новости бизнеса
компании и предприятия
нефтехимические компании
продукция / логистика
торговый центр
ChemIndex
новости науки
работа для химиков
химические выставки
лабораторное оборудование
химические реактивы
расширенный поиск
каталог ресурсов
электронный справочник
авторефераты
форум химиков
подписка / опросы
проекты / о нас


контакты
поиск
   

главная > справочник > химическая энциклопедия:

Цинк


выберите первую букву в названии статьи: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Цинк (лат. Zincum), Zn, химический элемент II гр. периодической системы; ат. н. 30, ат. м. 65,39. Природный цинк состоит из 5 стабильных нуклидов. 64Zn (48,6%), 66Zn (27,9%), 67Zn (4,1%), 68Zn (18,8%) и 70Zn (0,6%). Известен ряд радиоактивных нуклидов. важнейший из них - 65Zn с Т1/2 244 сут. Конфигурация внешних электронных оболочек атома 3d104s2; степень окисления + 2; энергия ионизации при последовательном переходе от Zn0 к Zn3+ 9,39, 17,96 и 39,70 эВ; сродство к электрону 0,09 эВ; электроотрицательность по Полингу 1,66; атомный радиус 0,139 нм, ионный радиус (в скобках указано координационное число) Zn2+ 0,060 нм (4), 0,068 нм (5), 0,0740 нм (6), 0,090 нм (8).

Содержание цинк в земной коре 7-10-3 % по массе, в воде морей и океанов 0,01 мг/л. Известно более 70 минералов цинк, из них важнейшие: сфалерит (цинковая обманка) - кубическая модификация ZnS, его светлая разновидность - клейофан, черная - марматит; вюрцит (вюртцит) - гексагон. модификация ZnS; смитсонит ZnCO3; каламин Zn4(OH)2Si2O7 хH2O; цинкит ZnO; виллемит Zn2SiO4; франклинит ZnFe2O4. Минералы цинк обычно ассоциируются с минералами Рb и Сu в полиметаллических рудах. Постоянные спутники цинк в рудах -рассеянные элементы - Cd, In, а также Ge, Ga, Tl.

Свойства. цинк - голубовато-белый металл. Кристаллическая решетка гексагональная плотноупакованная, а - 0,26649 нм, с = 0,49468 нм, z = 2, пространств. группа С6/mmm; т. пл. 419,58 °С, т. кип. 906,2 oС; плотн. 7,133 г/см3; 25,4 Дж/(моль х К); 7,2 кДж/моль, 115,3 кДж/моль, 41,6 Дж/(моль х К); уравнения температурной зависимости давления пара. lg p (мм рт.ст.) = 10,084 —6910/T + 0,192 lg Т+ 0,524 x 10-2 (298 - 692,7К), lg p (мм рт. ст.) = 8,242 - 6294/T - 0,015 lg Т (692,7 - 1164К); температурный коэффициент линейного расширения 25,0 x 10-6 (273 - 373К); теплопроводность 116,0 Вт/(м x К); r 5,92 мкОм x см, температурный коэффициент r 3,7 x 10-3К-1 (298-398К). Ниже 0,825 К цинк-сверхпроводник. Диамагнитен, магнитная восприимчивость -0,175 x 10-9. Модуль упругости цинк 99,2 ГПа (293К); 70-100 МПа; относит, удлинение 20-60%; твердость по Бринеллю для отожженного образца 412 МПа. При комнатной температуре цинк хрупок, при 100-150 °С становится пластичным и прокатывается в тонкие листы и проволоку, при 200-250 °С становится очень хрупок, может быть истолчен в порошок.

ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЦИНКА

Показатель
Zn3P2
ZnSb
ZnAl2O3
Zn[B2O3(OH)5] x H2O
ZnCO3
Zn2SiO4
Zn3(PO4)2
Zn3(AsO4)2 х 4Н2O
ZnWO4
Цвет
Серо-стальной
Серый
Зеленый
Бесцв.
Бесцв.
Бесцв.
Бесцв.
Бесцв.
Бесцв.
Сингония
Тетрагон. а
Ромбич.
Кубич.
Ромбич.
Тригон.
Тригон.
Моноклинная в
Триклинная г
Моноклинная д
Параметры решетки, нм: а
0,8097
0,6212
0,80883
0,755
0,465
1,394
0,814
0,599
0,469
b
_
0,7741
_
0,895
-
-
0,563
0,763
0,574
с
1,145
0,8115
1,010
1,503
0,9309
1,504
0,543
0,496
Число формуль-ных единиц в ячейке
-
8
8
4
6

18
4
1
2
Пространств/ группа
Р42птс
Рbса
Fd3m
Рпта
R3с
R3
С2/с
Р2/с
Т пл., °С
1193
546
1950б
1512
1060
1200
Плотн., г/см3
4,54
6,36
4,58
2,44
4,40
4,103
4,0
3,79
7,79
Сор,Дж/(моль х К)
80,1
123,3
-
126
DHообр, кДж/моль
190,6
-16,8
-2067
-818
-1641
-2900
-1230,6
298,Дж/(молль х К)
82,4
131,4
129,9

а Т-ра полиморфного перехода 880 оС. б Т-ра разложения. = 105,13°. При 940 °С переходит в другую моноклинную форму. = 94,18°, = 91,12е, = 92,6°. = 89,5°.

Стандартный электродный потенциал цинк -0,76 В. Компактный цинк тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем цинка оксида. влажный воздух, особенно в присутствии СО2, постепенно разрушает цинк при комнатной температуре. При сильном нагревании на воздухе цинк сгорает с образованием ZnO. Пары воды при красном калении реагируют с цинк с выделением Н2. Цинк обычной чистоты легко взаимодействует с кислотами с образованием солей и с растворами щелочей с образованием гидроцинкатов, например Na2[Zn(OH)4], растворим в растворах NH3 и солей аммония, FеС13, вытесняет Сu, Cd и др. более электроположит. металл. из растворов их солей. Цинк высокой чистоты почти не реагирует ни с кислотами, ни с растворами щелочей. цинк не взаимодействует с Н2, но Н2 незначительно растворим в цинк при повышенных температурах. Электролитический цинк может содержать до 1 см3 Н2 на 1 г металл.. Гидрид ZnH2 получают косвенными методами, например действием LiA1H4 на Zn(CH3)2 в диэтиловом эфире. устойчив в отсутствие влаги, медленно разлагается водой, быстро - кислотами; не растворяется в эфире. С N2 цинк не реагирует, с NH3 при 550-600 °С образует нитрид Zn3N2, который устойчив на воздухе, разлагается водой.

С галогенами выше температуры плавления (в присутствии паров воды - при комнатной температуре) цинк образует цинка галогениды, с халькогенами при нагревании - цинка халькогенидыКипящий цинк растворяет незначительное количество углерода. Сообщения о синтезе карбида действием ацетилена на цинк не подтвердились, но получены тройные карбиды, например Ni3ZnC. Растворимость Si в металлический цинк 0,06% при 600 °С и увеличивается с ростом температуры. Силициды цинка, как и бориды. неизвестны. В расплавленном цинка растворяется до 15% Р. При действии паров Р на цинк при нагревании образуются фосфиды Zn3P2 и ZnP2. Получены арсениды аналогичного состава, при сплавлении c Sb - антимониды Zn3Sb2, Zn4Sb3 и ZnSb. Все соединения цинка с Р, As и Sb -полупроводники.

Соли цинка бесцветны, если не содержат окрашенных анионов. В растворах они сильно диссоциированы, растворы имеют кислую реакцию вследствие гидролиза. При действии растворов щелочей и NH3 осаждаются, начиная с рН~5, гидроксосоли, например Zn2(OH)2SO4, переходящие в гидроксид Zn(OH)2, который растворим в избытке осадителя.

