Цинк, химическая активность, КО и ОВ характеристика соединений цинка. Комплексные соединения. Кадмий и его соединения в сравнении с аналогичными соединениями цинка.

Цинк как простое вещество

Что такое цинк в обычном виде? Это – металл, серебристо-голубой, быстро покрывающийся защитной оксидной пленкой на воздухе. Из-за этого кажется, что он не очень блестящий. Однако стоит пленку удалить, как цинк проявляет свойства всех металлов – красивый характерный блеск и сияние.
В природе содержится в составе многих минералов и руд. Так, самыми распространенными из них являются:

• цинковая обманка, или сфалерит;
• клейофан;
• марматит;
• вюртцит;
• смитсонит;
• каламин;
• цинкит;
• виллемит;
• франкленит и другие.

В составе смешанных руд Цинк обычно встречается вместе со своими постоянными спутниками, такими как:

• Таллий;
• Германий;
• Индий;
• Галлий;
• Кадмий.

Всего в земной коре на долю этого металла приходится 0,076%. Это чуть больше, чем на медь. Также 0,07 мг/л этого вещества содержится в морской воде.

Формула цинка как простого вещества – Zn. Кристаллическая решетка гексагональная, плотная. Тип химической связи – металлическая.

Элемент Цинк: характеристика

Данный элемент располагается в периодической системе во второй группе, побочной подгруппе. Порядковый номер 30, масса Цинка – 65,37. Единственная и постоянная степень окисления +2. Электронная конфигурация внешнего слоя атома 4s2.

В таблице Цинк, Медь, Кадмий, Хром, Марганец и многие другие – это переходные металлы. К ним относятся все те, у которых электроны заполняют внешний и предвнешний d и f энергетические подуровни.

Переходные металлы включают в себя и группу платиновых (Золото, Иридий, Палладий, Платина, Осмий и другие). Для всех них характерно образование комплексных соединений, в которых они выступают в качестве комплексообразователя с разными координационными числами. Все это характерно и для рассматриваемого нами элемента.

Существует 5 устойчивых в природе изотопов с массовыми числами от 64 до 70. 65Zn – радиоактивный, с периодом полураспада 244 дня.

Краткая история открытия элемента

Что такое цинк, люди знали еще до нашей эры. Ведь именно тогда научились применять сплавы, содержащие этот металл. Египтяне использовали руды, содержащие медь и цинк, сплавляли их и получали очень прочный, устойчивый к окислению материал. Были найдены предметы быта, посуда, выполненные из этого материала.

Название zinc встречается в трудах врача Парацельса в XVI веке нашей эры. В этот же период металл активно начинают использовать китайцы, отливая из него монеты. Постепенно знания об этом веществе и его хороших технических свойствах переходят в Европу. Тогда и в Германии, Англии также узнали, что такое цинк и где его можно использовать.

Латунь была одним из первых и самых известных сплавов, используемых еще с древних веков на Кипре, а позже в Германии и других странах.

Название происходит от латинского zincum, однако этимология не совсем ясна. Есть несколько версий.

1. От немецкого zinke, что переводится как “острие”.
2. От латинского zincum, что означает “белый налет”.
3. Персидский “ченг”, то есть камень.
4. Древнегерманский zinco, что переводится, как “налет”, “бельмо на глазу”.

Сегодняшнее название элемент получил только в начале XX века. О значении ионов цинка в организме человека также стало известно лишь сравнительно недавно (XX век). До этого никакие недуги с этим элементом не связывали.

Однако известно, что уже в древности многие народы использовали супы из мяса молодого барашка как средство восстановления после болезни и для скорейшей поправки. Сегодня можно сказать, что эффект достигался за счет ионов цинка, которых в этом блюде содержится достаточно много. Он помогал восстановлению кровообращения, снятию усталости и активизировал мозговую деятельность.

Химические свойства

При обычных условиях поверхность куска металла мгновенно покрывается серо-белым тусклым налетом – оксидом цинка. Это происходит от того, что кислород воздуха мгновенно окисляет чистое вещество.

