Цинк (химич. элемент)

Большая Советская Энциклопедия. Статьи для написания рефератов, курсовых работ, научные статьи, биографии, очерки, аннотации, описания.


А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я 1 2 3 4 8 A L M P S T X
ЦА ЦВ ЦД ЦЕ ЦЁ ЦЗ ЦИ ЦК ЦМ ЦН ЦО ЦР ЦС ЦУ ЦХ ЦЫ ЦЭ ЦЮ ЦЯ
ЦИА
ЦИБ
ЦИВ
ЦИГ
ЦИЗ
ЦИК
ЦИЛ
ЦИМ
ЦИН
ЦИО
ЦИП
ЦИР
ЦИС
ЦИТ
ЦИФ
ЦИХ
ЦИЦ

Цинк (лат. Zincum), Zn, химический элемент II группы периодической системы Менделеева; атомный номер 30, атомная масса 65,38, синевато-белый металл. Известно 5 стабильных изотопов с массовыми числами 64, 66, 67, 68 и 70; наиболее распространён 64Zn (48,89%). Искусственно получены 9 радиоактивных изотопов, среди которых наиболее долгоживущий 65Zn с периодом полураспада T1/2 = 245 сут; применяется как изотопный индикатор.

Историческая справка. Сплав Цинк (химич. элемент) с медью — латунь — был известен ещё древним грекам и египтянам. Чистый Цинк (химич. элемент) долгое время не удавалось выделить. В 1746 А. С. Маргграф разработал способ получения металла прокаливанием смеси его окиси с углём без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров Цинк (химич. элемент) в холодильниках. В промышленном масштабе выплавка Цинк (химич. элемент) началась в 17 в.

  Распространение в природе. Среднее содержание Цинк (химич. элемент) в земной коре (кларк) — 8,3×10-3% по массе, в основных изверженных породах его несколько больше (1,3×10-2%), чем в кислых (6×10-3%). Известно 66 минералов Цинк (химич. элемент), важнейшие из них — цинкит, сфалерит, виллемит, каламин, смитсонит, франклинит ZnFe2O4. Цинк (химич. элемент) — энергичный водный мигрант; особенно характерна его миграция в термальных водах вместе с Pb; из этих вод осаждаются сульфиды Цинк (химич. элемент), имеющие важное промышленное значение (см. Полиметаллические руды). Цинк (химич. элемент) также энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах; главным осадителем для него является H2S, меньшую роль играет сорбция глинами и др. процессы. Цинк (химич. элемент) — важный биогенный элемент; в живом веществе содержится в среднем 5×10-4% Цинк (химич. элемент), но имеются и организмы-концентраторы (например, некоторые фиалки).

  Физические и химические свойства. Цинк (химич. элемент) — металл средней твёрдости. В холодном состоянии хрупок, а при 100—150 °С весьма пластичен и легко прокатывается в листы и фольгу толщиной около сотых долей миллиметра. При 250 °С вновь становится хрупким. Полиморфных модификаций не имеет. Кристаллизуется в гексагональной решётке с параметрами а = 2,6594 , с = 4,9370 . Атомный радиус 1,37 ; ионный Zn2+ — 0,83 . Плотность твёрдого Цинк (химич. элемент) 7,133 г/см3(20 °С), жидкого 6,66 г/см3 (419,5 °С); tпл 419,5 °С; tкип 906 °С. Температурный коэффициент линейного расширения 39,7×10-6 (20—250 °С), коэффициент теплопроводности 110,950 вт/(м×К) 0,265 кал/см×сек×°С (20 °С), удельное электросопротивление 5,9×10-6ом×см (20 °С), удельная теплоёмкость Цинк (химич. элемент) 25,433 кдж/(кг×К) [6,07 кал/г×оС)]. Предел прочности при растяжении 200—250 Мн/м2 (2000—2500 кгс/см2), относительное удлинение 40—50%, твёрдость по Бринеллю 400—500 Мн/м2 (4000—5000 кгс/см2). Цинк (химич. элемент) диамагнитен, его удельная магнитная восприимчивость — 0,175×10-6.