Для цинка характерны комплексы с NH3. Сухие соли цинка поглощают до 6 молекул NH3. Гидроксид и соли цинка растворимы в растворах NH3 с образованием комплексных катионов. содержащих от 1 до 6 молекул NH3. Комплексные аммиакаты хорошо растворимы в воде, из растворов в кристаллич. виде выделены главным образом [Zn(NH3)2]X2 и [Zn(NH3)4]X2. Труднорастворимый цианид Zn(CN)2 с избытком цианидов щелочных металлов образует легко растворимые комплексы M2[Zn(CN)4] и M[Zn(CN)3], сульфит - комплексы M2[Zn(SO3)2]. Хорошо растворимые в воде тиосульфат и тиоцианат цинка дают соответственно комплексы [Zn(S203)2]2- и [Zn(SCN)4]2-.

Фосфид Zn3P2 (табл.) разлагается горячей водой и кислотами с выделением РН3; зооцид (родентицид). Антимонид ZnSb - полупроводник с шириной запрещенной зоны 0,61 эВ; в воде и органических растворителях не растворим, медленно реагирует с минеральными кислотами; мон.кристаллы выращивают направленной кристаллизацией. зонной плавкой или вытягиванием по Чохральскому; материал для термоэлектрических генераторов.

Кобальтат (зелень Ринмана) состава от ZnCo2O4 до ZnCoO2 - зеленые кристаллы со структурой типа шпинели. получают спеканием оксидов или прокаливанием совместно осажденных гидроксокарбонатов; пигмент для керамики. Борат Zn[B2O3(OH)5] x H2O при нагревании обезвоживается до Zn2B6O11, который разлагается при 610о С; получают взаимодействии Н3ВО3 с гидроксидом или гидроксокарбонатом цинк; борат и его гидраты - антипирены для тканей и бумаги, пигменты в лакокрасочных покрытиях. компоненты люминофоров, флюсов для пайки и сварки металлов.

Карбонат ZnCO3 разлагается выше ~ 150 °С; практически не растворим в воде (5,7 х 10-5 по массе) и в органических растворителях, при кипячении с водой переходит в гидроксокарбонат; легко растворим в кислотах, растворах щелочей и солей аммония; получают действием на раствор ZnSO4 раствором КНСО3, насыщенным СО2, с длительной выдержкой на холоде; в природе - минерал смитсонит. Гидроксокарбонат имеет переменный состав, выделены Zn2(OH)2CO3 х 2H2O, Zn4(OH)6CO3 хnH2O, Zn5(OH)6(CO3)2 (минерал гидроцинкит) и др.; растворимость в воде ~ 1 х 10-3 % по массе; при 140 °С разлагается; получают действием Na2CO3 на раствор ZnSO4 при кипячении. Карбонаты используют для получения других соединений цинка.

Ортосиликат Zn2SiO4 не раств. в воде и органических растворителях, растворим в 20%-ной HF, разлагается соляной кислотой; получают взаимодействием S1C14 или SiF4 с ZnO, обжигом смеси SiO2, ZnCl2 и NaCl в присутствии паров воды, гидротермальным синтезом из ZnO и SiO2 в содовых растворах; в природе – минерал виллемит; люминофор.

Ортофосфат Zn3(PO4)2 из водных растворов кристаллизуется в виде тетрагидрата; не растворим в воде и органических растворителях, растворим в разбавленных кислотах, растворах щелочей и NH3; при 110 °С теряет 2 молекулы воды, при 210 °С полностью обезвоживается; получают взаимодействием растворов ZnSO4 и Nа2НРО4 или растворением ZnO в Н3РО4, безводный - взаимод. ZnO с (NH4)2HPO4; тетрагидрат - в природе минерал гопеит; компонент композиционных и смазочных материалов, катализаторов органического синтеза, антикоррозионных пигментов, люминофоров, цинковых удобрений. Ортоарсенат Zn3(AsO4)2 x 4Н2О при 150 °С переходит в моногидрат, при 290 o С обезвоживается; известен также октагидрат - в природе минерал кёттигит; не растворим в воде и органических растворителях, растворим в кислотах, растворах щелочей и NH3; получают взаимодействием растворов ZnSO4 и Na2HAsO4; антисептик для древесины, инсектицид, компонент необрастающих красок. Стеарат (C17H35COO)2Zn, т. пл. 130 °С; не растворим в воде, этаноле, диэтиловом эфире; вспомогательный сиккатив, загуститель смазок, компонент косметических кремов, пудры и др.