Если же долгое время хранить чистый металл на открытом влажном воздухе, то произойдет его разрушение под действием углекислого газа. Как простое вещество цинк реагирует с:

• галогенами;
• халькогенами;
• кислородом;
• кислотами;
• щелочами;
• аммиаком и аммонием (его солями);
• более слабыми металлами.

Не вступает в реакции с азотом. Если же взять химически абсолютно чистый цинк, то он не реагирует ни с чем из перечисленных веществ.

Очевидно, что цинк – металл амфотерный. При реакциях со щелочами образует комплексные соединения – гидроксоцинкаты.

Физические свойства

Можно обозначить несколько характеристик.

1. Цвет – сребристо-голубой.
2. Плотность – 7,13 г/см3.
3. Температура плавления – 420 оС (относится к группе легкоплавких металлов).
4. При обычных условиях – хрупкое вещество.
5. Температура кипения – 906 оС.
6. При нагревании до 100-150 оС повышается ковкость и пластичность, возможно изготовление проволоки и прокатка в фольгу.
7. Свыше 200 оС легко растирается в серый порошок, теряя пластичность.
8. Является отличным проводником.
9. Теплопроводность хорошая, так же как и теплоемкость.

Такие физические параметры позволяют использовать металл в соединениях с другими элементами. Например, широко известен сплав цинка – латунь.

Биологическая роль

Что такое цинк с точки зрения медицины и биологии? Имеет ли он значение для жизни организмов и насколько оно велико? Оказывается, ионы цинка просто обязательно должны присутствовать в живых существах. Иначе дефицит приведет к следующим последствиям:

• анемии;
• снижению инсулина;
• аллергии;
• потере веса и памяти;
• утомляемости;
• депрессии;
• ухудшению зрения;
• раздражительности и другим.

Основные места концентрации ионов цинка в организме человека – это поджелудочная железа, печень и мышцы. Также именно этот металл входит в состав большинства ферментов (например, карбоангидраза). Поэтому большинство реакций катализа происходит при участии цинка.

Что именно делают ионы?

1. Участвуют в синтезе мужских гормонов и семенной жидкости.
2. Способствуют усвоению витамина Е.
3. Участвуют в расщеплении молекул алкоголя в организме.
4. Являются непосредственными участниками синтеза многих гормонов (инсулина, гормона роста, тестостерона и других).
5. Принимает участие в кроветворении и заживлении поврежденных тканей.
6. Регулирует секрецию сальных желез, поддерживает нормальный рост волос и ногтей, способствует регенерационным процессам в коже.
7. Обладает способностью устранять из организма токсины и укреплять иммунитет.
8. Влияет на формирование вкусовых ощущений, а также обоняния.
9. Принимает участие в процессах транскрипции, обмене витамина А, нуклеиновых синтезах и распадах.
10. Является участником всех стадий роста и развития клетки, а также сопровождает процесс экспрессии гена.

Все это еще раз доказывает, насколько важным элементом является данный металл. Роль его в биологических системах была выяснена только в XX веке. Многих неприятностей и недугов в прошлом можно было бы избежать, если бы люди знали о лечении при помощи препаратов на основе цинка.

Каким же образом можно поддерживать нужное количество этого элемента в организме? Ответ очевиден. Необходимо употреблять продукты, содержащие цинк. Список может быть длинным, поэтому укажем только те, в которых максимальное количество рассматриваемого элемента:

• орехи и семечки;
• бобовые;
• мясо;
• морепродукты, особенно, устрицы;
• злаки и хлеб;
• молочная продукция;
• зелень, овощи и фрукты.