  Внешняя электронная конфигурация атома Zn 3d104s2. Степень окисления в соединениях +2. Нормальный окислительно-восстановительный потенциал, равный 0,76 в, характеризует Цинк (химич. элемент) как активный металл и энергичный восстановитель. На воздухе при температуре до 100 °С Цинк (химич. элемент) быстро тускнеет, покрываясь поверхностной плёнкой основных карбонатов. Во влажном воздухе, особенно в присутствии СО2, происходит разрушение металла даже при обычных температурах. При сильном нагревании на воздухе или в кислороде Цинк (химич. элемент) интенсивно сгорает голубоватым пламенем с образованием белого дыма цинка окиси ZnO. Сухие фтор, хлор и бром не взаимодействуют с Цинк (химич. элемент) на холоду, но в присутствии паров воды металл может воспламениться, образуя, например, ZnCl2. Нагретая смесь порошка Цинк (химич. элемент) с серой даёт сульфид Ц. ZnS. Сульфид Цинк (химич. элемент) выпадает в осадок при действии сероводорода на слабокислые или аммиачные водные растворы солей Zn. Гидрид ZnH2 получается при взаимодействии LiAIH4 с Zn (CH3)2 и др. соединениями Цинк (химич. элемент); металлоподобное вещество, разлагающееся при нагревании на элементы. Нитрид Zn3N2чёрный порошок, образуется при нагревании до 600 °С в токе аммиака; на воз духе устойчив до 750 °С, вода его разлагает. Карбид Цинк (химич. элемент) ZnC2 получен при нагревании Цинк (химич. элемент) в токе ацетилена. Сильные минеральные кислоты энергично растворяют Цинк (химич. элемент), особенно при нагревании, с образованием соответствующих солей. При взаимодействии с разбавленными HCl и H2SO4 выделяется H2, а с HNO3 — кроме того, NO, NO2, NH3. С концентрированными HCl, H2SO4 и HNO3 Цинк (химич. элемент) реагирует, выделяя соответственно H2, SO2, NO и NO2. Растворы и расплавы щелочей окисляют Цинк (химич. элемент) с выделением На и образованием растворимых в воде цинкатов. Интенсивность действия кислот и щелочей на Цинк (химич. элемент) зависит от наличия в нём примесей. Чистый Цинк (химич. элемент) менее реакционноспособен по отношению к этим реагентам из-за высокого перенапряжения на нём водорода. В воде соли Цинк (химич. элемент) при нагревании гидролизуются, выделяя белый осадок гидроокиси Zn (OH)2 (см. Амфотерность). Известны комплексные соединения, содержащие Цинк (химич. элемент), например [Zn (NH3)4] SO4 и др.

  Получение. Цинк (химич. элемент) добывают из полиметаллических руд, содержащих 1—4% Zn в виде сульфида, а также Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руды обогащают селективной флотацией, получая цинковые концентраты (50—60% Zn) и одновременно свинцовые, медные, а иногда также пиритные концентраты. Цинковые концентраты обжигают в печах в кипящем слое, переводя сульфид Ц. в окись ZnO; образующийся при этом сернистый газ SO2 расходуется на производство серной кислоты. От ZnO к Zn идут двумя путями. По пирометаллургическому (дистилляционному) способу, существующему издавна, обожжённый концентрат подвергают спеканию для придания зернистости и газопроницаемости, а затем восстанавливают углём или коксом при 1200—1300 °С: ZnO + С = Zn + CO. Образующиеся при этом пары металла конденсируют и разливают в изложницы. Сначала восстановление проводили только в ретортах из обожжённой глины, обслуживаемых вручную, позднее стали применять вертикальные механизированные реторты из карборунда (см. Огнеупоры), затем — шахтные и дуговые электропечи; из свинцово-цинковых концентратов Цинк (химич. элемент) получают в шахтных печах с дутьём. Производительность постепенно повышалась, но Цинк (химич. элемент) содержал до 3% примесей, в том числе ценный кадмий. Дистилляционный Цинк (химич. элемент) очищают ликвацией (т. е. отстаиванием жидкого металла от железа и части свинца при 500 °С), достигая чистоты 98,7%. Применяющаяся иногда более сложная и дорогая очистка ректификацией даёт металл чистотой 99,995% и позволяет извлекать кадмий.

  Основной способ получения Цинк (химич. элемент) — 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 (химич. элемент) осаждается на алюминиевых катодах, с которых его ежесуточно удаляют (сдирают) и плавят в индукционных печах. Обычно чистота электролитного Цинк (химич. элемент) 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.

  Применение. Около половины производимого Цинк (химич. элемент) расходуется на защиту стали от коррозии (см. Цинкование).

