Цинк

редактировать
Химический элемент с атомным номером 30

Химический элемент с атомным номером 30
Цинк, 30Zn
Сублимированный фрагмент цинка и кубик объемом 1 см3.jpg
Цинк
Внешний видсеребристо-серый
Стандартный атомный вес A r, std (Zn)65,38 (2)
Цинк в Таблица Менделеева
Водород Гелий
Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон
Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон
Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон
Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сур ьма Теллур ium Йод Ксенон
Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть (элемент) Таллий Свинец Висмут Полоний Астатин Радон
Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Борий Калий Мейтнерий Дармштадций Рентгений 1217>1313 Nihonium>Флеровий Московий Ливерморий Теннессин Оганессон
–. ↑. Zn. ↓. Cd
медь ← цинк → галлий
Атомный номер (Z)30
Группа группа 12
Период период 4
Блок d-блок
Категория элемента Постпереходный металл, альтернативно рассматриваемый переходный металл
Электронная конфигурация [Ar ] 3d 4s
Электронов на оболочку2, 8, 18, 2
Физические свойства
Фаза при STP твердое вещество
Точка плавления 692,68 K <848 (419,53 ° C, 787,15 ° F)
Точка кипения 1180 K (907 ° C, 1665 ° F)
Плотность (около rt )7,14 г / см
в жидком состоянии (при т.пл. )6,57 г / см
Теплота плавления 7,32 кДж / моль
Теплота испарения 115 кДж / моль
Молярная теплоемкость 25,470 Дж / ( моль · К)
Давление пара
P(Па)1101001 k10 k100 k
при Т (К)6106707508529901179
Атомарные свойства
Состояния окисления −2, 0, +1, +2 (амфо терический оксид)
Электроотрицательность Шкала Полинга: 1,65
Энергии ионизации
  • 1-я: 906,4 кДж / моль
  • 2-я: 1733,3 кДж / моль
  • 3 -я: 3833 кДж / моль
  • (подробнее )
Атомный радиус эмпирический: 134 pm
Ковалентный радиус 122 ± 4 пм
Ван-дер-Ваальсовый радиус 139 пм
Цвет линии в спектральном диапазоне Спектральные линии цинка
Другие свойства
Естественное происхождениепервозданность
Кристаллическая структура гексагональная плотноупакованная (hcp) Гексагональная плотноупакованная кристаллическая структура для цинка
Скорость звука тонкий стержень3850 м / с (при rt ) (прокат)
Тепловое расширение 30,2 мкм / (м · К) (при 25 ° C)
Теплопроводность 116 Вт / (м · К)
Удельное электрическое сопротивление 59,0 нОм · м (при 20 ° C)
Магнитное упорядочение диамагнитный
Магнитная восприимчивость -11,4 · 10 см / моль (298 K)
Модуль Юнга 108 ГПа
Модуль сдвига 43 ГПа
Объемный модуль 70 ГПа
Коэффициент Пуассона 0,25
Твердость по Моосу 2,5
Твердость по Бринеллю 327–412 МПа
Номер CAS 7 440-66-6
История
Открытие Индийские металлурги (до 1000 г. до н.э. )
Первая изоляцияАндреас Сигизмунд Маргграф (1746)
Признанный как уникальный металлРасаратна Самучкая (800)
Основные изотопы цинка
Изотоп Изобилие Период полураспада (t1/2)Режим распада Продукт
Zn49,2%стабильный
Znсин 244 dε Cu
γ
Zn27,7%стабильный
Zn4,0%стабильный
Zn18,5%стабильный
Znсин56 минβ Ga
Znсин13,8 ÷βGa
Zn0,6%стабильный
Znсин2, 4 минβGa
Znsyn4 dβGa
Znsyn46,5 hβGa
Категория Категория : Цинк.
  • вид
  • обсуждение
| ссылки

Цинк - это химический элемент с символ Znи атомный номер 30. Цинк является слегка хрупким металлом при при комнатной температуре и после удаления окисления имеет сине-серебристый вид. Это первый элемент в 12 периодической таблицы. В некоторых отношениях цинк химически подобен магнию : оба элемента имеют только одну нормальную степень окисления (+2), и ионы Zn и Mg имеют аналогичный размер. Цинк является 24-м наиболее распространенным элементом в земной коре и имеет пять стабильных изотопов . Наиболее распространенной цинковой рудой является сфалерит (цинковая обманка), минерал сульфид цинка. Самые большие рабочие залежи в Австралии, Азии и США. Цинк очищается пенной флотацией руды, обжигом и окончательной экстракцией с использованием электричества (электровыделение ).

