього побуту, художнього лиття й прикрас. Приготування латуні відновленням особ­ливої землі (так називали в давнину багато мінералів, що містили Цинк, різ-

ниці між якими не проводили) кадмію вугіллям у присутності міді описує Аріс-тотель (IV ст. до н. е.), Пліній Старший, Гомер. Пліній Старший (І ст. до н.е.) описує лікарські засоби, що містять цинк, які вживалися для загоєння ран і при лікуванні очних хвороб.

У доісторичних дакійських руїнах у Трансільванії був знайдений ідол, відли­тий зі сплаву, що містить 87 % цинку. Отримання металевого цинку з галію Zn4(Si2O,)-H2O вперше описує Страбон (І ст. до н. е.). Цинк у цей період називали тутією або фальшивим сріблом.

У X—XI ст. до н. е. мистецтво отримання цинку в Європі було втрачено, і він ввозився сюди під назвою індійського олова з Китаю та Індії.

Наприкінці XIII ст. н. е. італійський мандрівник Марко Поло описав спосіб отримання металевого цинку в Персії. У 1637 році метод виплавки цинку і його властивості описуються в китайській книзі «Циян конг кан у». Здавалося б, якщо метод отримання описаний у літературі, то його легко могли перейняти інші народи й застосовувати в себе на батьківщині. Але цього не трапилося. Економічна і культурна роз'єднаність народів Європи, слабкі транспортні зв'язки, а головне, прагнення багатьох вчених описувати свої відкриття незрозумілою мовою — все це перешкоджало швидкому поширенню технічних досягнень.

Вторинне отримання цинку в Європі стало відомим на початку XVI ст., коли про спосіб його виплавки згадують у своїх творах Георг Агрикола (1494— 1555 pp.) і Теофраст Парацельс (1494—1541 pp.). Однак і.після цього цинк в Європі був великою рідкістю, що тривало майже до кінця XVIII ст.

Назва ж «цинк» походить від латинського слова, що позначає більмо або білий наліт і вперше зустрічається в Парацельса в 1530 році. Роберт Бойль назвав цинк «спелтером», М. Ломоносов у 1742 році запропонував назву «цинк», але вона не мала успіху. Найчастіше цинк називали «шпіаутер».

У 8-ому виданні «Основ хімії» (1906) Д. І. Менделєєв ужив сучасну назву цинку, але поряд із цим ставить у дужках його назву — «шпіаутер».

МЕТАЛЕВИЙ ЦИНК

У XVI ст. були здійснені перші спроби виплавити цинк у заводських умовах. Але виробництво «не пішло», технологічні труднощі виявилися нездоланними. Цинк намагалися одержувати так, як інші метали. Руду обпалювали, перетворюючи цинк на оксид, а потім цей оксид відновлювали з вугіллям. Цинк, природно, відновлю­вався, взаємодіючи з вугіллям, але . не виплавлявся. Не виплавлявся тому, що цей метал уже в плавильній печі випаровувався — температура його кипіння всього 906 °С. А в печі було повітря. Зустрічаючись із ним, пари активного цинку реагува­ли з киснем, утворювався вихідний продукт — цинк оксид.

Налагодити цинкове виробництво в Європі вдалося лише після того, як руду почали відновлювати в закритих ретортах без доступу повітря. Приблизно так само «чорновий» цинк одержують і зараз, а очищають його рафінуванням.

Чисто цинкові руди в природі майже не зустрічаються. Сполуки Цинку вхо­дять до складу поліметалевих руд. Отримані при збагаченні руди цинкові кон­центрати містять 48—65 % цинку, до 2 % міді, 2 % свинцю, 12 % заліза.

Зараз приблизно половину цинку одержують пірометалургійним способом.

При різкому охолодженні пари цинку відразу ж, минаючи рідкий стан, пере­творюються на твердий пил. Це трохи ускладнює виробництво, хоча елементар­ний Цинк вважається нетоксичним. У піротехніці цинковий пил застосовують, щоб

отримати блакитне полум'я. Цинковий пил використовується у виробництві рідкісних і благородних металів. Зокрема, таким цинком витісняють золото й срібло з ціаністих розчинів. Як не парадоксально, але при отриманні самого цинку (і кад­мію) гідрометалургійним способом застосовується цинковий пил — для очищен­ня розчину купрум сульфату й кадмію. Але це ще не все. Ви ніколи не замислюва­лися, чому металеві мости, прольоти заводських цехів та інші великогабаритні ви­роби найчастіше забарвлюють у сірий колір?

Головна складова частина застосовуваної у всіх цих випадках фарби — той самий цинковий пил. Змішаний з цинк оксидом і лляною олією, він перетво­рюється на фарбу, яка чудово вберігає від корозії. Ця фарба до того ж дешева, пластична, добре прилипає до поверхні металу і не відшаровується при темпера­турних перепадах.