Поскольку Цинк (химич. элемент) в ряду напряжений стоит до железа, то при попадании оцинкованного железа в коррозионную среду разрушению подвергается Цинк (химич. элемент) Благодаря хорошим литейным качествам и низкой температуре плавления из Цинк (химич. элемент) отливают под давлением различные мелкие детали самолётов и др. машин. Сплавы меди с Цинк (химич. элемент) — латунь, нейзильбер, а также Цинк (химич. элемент) со свинцом и др. металлами широко применяются в технике (см. Цинковые сплавы). Цинк (химич. элемент) даёт с золотом и серебром интерметаллиды (нерастворимые в жидком свинце) и поэтому Цинк (химич. элемент) применяется для рафинирования свинца от благородных металлов. В виде порошка Цинк (химич. элемент) служит восстановителем в ряде химико-технологических процессов: в производстве гидросульфита, при осаждении золота из промышленных цианистых растворов, меди и кадмия при очистке растворов цинкового купороса и др. Многие соединения Цинк (химич. элемент) являются люминофорами, например три основных цвета на экране кинескопа зависят от ZnS×Ag (синий цвет), ZnSe×Ag (зелёный цвет) и Zn3(PO4)2×Mn (красный цвет). Важными полупроводниковыми материалами служат соединения Цинк (химич. элемент) типа AIIBVI — ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO. Магнитно-мягкими ферритами отечественных марок МН и HH являются соответственно марганеци никель-цинковые шпинели.

  Наиболее распространённые химические источники тока (например, Лекланше элемент, окиснортутный элемент) имеют в качестве отрицательного электрода Цинк (химич. элемент)

  Н. Н. Севрюков.

 

Цинк (химич. элемент) в организме. Цинк (химич. элемент) как один из биогенных элементов постоянно присутствует в тканях растений и животных. Среднее содержание Цинк (химич. элемент) в большинстве наземных и морских организмов — тысячные доли процента. Богаты Цинк (химич. элемент) грибы, особенно ядовитые, лишайники, хвойные растения и некоторые беспозвоночные морские животные, например устрицы (0,4% сухой массы). В зонах повышенных содержаний Цинк (химич. элемент) в горных породах встречаются концентрирующие Цинк (химич. элемент) т. н. галмейные растения. В организм растений Цинк (химич. элемент) поступает из почвы и воды, животных — с пищей. Суточная потребность человека в Цинк (химич. элемент) (5—20 мг) покрывается за счёт хлебопродуктов, мяса, молока, овощей; у грудных детей потребность в Цинк (химич. элемент) (4—6 мг) удовлетворяется за счёт грудного молока.

  Биологическая роль Цинк (химич. элемент) связана с его участием в ферментативных реакциях, протекающих в клетках. Он входит в состав важнейших ферментов: карбоангидразы, различных дегидрогеназ, фосфатаз, связанных с дыханием и др. физиологическими процессами, протеиназ и пептидаз, участвующих в белковом обмене, ферментов нуклеинового обмена (РНКи ДНК-полимераз) и др. Цинк (химич. элемент) играет существенную роль в синтезе молекул информационной РНК на соответствующих участках ДНК (транскрипция), в стабилизации рибосом и биополимеров (РНК, ДНК, некоторые белки).

  В растениях наряду с участием в дыхании, белковом и нуклеиновом обменах Цинк (химич. элемент) регулирует рост, влияет на образование аминокислоты триптофана. повышает содержание гиббереллинов. Цинк (химич. элемент) стабилизирует макромолекулы различных биологических мембран и может быть их интегральной частью, влияет на транспорт ионов, участвует в надмолекулярной организации клеточных органелл. В присутствии Цинк (химич. элемент) в культуре Ustilago sphaerogena формируется большее число митохондрий, при недостатке Цинк (химич. элемент) у Euglena gracilis исчезают рибосомы. Цинк (химич. элемент) необходим для развития яйцеклетки и зародыша (в его отсутствии не образуются семена). Он повышает засухо-, жарои холодостойкость растений. Недостаток Цинк (химич. элемент) ведёт к нарушению деления клеток, различным функциональным болезням — побелению верхушек кукурузы, розеточности растений и др. У животных, помимо участия в дыхании и нуклеиновом обмене, Цинк (химич. элемент) повышает деятельность половых желёз, влияет на формирование скелета плода. Показано, что недостаток Цинк (химич. элемент) у грудных крыс уменьшает содержание РНК и синтез белка в мозге, замедляет развитие мозга. Из слюны околоушной железы человека выделен цинксодержащий белок; предполагается, что он стимулирует регенерацию клеток вкусовых луковиц языка и поддерживает их вкусовую функцию. Цинк (химич. элемент) играет защитную роль в организме при загрязнении среды кадмием.