Латунь, сплав из меди и цинка в различных пропорциях, использовался еще в третьем тысячелетии до нашей эры в Эгейском море, Ирак, Объединенные Арабские Эмираты, Калмыкия, Туркменистан и Грузия, а также второе тысячелетие до нашей эры в <28 г.>Западная Индия, Узбекистан, Иран, Сирия, Ирак и Израиль / Палестина. Цинк металл не производился в больших масштабах до 12 века в Индии, хотя он был известен древним римлянам и грекам. Рудники Раджастана выдающие качества производства цинка, восходящего к 6 веку нашей до эры. На сегодняшний день самое древнее свидетельство чистого цинка происходит из Завара в Раджастане еще в 9 веке нашей эры, когда для получения чистого цинка используется процесс дистилляции. Алхимики сжигали цинк на воздухе, чтобы они называли «философская шерсть » или «белый снег».

Элемент, вероятно, был назван алхимиком Парацельсом в честь немецкого слова Zinke (зубец, зуб). Немецкому химику Андреасу Сигизмунду Маргграфу приписывают открытие чистого металлического цинка в 1746 году. Работа Луиджи Гальвани и Алессандро Вольта раскрыла электрохимические свойства цинка к 1800 году. Устойчивое к коррозии цинкование железа (горячее цинкование ) является основным испытанием цинка. Другие области применения - электрические батареи, небольшие неструктурные отливки и сплавы, такие как латунь. Обычно используются различные соединения цинка, такие как карбонат цинка и глюконат цинка (в качестве пищевых добавок), хлорид цинка (в дезодорантах), пиритион цинка (шампуни против- перхоти ), сульфид цинка (в люминесцентных красках) и диметилцинк или диэтилцинк в органической лаборатории.

Цинк является важным минералом, в том числе для внутриутробного и послеродового развития. Дефицит цинка исследует около двух миллиардов человек в медицине и лаборатории со многими заболеваниями. У детей вызывает задержку роста, задержку полового созревания, восприимчивость к инфекциям и диарею. Ферменты с атомом цинка в реактивном широко распространены в биохимии, например, алкогольдегидрогеназа у людей.

Потребление избыточного цинка может вызвать атаксию, летаргию и дефицит меди.

Содержание
  • 1 Характеристики
    • 1.1 Физические свойства
    • 1.2 Возникновение
    • 1.3 Изотопы
  • 2 Соединения и химия
    • 2.1 Реакционная способность
    • 2.2 Соединения цинка (I)
    • 2.3 Цинк (II) соединения
    • 2.4 Тест на цинк
  • 3 История
    • 3.1 Древнее использование
    • 3.2 Ранние исследования и название
    • 3.3 Изоляция
    • 3.4 Более поздние работы
  • 4 Производство
    • 4.1 Горнодобывающая промышленность и обработка
    • 4.2 Воздействие на последнее
  • 5 Области применения
    • 5.1 Защита от коррозии и аккумуляторы
    • 5.2 Сплавы
    • 5.3 Другое промышленное использование
    • 5.4 Органическая химия
    • 5.5 Пищевая добавка
      • 5.5. 1 Гастроэнтерит
      • 5,5.2 Простуда
      • 5.5.3 Увеличение веса
      • 5.5.4 Другое
    • 5.6 Местное применение
  • 6 Биологическая роль
    • 6.1 Ферменты
    • 6.2 Сигнализация
    • 6.3 Другие белки
    • 6.4 Питание
      • 6.4.1 Рекомендации по питанию
      • 6.4.2 Прием пищи
    • 6.5 Дефицит
    • 6.6 Восстановление почвы
    • 6.7 Сельское хозяйство
  • 7 Меры предосторожности
    • 7.1 Токсичность
    • 7.2 Отравление
  • 8 См. Также
  • 9 Примечания
  • 10 Ссылки
  • 11 Библиография
  • 12 Внешние ссылки
Характеристики