См. также Цинка ацетат, Цинка сульфат, Цинка хлорид, Цинкорганические соединения.

Получение. Исходное сырье в производстве цинка - сульфидные цинковые и полиметаллические руды. Используют как гидрометаллургический, так и пирометаллургический методы получения цинк Гидрометаллургически получают 85% всего цинк Цинковые концентраты после флотационного обогащения для удаления S обжигают в печах кипящего слоя или во взвешенном состоянии. Огарок выщелачивают содержащим H2SO4 отработанным электролитом (см. ниже). Полученный раствор ZnSO4 тщательно очищают от Fe обработкой ZnO или избытком исходного огарка (стадия "нейтрального выщелачивания"). Вместе с Fe соосаждаются As, Sb, Al, In, Ga и др. Примеси Сu и Cd, а также Ni удаляют действием цинковой пыли с получением так называемого медно-кадмиевого кека. Примесь Со удаляют осаждением -нитрозо- -нафтолом либо этилксантогенатом Na или К. Для удаления хлора используют либо Ag2SO4, либо CuSO4 и цинковую пыль.

Из очищенного раствора цинк осаждают электролитически на алюминиевых катодах. Отработанный электролит возвращают на выщелачивание. Остатки от выщелачивания ("цинковые кеки") обычно содержат значительные количества цинк в виде малорастворимых соединений, например феррита, а также Рb и др. металл. Эти кеки либо дополнительно выщелачивают более крепкой H2SO4, либо подвергают вельцеванию - обжигу вместе с коксиком в барабанных вращающихся печах при ~ 1200 °С, в результате чего образуются возгоны оксидов Zn и Рb -"вельц-оксиды". Эти возгоны перерабатывают гидрометаллургически, подобно вышеописанному, в отдельной технологической ветви с попутным выделением концентрата In и др. редких элементов.

Пирометаллургическое производство цинк также начинают окислительным обжигом, но с получением кускового материала - либо обжигом на ленточной агломерационной машине, либо спеканием порошкообразного огарка. Агломерат в смеси с углем или коксом восстанавливают при температуре выше температуры кипения цинка. Для этой цели используют либо ретортные печи (при этом цинк отгоняется, но шихта полностью не расплавляется), либо шахтные или электрические рудно-термические печи, в которых шихта полностью расплавляется. Во всех случаях пары металлический цинк конденсируются, наиболее летучая фракция, обогащенная Cd, - так называемая пуссьера - собирается отдельно и перерабатывается для извлечения Cd. Твердые остатки в ретортных печах - "раймовки" - перерабатываются дальше путем, например, вельцевания.

Для очистки цинк применяют ликвацию (отделение Рb и Fe), двухступенчатую ректификацию (отделение Рb и Cd, а также Сu, Fe и пр.) и химические методы, в частности удаление Рb действием металлического Na и удаление Fe действием А1 под слоем флюса. цинк, полученный гидрометаллургическим путем, переплавляют с добавлением флюса NH4Cl, что способствует удалению Т1 и др.

Для получения цинка высокой чистоты используют дистилляцию в инертной атмосфере или в вакууме, ректификацию и зонную перекристаллизацию в атмосфере Аr. Предложены методы электролитического рафинирования, в частности с амальгамными электродами.