  М. Я. Школьник.

 

Медицинское значение Цинк (химич. элемент) Дефицит Цинк (химич. элемент) в организме ведёт к карликовости, задержке полового развития; при его избыточном поступлении в организм возможны (по экспериментальным данным) канцерогенное влияние и токсическое действие на сердце, кровь, гонады и др. Производственные вредности могут быть связаны с неблагоприятным воздействием на организм как металлического Цинк (химич. элемент), так и его соединений. При плавке цинкосодержащих сплавов возможны случаи литейной лихорадки. Препараты Цинк (химич. элемент) в виде растворов (сульфат Ц.) и в составе присыпок, паст, мазей, свечей (окись Цинк (химич. элемент)) применяют в медицине как вяжущие и дезинфицирующие средства.

  А. А. Каспаров, Г. Н. Красовский.

 

  Лит.: Краткая химическая энциклопедия, т. 5, М., 1967; Лакерник М. М., Пахомова Г. Н., Металлургия цинка и кадмия, М., 1969; Севрюков Н. Н., Кузьмин Б. А., Челищев Е, В., Общая металлургия, М., 1976; Парибок Т. А., О роли цинка в метаболизме, в сборнике: Биологическая роль микроэлементов и их применение в сельском хозяйстве и медицине, М., 1974; Ковальский В. В., Геохимическая экология, М., 1974; Школьник М. Я., Микроэлементы в жизни растений, Л., 1974; Пейве Я. В., Микроэлементы и ферменты, в сборнике: Физиологическая роль и практическое применение микроэлементов, Рига, 1976; Bowen Н. J. М., Trace elements in biochemistry, L. — N. Y., 1966; Движков П. П., Соединения цинка, в кн.: Многотомное руководство по патологической анатомии, под ред. А. И. Струкова, т. 8, кн. 1, М., 1962; Вредные вещества в промышленности, под ред. Н. В. Лазарева, [т.] 2, М. — Л., 1965.

 

Так же Вы можете узнать о...


Эксцентрик (механич.) Эксцентрик (от лат. ех — приставка, означающая отделение, и centrum — центр), круглый диск, ось вращения которого не совпадает с его геометрической осью.
Авторизованный перевод, перевод, просмотренный и одобренный автором или сделанный с согласия автора.
Аппроксимация (от лат. approximo — приближаюсь), замена одних математических объектов другими, в том или ином смысле близкими к исходным.
Башмачок (Cypripedium), венерин башмачок, род многолетних травянистых растений семейства орхидных.
Британия (лат. Britannia), одно из древних названий Англии (Великобритании): произошло от бриттов — основного населения страны в 8 в.
Виллафранкское перемирие 1859, заключено в Виллафранке (Villafranca, Северная Италия) 11 июля между Францией и Австрией по инициативе первой, сепаратно от Сардинского королевства (Пьемонта) — союзника Франции по австро-итало-французской войне 1859.
Гармония (соразмерность) Гармония (греч. harmonia — связь, стройность, соразмерность), соразмерность частей и целого, слияние различных компонентов объекта в единое органическое целое.
Гоцци Карло Гоцци (Gozzi) Карло (13. 12. 1720, Венеция, — 4.
Джурбай, степной жаворонок (Melanocorypha calandra), птица семейства жаворонков.
Жоффруа Сент-Илер Этьенн Жоффруа Сент-Илер (Geoffroy Saint-Hilaire) Этьенн (15.
Интегральное стереокино, стереоскопическое кино, в котором объёмно-пространственный образ создаётся в результате одновременной проекции на растровый экран не двух, как в однопарном стереоскопическом кино, а многих плоских взаимосвязанных между собой изображений (кадров), хотя зритель видит из них в каждое мгновение только 2 изображения: одно — левым, а другое — правым глазом.
Карты рельефа, карты, отображающие рельеф земной поверхности или морского дна.
Коми-Пермяцкий национальный округ в составе Пермской области РСФСР.
Ксенофонтов Иван Ксенофонтович (29.8.1884, Москва, — 23.