Физические свойства

Цинк имеет голубовато-белый цвет., блестящий, диамагнитный металл, хотя наиболее распространенные коммерческие сорта металла матовая поверхность. Он несколько менее плотен, чем железо, и имеет гексагональную кристаллическую структуру с искаженной формой гексагональной плотной упаковкой, в которой каждый имеет шесть ближайших соседей (в 265, 9 вечера) в собственном самолете и еще шесть на большем расстоянии 290,6 вечера. Металл твердый и хрупкий при большинстве температур, но становится пластичным при температуре от 100 до 150 ° C. При температуре выше 210 ° C металл снова хрупким, и его можно измельчить в порошок. Цинк - хороший проводник электричества. Что касается металла, цинк имеет относительно низкие температуры плавления (419,5 ° C) и кипения (907 ° C). Температура плавления является самой низкой из всех металлов d-блок, кроме ртути и кадмия ; по этой причине, среди прочего, цинк, кадмий и ртуть часто не считаются переходными металлами, как остальные металлы с d-блоком.

Многие сплавы содержат цинк, в том числе латунь. Другие металлы, которые, как известно, образуют бинарные сплавы с цинком, - это алюминий, сурьма, висмут, золото, железо, свинец, ртуть, серебро, олово, магний, кобальт, никель, теллур и натрий. Хотя ни цинк, ни цирконий не являются ферромагнитными, их сплав ZrZn. 2проявляет ферромагнетизм ниже 35 K.

Цинковый стержень издает характерный звук при изгибее, похожий на олово cry.

Встречаемость

Цинк составляет около 75 частей на миллион (0,0075%) земной коры, что делает его 24-м наиболее распространенным элементом. Почва содержит цинк в количестве 5–770 частей на миллион, в среднем 64 частей на миллион. В морской воде всего 30 частей на миллиард, а в атмосфере - 0,1–4 мкг / м3. Этот элемент обычно встречается в сочетании с другими неблагородными металлами, такими как медь и свинец в рудах. Цинк является халькофилом, что означает, что этот элемент с большей вероятностью будет обнаружен в минералах вместе с серой и другими тяжелыми халькогенами, чем с легким халькогеном кислород или с нехалькогенными электроотрицательными элементами, такими как галогены. Сульфиды, образовавшиеся в результате затвердевания коры в восстановительных условиях атмосферы ранней Земли. Сфалерит, который представляет собой форму сульфида цинка, является наиболее добываемым цинком. -содержащая руда, поскольку ее концентрат содержит 60–62% цинка.

Другие минералы-источники цинка включают смитсонит (цинк карбонат ), гемиморфит (цинк силикат ), вюрцит (другой сульфид цинка) и иногда гидроцинкит (основной карбонат цинка ). За исключением вюрцита, все эти минералы образовались в результате выветривания первичных сульфидов цинка.

Выявленные мировые ресурсы цинка составляют около 1,9–2,8 млрд тонн. Крупные месторождения находятся в Австралии, Канаде и США, самые большие месторождения находятся в Иране. Самая последняя оценка базы запасов цинка (соответствует установленным минимальным физическим критериям, оптимальной производственной практикой) была сделана в 2009 году и оценивается примерно в 480 млн. Запасы цинка, с другой стороны, укажите себя геологически идентифицированные рудные тела, пригодность которых к извлечению определяет экономически (местоположение, содержание, качество и количество) на момент. Количество запасов цинковых рудников не является фиксированным, и количество поставок цинковой руды нельзя судить, просто экстраполируя срок эксплуатации сегодняшних цинковых рудников. Эта концепция подтверждена данными Геологической службы США (USGS), которые показывают, что, хотя производство рафинированного цинка увеличилось на 80% в период с 1990 по 2010 год, срок службы запасов цинка остался неизменным. За всю историю до 2002 года было добыто около 346 миллионов тонн, и настоящее время используется около 109–305 миллионов тонн.

Черный блестящий кусок твердого вещества с неровной поверхностью Сфалерит (ZnS)

Изотопы

Пять стабильных изотопов цинка встречаются в природе, причем Zn является наиболее распространенным изотопом (49,17% естественное содержание ). Другими изотопами, встречающимися в природе, являются. Zn (27,73%),. Zn (4,04%),. Zn (18,45%) и. Zn (0,61%).). Самый распространенный изотоп Zn и редкий Zn теоретически нестабильны с точки зрения энергетики, хотя их прогнозируемые периоды полураспадают превышение 4,3 × 10 лет и 1,3 × 10 лет, что означает, что их радиоактивность можно игнорировать для практических целей.