Историческая справка

Само название «цинк» впервые было упомянуто в книге « Liber Mineralium » Парацельса. По некоторым данным оно означало «зубец». Сплав цинка с медью или латунь известен давно. Его применяли в Древней Греции, Индии и Древнем Египте, позднее материал стал известен в Китае. В чистом виде металл удалось получить лишь в первой половине XVIII века в 1738 году в Великобритании при помощи дистилляционного способа. Его открывателем стал Уильям Чемпион. Промышленное производство началось через 5 лет, а в 1746 году в Германии химик Андреас Сигизмунд Маргграф разработал и в деталях описал собственный способ получения цинка. Он предлагал использовать метод прокаливания смеси окиси металл с углем в огнеупорных ретортах из глины без доступа воздуха. Последующая конденсация паров должна была проходить в холодильнике. Из-за подробного описания и кропотливых разработок Маргграфа часто называют первооткрывателем вещества.
В начале XIX века был найден способ выделения металла путем прокатки при 100 C о-150 C о. В начале следующего века научились добывать цинк электролитическим способом. В России первый металл получили только в 1905 году.

Гидроксид цинка, характеристика, свойства и получение, химические реакции.

Гидроксид цинка – неорганическое вещество, имеет химическую формулу Zn(OH)2.

Описание

Гидроксид цинка при стандартных условиях представляет собой бесцветные кристаллы, является аморфным веществом. В настоящее время известно 5 полиморфных модификаций, из которых устойчивой является только модификация с ромбической сингонией. Гидроксид цинка практически нерастворим в воде, проявляет амфотерные свойства (с преобладанием основных).

Получение

• Взаимодействие растворимых солей цинка с щелочами:

Физические свойства гидроксида цинка

* Примечание:

— нет данных.

Физические свойства

Химические свойства гидроксида цинка. Химические реакции гидроксида цинка

Гидроксид цинка является амфотерным основанием, т. е. обладает как основными, так и кислотными свойствами.

Гидроксид цинка – слабое нерастворимое основание.

Химические свойства гидроксида цинка аналогичны свойствам гидроксидов других амфотерных металлов. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:

1. реакция гидроксида цинка и гидроксида натрия:

Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2[Zn(OH)4].

В результате реакции образуется тетрагидроксоцинкат натрия. В ходе реакции используется концентрированный раствор гидроксида натрия.

2. реакция гидроксида цинка и гидроксида калия:

Zn(OH)2 + 2KOH → K2[Zn(OH)4].

В результате реакции образуется тетрагидроксоцинкат натрия.

3. реакция гидроксида цинка и ортофосфорной кислоты:

3Zn(OH)2 + 2H3PO4 → Zn3(PO4)2 + 6H2O.

В результате реакции образуются ортофосфат цинка и вода.

4. реакция гидроксида цинка и азотной кислоты:

Zn(OH)2 + 2HNO3 → Zn(NO3)2 + 2H2O.

В результате реакции образуются нитрат цинка и вода.

Аналогично проходят реакции гидроксида цинка и с другими кислотами.

5. реакция гидроксида цинка и йодоводорода:

Zn(OH)2 + 2HI → ZnI2 + 2H2O.

В результате реакции образуются йодид цинка и вода.

6. реакция гидроксида цинка и оксида углерода:

2Zn(OH)2 + CO2 → Zn2(OH)2CO3 + H2O.

В результате реакции образуется дигидроксид-карбонат цинка и вода. В ходе реакции гидроксид цинка используется в виде суспензии.

7. реакция термического разложения гидроксида цинка:

Zn(OH)2 → ZnO + H2O (t = 100-250 °C).

В результате реакции образуются оксид цинка и вода.

История

Сплав цинка с медью — латунь — был известен ещё в Древней Греции, Древнем Египте, Индии (VII в.), Китае (XI в.). Долгое время не удавалось выделить чистый цинк. В 1738 году в Англии был запатентован дистилляционный способ получения цинка. В промышленном масштабе выплавка цинка началась также в XVIII в.: в 1743 году в Бристоле вступил в строй первый цинковый завод, основанный Уильямом Чемпионом, где получение цинка проводилось дистилляционным способом. В 1746 А. С. Маргграф в Германии разработал похожий способ получения чистого цинка путём прокаливания смеси его оксида с углём без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров цинка в холодильниках. Маргграф описал свой метод во всех деталях и этим заложил основы теории производства цинка. Поэтому его часто называют первооткрывателем цинка.