Определение. При систематическом анализе цинк попадает в группу сульфида аммония. Качественно цинк обнаруживают по реакции с (NH4)2[Hg(SCN)4] - в присутствии ионов Сu образуется фиолетовый, в присутствии ионов Со - синий осадок. Применяют также реакцию с дитизоном (красное окрашивание), метиловым фиолетовым (синее окрашивание или фиолетовый осадок в присутствии NH4SCN) и др. Удобно спектральное определение цинка по группе из трех линий 334,502, 334,557 и 334,593 нм или по двум линиям 330,259 и 330,294 нм. Количественно цинк определяют гравиметрически осаждением в виде NH4ZnPO4 с послед. прокаливанием до Zn2P2O7, осаждением Zn[Hg(SCN)4] или гидрооксихинолината цинк Но чаще используют титриметрические методы – титрование комплексоном III в кислой или щелочной среде с индикаторами эриохром черный Т (рН 10), мурексид, ксиленоловый оранжевый, дитизон (рН 4—5) и т. д. Для определения малых количеств цинка применяют фотометрический метод, в частности с использованием дитизона. Применяют полярографический метод, амперометрический и потенциометрический титрование (например, ферроцианидом К), эмиссионный спектральный, атомно-абсороционный и др.

Применение. Основная область использования - антикоррозионные покрытия (цинкование) железа и стали. Листы металлический цинк применяют в аккумуляторах и сухих элементах, в типографском деле. Цинк используют в металлургии при рафинировании Рb от Ag и Аu; цинковую пыль - для выделения Cd, In, Au и т. п. из растворов цементацией. Цинк в соляной кислоте и цинковая пыль - восстановители в органическом синтезе. Широко применяют цинка сплавы, расходуется цинк также на производство различных соединений, в частности пигментов (цинковые белила). Примерное распределение цинка по областям использования (в %) - цинкование и покрытия сплавами цинк - 45; хим. источники тока - 20; латуни и бронзы - 15; сплавы на основе цинк - 12; пигменты и пр.- 8.

Объем мирового производства цинка (без СССР) 5,22 млн. т (1989). Основные производители - Канада, Япония, США, Германия, Бельгия, Франция, Австралия.

цинк в небольших количествах необходим для жизнедеятельности растений (см. Цинковые удобрения), животных и человека, так как входит в состав некоторых ферментов и гормонов. Потребность человека в цинке 15 мг в сут.

Металличический цинк малотоксичен, но хранить продукты в цинковой посуде не рекомендуется. Некоторые соединения, в частности оксид, фосфид, токсичны. Пары ZnO, а также цинковая пыль вызывают т. наз. литейную лихорадку (симптомы - озноб, ломота и боль в мышцах, головная боль, тошнота и кашель). Растворимые соли цинка вызывают расстройство пищеварения, раздражение слизистых оболочек. В воздухе рабочей зоны ПДК ZnO 0,5 мг/м3, временно допустимая доза ZnCO3 и ZnSе 2,0 мг/м3, фосфатов и нитрата 0,5 мг/м3, ПДК в воде для цинка 1,0 мг/л, в водоемах для разведения рыб 0,01 мг/л, в почве 23,0 мг/кг. ПДК цинк в продуктах питания, мг/кг: рыбных , мясных 20,0, молочных 5,0, хлебе, зерне 25,0, овощах, фруктах, соках 10,0. Цинковая пыль пирофорна.

Сплавы цинка (латунь) были известны с глубокой древности (2400-2000 до н.э.). Получение цинка описал Страбон (1 в. д. н. э.). Промышленное производство цинк в Европе началось в 1743, в Китае на 400 лет раньше.

Лит.: Лакерник М.М., Пахомов а Г. Н., Металлургия ЦИНКА и кадмия, М., 1969; Живописцев В.П., Селезнева Е. А., Аналитическая химия цинка, М., 1975; Зайцев В.Я., Маргулис Е. В., Металлургия свинца и цинка, М., 1985; Ауlett В. J., в кн.: Comprehensive inorganic chemistry, v. 3, Oxf.- [a.o.l, 1973, p. 187-253.

©П.И. Федоров.

Дополнительная информация: "цинк: химические и физические свойства".


выберите первую букву в названии статьи: А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


Все новости



Новости компаний

Все новости


© ChemPort.Ru, MMII-MMXVII
Контактная информация