Было охтеризовано несколько десятков радиоизотопов.. Zn с периодом полураспада 243,66 дня является наименее активным радиоизотопом, за ним следует. Zn с периодом полураспада 46,5 часов. Цинк имеет 10 ядерных изомеров. Zn имеет самый длинный период полураспада - 13,76 ч. Верхний индекс m указывает на метастабильный изотоп . Ядро метастабильного изотопа находится в возбужденном состоянии и вернется в основное состояние , испуская фотон в виде гамма-излучения... Zn имеет три возбужденных метастабильных состояний, а. Zn - два. Каждый изотоп. Zn,. Zn,. Zn и. Zn имеет только одно возбужденное метастабильное состояние.

Наиболее распространенная мода распада для радиоизотоп ка с массовым цинговым числом ниже 66 представляет собой захват электронов. Продукт распада, являющийся в результате захвата электрона, является изотопом меди.

. 30Zn. + . e. →. 29Cu.

Наиболее распространенным способом распада радиоизотопа цинка с массовым числом выше 66 является бета-распад (β), который производит изотоп галлия.

. 30Zn. →. 31Ga. + . e. + . ν. e
Соединения и химия

Реакционная способность

Цинк имеет электронную конфигурацию [Ar] 3d4s и является членом группа 12 периодической таблицы. Это умеренно реактивный металл и сильный восстановитель. Поверхность чистого металла быстро тускнеет, в итоге образуя защитный пассивирующий слой из основного карбоната цинка, Zn. 5(OH). 6(CO 3). 2, в результате реакции атмосферным углекислым газом.

Цинк горит на воздухе ярким голубовато-зеленым пламенем, уровняя пары оксида цинка. Цинк легко реагирует с кислотами, щелочи и другие неметаллы. Чрезвычайно чистый цинк очень медленно реагирует при комнатной температуре с кислотами. Сильные кислоты, такие как соляная или серная кислота, может

В химическом составе цинка преобладает степень окисления 2. Когда образуются соединения в этой степени окисления, электроны внешней оболочки оболочки теряются, образуя чистый ионный цинка с электронной конфигурацией [Ar] 3d. Zn (H. 2O)6].). улетучивание цинка в сочетании с хлоридом цинка при температуре выше 285 ° C указывает на образование Zn. 2Cl. 2, соединение цинка со степенью окисления +1. Никакие соединения цинка в степенях окисления, отличных от +1 или +2, неизвестны. Расчеты показывают, что соединение цинка со степенью окисления +4 вряд ли существует.

Химия цинка аналогична химии переходных металлов позднего первого ряда, никеля и меди, хотя он имеет заполненную d-оболочку, а соединение диамагнитны и в основном бесцветны. Ионные радиусы цинка и магния почти идентичны. , а в других обстоятельствах, когда ионный иммунный фактор, определяющий фактор, химический состав цинка много общего с химическим составным магния имеет много общего с химическим составом магния. В остальном мало сходства с поздними переходными металлами первого ряда. Цинк имеет тенденцию образовывать связи с большей степенью ковалентности и более стабильные комплексы с донорами N и S. Комплексы цинка в основном имеют 4- или 6- координаты, хотя известны 5-координатныесы.

Соединения цинка (I)

Соединения цинка (I) встречаются редко и нужны объемные лиганды для стабилизации низкой степени окисления. Большинство соединений цинка (I) формально содержат ядро ​​[Zn 2 ], которое аналогично димерному катиону [Hg 2 ], присутствующему в ртути (I) соединения. диамагнитная природа иона подтверждает его димерную структуру. Первое соединение цинка (I), содержащее связь Zn-Zn, (η-C 5Me5)2Zn2, также является первым диметаллоценом. Ион [Zn 2 ] быстро диспропорционирует на металлический цинк и цинк (II), и было получено только желтое стекло только при охлаждении раствора металлического цинка в расплавленном ZnCl 2.