В 1805 году Чарльз Гобсон и Чарльз Сильвестр из Шеффилда запатентовали способ обработки цинка — прокатка при 100—150 °C . Первый в России цинк был получен на 1 января 1905 года. Первые заводы, где цинк получали электролитическим способом, появились в 1915 году в Канаде и США.

Реакции, в которых участвует Гидроксид цинка

• Zn(OH)2 + 2NaOH -> Na2[Zn(OH)4]
• Na2[Zn(OH)4] -> Zn(OH)2″|v” + 2NaOH
• Na2[Zn(OH)4] + 2HCl -> 2NaCl + Zn(OH)2″|v” + 2H2O
• Na2[Zn(OH)4] + CO2 -> Na2CO3 + Zn(OH)2″|v” + H2O
• {M}(OH)2 + H2{X} = {M}{X} + 2H2O , где M =
  Mg Ca Ba Sr Cu Zn>;>X = SO4 SO3 CO3

Источники

• https://FB.ru/article/181833/chto-takoe-tsink-formula-soedineniya-tsinka-primenenie-tsinka
• https://xn--80aaafltebbc3auk2aepkhr3ewjpa.xn--p1ai/gidroksid-tsinka-harakteristika-svoystva-i-poluchenie-himicheskie-reaktsii/
• https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/869017
• https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B8%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%BA%D1%81%D0%B8%D0%B4_%D1%86%D0%B8%D0%BD%D0%BA%D0%B0
• https://allbreakingnews.ru/gidroksid-cinka-xarakteristika-svojstva-i-poluchenie-ximicheskie-reakcii/
• https://chemiday.com/ru/encyclopedia/znoh2
• https://charchem.org/ru/subst-ref/?id=2564

Способы оцинкования

Металлургические заводы отличительны не только своим оборудованием, но и применяемыми методами производства. Это зависит от ценовой политики, и месторасположения (природных ресурсов, используемых для металлургической промышленности). Есть несколько методов оцинкования, которые рассматриваются ниже.

Горячий способ оцинкования

Данный способ заключается в обмакивании металлической детали в жидком растворе. Происходит это так:

1. Деталь или изделие обезжиривается, очищается, промывается и сушится.
2. Далее, цинк расплавляется до жидкого состояния при температуре до 480 °С.
3. В жидкий раствор опускается подготовленное изделие. При этом оно хорошо смачивается в растворе и образуется покрытие толщиной до 450 мкм. Это является 100% защитой от воздействия внешних факторов на изделие (влага, прямые солнечные лучи, вода с химическими примесями).

Горячее цинкование металлоконструкций

Но, данный метод имеет ряд недостатков:

• Цинковая пленка на изделии получается неравномерного слоя.
• Нельзя использовать данный метод для деталей, отвечающих точным стандартам по ГОСТу. Где каждый миллиметр считается браком.
• После горячего оцинкования, не каждая деталь останется прочной и износостойкой, поскольку после прохождения высокой температуры появляется хрупкость.

А также данный метод не подходит для изделий, покрытых лакокрасочными материалами.

Холодное оцинкование

Этот метод носит 2 названия: гальванический и электролитический. Методика покрытия изделия защитой от коррозии такова:

1. Металлическая деталь, изделие подготавливается (обезжиривается, очищается).
2. После этого проводится «метод окрашивания» — применяется специальный состав, имеющий главный компонент – цинк.
3. Деталь покрывается данным составом методом распыления.

Холодное цинкование

Благодаря этому методу защитой покрываются детали с точным допуском, изделия, покрытые лакокрасочными материалами. Повышается стойкость к внешним факторам, приводящим к коррозии.

Недостатки данного метода: тонкий защитный слой – до 35 мкм. Это приводит к меньшей защите и небольшим срокам защиты.

Термодиффузионный способ

Данный метод делает покрытие, которое является электродом с положительной полярностью, в то время как металл изделия (сталь) становится отрицательной полярности. Появляется электрохимический защитный слой.

Метод применим только в случае, если детали произведены из углеродистой стали, чугуна, стали с примесями. Цинк используется таким образом:

1. При температуре от 290 °С до 450 °С в порошковой среде, поверхность детали насыщается Zn. Здесь маркировка стали, а также тип изделия имеют значение – выбирается соответствующая температура.
2. Толщина защитного слоя достигает 110 мкм.
3. В закрытый резервуар помещается изделие из стали, чугуна.
4. Добавляется туда специальная смесь.
5. Последним шагом является специальная обработка изделия от появления белых высолов от солёной воды.

Термодиффузионное цинкование

В основном данным методом пользуются в случае, если требуется покрыть детали, имеющие сложную форму: резьбу, мелкие штрихи. Образование равномерного защитного слоя является важным, поскольку данные детали претерпевают множественное воздействие внешней агрессивной среды (постоянная влага).

Данный метод дает самый большой процент защиты изделия от коррозии

Оцинкованное напыление является износостойким и практически нестираемым, что очень важно для деталей, которые время о времени крутятся и разбираются

Использование человеком

Мы уже в целом обозначали, в каких отраслях и областях промышленности используется цинк. Цена на этот металл и его сплавы достаточно высока. Например, лист латуни размером 0,6 х 1,5 приблизительно оценивают в 260 рублей. И это вполне оправданно, ведь качество материала достаточно высокое.

Итак, металлический цинк, то есть как простое вещество, используется:

• для покрытия против коррозии на железных и стальных изделиях;
• в аккумуляторах;
• типографии;
• в качестве восстановителя и катализатора в органических синтезах;
• в металлургии для выделения других металлов из их растворов.

Оксид цинка используется не только в косметических целях, о которых мы уже упоминали, но и в качестве наполнителя при производстве резины, как белый пигмент в красках.

О том, где используются различные соли цинка, мы говорили при рассмотрении этих соединений. Очевидно, что в целом цинк и его вещества — это важные и значимые в промышленности, медицине и других отраслях компоненты, без которых многие процессы оказались бы невозможными или сильно затрудненными.

Основания амфотерных металлов

Металлы

В нормальных условиях это вещества не растворяются в воде и их можно спокойно отнести к слабым электролитам. Такие вещества получают после проведения реакции солей металла и щелочи. Эти реакции довольно опасны для тех, кто их производит и поэтому, например, для получения гидроксида цинка в емкость с хлоридом цинка медленно и аккуратно, по капле надо вводить едкий натр.

Вместе тем, амфотерные — взаимодействуют с кислотами как основания. То есть при выполнении реакции между соляной кислотой и гидроксидом цинка, появится хлорид цинка. А при взаимодействии с основаниями, они ведут себя как кислоты.

Рейтинг: /5 — голосов

Где используются амфотерные металлы?

Химические свойства щелочноземельных металлов. перечень щелочноземельных металлов
Сферы применения:

1. Изготовление деталей для сейсмических и скоростных датчиков, часовых механизмов, крутящего момента.
2. Производство деталей для оборудования, которые будут взаимодействовать с агрессивными факторами.
3. Армирование труб высокого давления.
4. Кораблестроение, самолетостроение.
5. Производство бытовых приборов, инструментов. К ним относятся столовые приборы, рулетки, бритвенные лезвия, посуда для кухни.
6. Сборка видеозаписывающего оборудования.

С каждым годом появляется все больше химических соединений. Благодаря этому открываются новые амфотерные металлы. Их называют материалами будущего, но популярность их растет медленно. Связано это с высокой стоимостью, небольшими размерами готовых изделий.

https://youtube.com/watch?v=BZIhw3pQFQs