Соединения цинка (II)

Листы ацетат цинка, образованный медленным испарением Ацетат цинка Белый комковатый порошок на стеклянной пластине Хлорид цинка

Бинарные соединения цинка известны для большинства металлоидов и всех неметаллов, кроме благородных газов. Оксид ZnO - белый порошок, который почти нерастворим в нейтральных водных растворах, но является амфотерным, растворяющимся как в сильнощелочных, так и в кислых растворах. Другие халькогениды (ZnS, ZnSe и ZnTe ) нашли разнообразное применение в электронике и оптике. Пниктогениды (Zn. 3N. 2, Zn. 3P. 2, Zn. 3As. 2 и Zn. 3Sb. 2 ), пероксид (ZnO. 2 ), гидрид (ZnH. 2 ) и карбид (ZnC. 2) также известны. Из четырех галогенидов, ZnF. 2 имеет наиболее ионный характер, а другие (ZnCl. 2, ZnBr. 2 и ZnI. 2 ) имеют относительно низкие температуры плавления и считаются более ковалентными.

В слабых щелочных растворах, содержащих ионы Zn., гидроксид Zn (OH). 2 образуется в виде белого осадка. В более сильных щелочных растворах этот гидроксид растворяется с образованием цинкатов ([Zn (OH) 4]. ). Нитрат Zn (NO 3). 2, хлорат Zn (ClO 3). 2, сульфат ZnSO. 4, фосфат Zn. 3(PO 4). 2, молибдат ZnMoO. 4, цианид Zn (CN). 2, арсенит Zn (AsO 2). 2, арсенат Zn (AsO 4). 2· 8H. 2O и хромат ZnCrO. 4 (один из немногих окрашенных соединения цинка) являются несколькими примерами других распространенных неорганических соединений цинка. Одним из простейших примеров органического соединения цинка является ацетат (Zn (O. 2CCH 3). 2 ).

Цинкорганические соединения - это соединения, содержащие ковалентные связи цинк-углерод. Диэтилцинк ((C. 2H5). 2Zn ) - это реагент в синтетической химии. Впервые о нем было сообщено в 1848 году в результате реакции цинка и йодистого этила, и было первым известным соединением, содержащим сигма-связь металл-углерод .

Тест на цинк

Кобальтицианидная бумага (тест Риннмана для Zn) может использоваться в качестве химического индикатора для цинка. 4 г K 3 Co (CN) 6 и 1 г KClO 3 растворяют в 100 мл воды. Бумагу погружают в раствор и сушат при 100 ° С. Одна капля образца капает на сухую бумагу и нагревается. Зеленый диск указывает на присутствие цинка.

История

Древнее использование

Большое черное ведро в форме чаши на подставке. Верхняя часть ведра покрыта коркой. Позднеримское латунное ведро - Hemmoorer Eimer из Варстейда, Германия, второй-третий век нашей эры

Были обнаружены различные единичные примеры использования нечистого цинка в древние времена. Цинковые руды использовались для изготовления цинк-медного сплава латуни за тысячи лет до открытия цинка как отдельного элемента. Иудейская латунь XIV - X веков до нашей эры содержит 23% цинка.

Знания о том, как производить латунь, распространились в Древней Греции к VII веку до нашей эры, но их было мало разновидностей. Были обнаружены украшения из сплавов, содержащих 80–90% цинка, с оставшимися свинцом, железом, сурьмой и другими металлами, которым 2500 лет. Возможно, доисторическая статуэтка, содержащая 87,5% цинка, была найдена на археологическом участке даков.

Самые старые известные пилюли были сделаны из карбонатов цинка, гидроцинкита и смитсонита. Таблетки использовались при воспалении глаз и были найдены на борту римского корабля, потерпевшего крушение в 140 г. до н. Э.

Производство латуни было известно римлянам примерно к 30 г. до н.э. Они сделали латунь путем нагревания порошка каламина (цинка силикат или карбонат), древесного угля и меди вместе в тигле. Полученная каламиновая латунь была затем отлита или выкована в форме для использования в оружии. Некоторые монеты, отчеканенные римлянами в христианскую эпоху, сделаны из латуни, вероятно, из каламиновой латуни.

Страбон пишет в I веке до н.э. (но цитирует ныне утерянную работу историка IV века до н.э.>) упоминает «капли фальшивого серебра», которые при смешивании с медью образуют латунь. Это может относиться к небольшим количествам цинка, который является побочным продуктом плавки сульфидной руды. Цинк в таких остатках в плавильных печах обычно выбрасывался, так как считался бесполезным.

Бернская цинковая таблетка - вотивная табличка, датируемая Римской Галлией, сделанная из сплав, который в основном состоит из цинка.

Чарака Самхита, который, как считается, был написан между 300 и 500 годами нашей эры, упоминает металл, который при окислении дает пушпанджан, который, как считается, является оксидом цинка. Цинковые рудники в Заваре, около Удайпура в Индии, были активны с периода Маурьев (c.322 и 187 г. до н.э.). Однако выплавка металлического цинка здесь началась примерно в 12 веке нашей эры. По одной из оценок, это место произвело около миллиона тонн металлического цинка и оксида цинка в период с 12 по 16 века. По другой оценке, общее производство металлического цинка за этот период составило 60 000 тонн. Rasaratna Samuccaya, написанный примерно в 13 веке нашей эры, упоминает два типа цинксодержащих руд: один используется для добычи металлов, а другой используется в медицинских целях.

Ранние исследования и названия

Цинк был отчетливо признан металлом под обозначением Ясада или Джасада в медицинском лексиконе, приписываемом индуистскому королю Маданапале (из династии Така) и написанном около 1374 года. Выплавка и извлечение нечистого цинка путем восстановления каламина. с шерстью и другими органическими веществами было сделано в 13 веке в Индии. Китайцы не изучали эту технику до 17 века.

Различные алхимические символы для элемента цинка

Алхимики сжигали металлический цинк на воздухе и собирали образовавшийся оксид цинка на конденсатор. Некоторые алхимики назвали этот оксид цинка lana Философская, что по-латыни означает «философская шерсть», потому что он собирался в шерстяные пучки, в то время как другие думали, что это похоже на белый снег, и назвали его nix album. Впервые задокументирован Парацельсом, немецким алхимиком швейцарского происхождения, который назвал этот металл «цинком» или «цинкеном» в своей книге «Liber Mineralium II» в 16 веке. Слово, вероятно, произошло от немецкого zinke и предположительно означало «зубчатый, заостренный или зазубренный» (металлические кристаллы цинка имеют игольчатый вид). Цинк также может означать «подобный олову» из-за его связи с немецким словом zinn, означающим олово. Еще одна возможность состоит в том, что это слово происходит от персидского слова سنگ seng, означающего камень. Металл также назывался индийским оловом, тутанего, каламином и прядильщиком.

Немецкий металлург Андреас Либавиус получил некоторое количество того, что он назвал «калай» Малабара, с грузового корабля, захваченного у Португальский в 1596 году. Либавиус описал свойства образца, который, возможно, был цинком. Цинк регулярно ввозился в Европу с Востока в 17 и начале 18 веков, но временами стоил очень дорого.

Изображение головы старика (профиль). У человека длинное лицо, короткие волосы и высокий лоб. Андреас Сигизмунд Маргграф первым выделил чистый цинк

Изоляция

Металлический цинк был выделен в Индии к 1300 году нашей эры, намного раньше, чем на Западе. До того, как он был изолирован в Европе, он был импортирован из Индии примерно в 1600 году нашей эры. Универсальный словарь Постлевейта, современный источник, содержащий технологическую информацию в Европе, не упоминал цинк до 1751 года, но этот элемент был изучен до этого.

Фламандский металлург и алхимик П. Г-н де Респур сообщил, что он извлек металлический цинк из оксида цинка в 1668 году. К началу XVIII века Этьен Франсуа Жоффруа описал, как оксид цинка конденсируется в виде желтых кристаллов на железных слитках, помещенных над плавкой цинковой руды. В Великобритании Джон Лейн, как говорят, проводил эксперименты по плавлению цинка, вероятно, в Ландоре, до своего банкротства в 1726 году.

В 1738 году в Великобритании, Уильям Чэмпион запатентовал процесс извлечения цинка из каламина в плавильной печи с вертикальной ретортой. Его техника напоминала ту, что использовалась на цинковых рудниках Завара в Раджастане, но нет никаких свидетельств того, что он посетил Восток. Процесс Чемпиона использовался до 1851 года.

Немецкий химик Андреас Маргграф обычно получает признание за открытие чистого металлического цинка, хотя шведский химик Антон фон Сваб извлек цинк из каламина четыре года назад. В своем эксперименте 1746 года Маргграф нагрел смесь каламина и древесного угля в закрытом сосуде без меди, чтобы получить металл. Эта процедура стала коммерчески практичной к 1752 году.

Более поздняя работа

Изображение мужчины средних лет, сидящего за столом, в парике, черной куртке, белой рубашке и белом шарфе. Гальванизация была названа в честь Луиджи Гальвани.

Брат Уильяма Чемпиона, Джон, в 1758 году запатентовал процесс кальцинирования. сульфид цинка в оксид, используемый в процессе автоклавирования. До этого для производства цинка можно было использовать только каламин. В 1798 году Иоганн Кристиан Руберг усовершенствовал процесс плавки, построив первый горизонтальный ретортный плавильный завод. Жан-Жак Даниэль Дони построил в Бельгии горизонтальный цинковый завод другого типа, который перерабатывал еще больше цинк. Итальянский врач Луиджи Гальвани в 1780 году обнаружил, что соединение спинного мозга только что рассеченной лягушки с железным рельсом, прикрепленным медным крючком, заставляло лягушку подергиваться. Он ошибочно полагал, что открыл способность нервов и мускулов создавать электричество, и назвал эффект «животным электричеством ». Гальванический элемент и процесс гальванизации были названы в честь Луиджи Гальвани, и его открытия проложили путь для электрических батарей, гальванизации и катодной защиты.

друга Гальвани, Алессандро Вольта, продолжил исследование эффекта и изобрел гальваническую батарею в 1800 году. Свая Вольта состояла из пакета упрощенных гальванических элементов, каждая из которых состояла из одной медной пластины и одной из цинковых соединенных. электролитом . При последовательном соединении этих блоков гальваническая батарея (или «батарея») в целом имела более высокое напряжение, которое можно было использовать легче, чем отдельные элементы. Электричество вырабатывается, потому что вольта-потенциал между двумя металлическими пластинами заставляет электроны течь от цинка к меди и разъедать цинк.

Немагнитный характер цинк и его отсутствие цвета в растворе отсрочили открытие его важности для биохимии и питания. Ситуация изменилась в 1940 году, когда было показано, что карбоангидраза, фермент, очищающий кровь от углекислого газа, имеет цинк в его активном центре. Пищеварительный фермент карбоксипептидаза стал вторым известным цинксодержащим ферментом в 1955 году.

Производство

Добыча и переработка

Страны-лидеры по производству цинка в 2017 году
Рейтинг Страна Тонны
1Китай 4,400,000
2Перу 1,470,000
3Австралия 842,000
4Индия 833,000
5США 774,000
6Мексика 674,000
Карта мира, на которой видно, что около 40% цинка производится в Китае, 20% в Австралии, 20% в Перу и По 5% в США, Канаде и Казахстане. Процент производства цинка в 2006 г. по странам Тенденции мирового производства Цинковый рудник Рош-Пинах, Намибия. 27 ° 57′17 ″ ю.ш. 016 ° 46′00 ″ в.д. / 27,95472 ° ю.ш. 16,76667 ° в.д. / -27,95472; 16,76667 (Рош-Пинах) цинковый рудник Скорпион, Намибия. 27 ° 49'09 ″ ю.ш.016 ° 36'28 ″ в.д. / 27,81917 ° ю.ш. 16,60778 ° в.д. / -27,81917; 16.60778 (Skorpion)

Цинк является четвертым по распространенности используемым металлом, уступая только железу, алюминию и меди с годовым производством около 13 миллионов тонн. Крупнейшим производителем цинка в мире является Nyrstar, слияние австралийской OZ Minerals и бельгийской Umicore. Около 70% мирового цинка происходит из горнодобывающей промышленности, а остальные 30% приходится на переработку вторичного цинка. Коммерчески чистый цинк известен как специальный высокосортный цинк, часто сокращенно SHG, и имеет чистоту 99,995%.

Во всем мире 95% нового цинка добывается из сульфидных рудных месторождений, в которых сфалерит ( ZnS) почти всегда смешан с сульфидами меди, свинца и железа. Цинковые рудники разбросаны по всему миру, основные районы - Китай, Австралия и Перу. В 2014 году Китай произвел 38% мирового производства цинка.

Металлический цинк производится с использованием добывающей металлургии. Руда тонко измельчается, затем подвергается пенной флотации для отделения минералов от пустой породы (по свойству гидрофобности ) с получением концентрата сульфидной руды цинка, состоящего из of about 50% zinc, 32% sulfur, 13% iron, and 5% SiO. 2.

Roasting converts the zinc sulfide concentrate to zinc oxide:

2 ZnS + 3 O. 2→ 2 ZnO + 2 SO. 2

The sulfur dioxide is used for the production of sulfuric acid, which is necessary for the leaching process. If deposits of zinc carbonate, zinc silicate, or zinc spinel (like the Skorpion Deposit in Namibia ) are used for zinc production, the roasting can be omitted.

For further processing two basic methods are used: pyrometallurgy or electrowinning. Pyrometallurgy reduces zinc oxide with carbon or carbon monoxide at 950 °C (1,740 °F) into the metal, which is distilled as zinc vapor to separate it from other metals, which are not volatile at those temperatures. Пары цинка собираются в конденсаторе. The equations below describe this process:

2 ZnO + C → 2 Zn + CO. 2
ZnO + CO → Zn + CO. 2

In electrowinning, zinc is leached from the ore concentrate by sulfuric acid :

ZnO + H. 2SO. 4→ ZnSO. 4+ H. 2O

Finally, the zinc is reduced by electrolysis.

2 ZnSO. 4+ 2 H. 2O → 2 Zn + 2 H. 2SO. 4+ O. 2

The sulfuric acid is regenerated and recycled to the leaching step.

When galvanised feedstock is fed to an electric arc furnace, the zinc is recovered from the dust by a number of processes, predominantly the Waelz process (90% as of 2014).

Environmental impact

Refinement of sulfidic zinc ores produces large volumes of sulfur dioxide and cadmium vapor. Smelter slag and other residues contain significant quantities of metals. About 1.1 million tonnes of metallic zinc and 130 thousand tonnes of lead were mined and smelted in the Belgian towns of La Calamine and Plombières between 1806 and 1882. The dumps of the past mining operations leach zinc and cadmium, and the sediments of the Geul River contain non-trivial amounts of metals. About two thousand years ago, emissions of zinc from mining and smelting totaled 10 thousand tonnes a year. After increasing 10-fold from 1850, zinc emissions peaked at 3.4 million tonnes per year in the 1980s and declined to 2.7 million tonnes in the 1990s, although a 2005 st Ученые обнаружили, что концентрации в тропосфере Арктики не отражают снижения. Отношение антропогенных и естественных выбросов составляет 20: 1.

Цинк в реках, протекающих через промышленные и горнодобывающие районы, может достигать 20 ppm. Эффективная очистка сточных вод значительно снижает это; Обработка вдоль Рейна, например, снизила уровни цинка до 50 частей на миллиард. Концентрация цинка до 2 частей на миллион отрицательно влияет на количество кислорода, которое рыба может нести в своей крови.

Панорама большого промышленного предприятия на берегу моря, напротив гор. Исторически ответственный за высокие уровни металлов в реке Дервент, цинк работает в Лутане. - крупнейший экспортер в Тасмании, производящий 2,5% от ВВП штата и производящий более 250 000 тонн цинка в год.

Почвы, загрязненные цинком в результате добычи, переработки, или удобрение цинксодержащим илом может содержать несколько граммов цинка на килограмм сухой почвы. Уровни цинка в почве, превышающие 500 ppm, влияют на способность растений поглощать другие важные металлы, такие как железо и марганец. Уровни цинка от 2000 ppm до 180 000 ppm (18%) были зарегистрированы в некоторых образцах почвы.

Области применения

Основные области применения цинка включают (числа даны для США)

  1. цинкование (55%)
  2. Латунь и бронза (16%)
  3. Другие сплавы (21%)
  4. Разное (8%)

Антикоррозийные и аккумуляторные батареи

Слитые продолговатые кристаллы разных оттенков серого. Поручни, нанесенные методом горячего погружения, оцинкованные кристаллические поверхности

Цинк чаще всего используется в качестве анти- коррозионного агента, и гальваника (покрытие железо или сталь ) - наиболее распространенная форма. В 2009 году в США для гальванизации использовалось 55% или 893 000 тонн металлического цинка.

Цинк более реакционноспособен, чем железо или сталь, и поэтому будет притягивать почти все местные окисления, пока полностью не разъедет. Защитный поверхностный слой из оксида и карбоната (Zn. 5(OH). 6(CO. 3). 2) образуется по мере коррозии цинка. Эта защита сохраняется даже после наличия биологических участков связывания цинка.

Последняя правка сделана 2021-06-23 10:11:57
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте