Химический элемент "Цинк"

ЦИНК

Реферат подготовлен

ученицами 11Б класса

Овсянниковой А. и

Абрамовой О.

2000 г.

Цинк известен человеку с древних времен. Его открыли в средние века.
Название «цинк» происходит от латинского Zincum, что означает «бельмо»
или «белый налет».

Цинк – довольно активный металл, поэтому в природе встречается только в
соединениях. Важнейшие из них – минерал ZnS и цинковый шпат ZnCO3.
Суль-фид цинка цинка ZnS – сфалерит, называют его и «цинковой обманкой».
Возможно, такое название это соединение получило из-за того, что разные
примеси придают ему всевозможные цвета. В земной коре на глубине
прибли-зительно 1 км содержится 0.004 весовых процента соединений цинка.
В живой клетке тоже содержится цинк в количестве 0.0003 % от всего
химического состава клетки.

В периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева цинк
находится во второй группе побочной подгруппы, в пятом ряду (в четвертом
периоде). Он занимает 30-ю ячейку. Заряд ядра цинка +30, у него 30
электронов, 30 протонов и 5 нейтронов. Относительная атомная масса цинка
65.37. На внешнем энергетическом уровне у цинка содержится 2 электрона.
Это d-элемент, то есть у него заполняется (точнее, закончен)
d-подуровень 3-го энергетического уровня. Вообще электроны располагаются
по энергетичес-ким уровням следующим образом:

1 уровень – 2 электрона

2 уровень – 6 электронов

3 уровень – 18 электронов

4 уровень – 2 электрона

Электронная формула цинка: 1s22s2p63s2p64s23d10. По орбиталям электроны
у атома цинка располагаются так:



+30Zn







s





Как и все металлы, цинк – восстановитель. Он может отдавать 2 электрона
с внешнего энергетического уровня. Другую степень окисления цинк
проявлять не может, так как в его атомах предпоследний d-подуровень
полностью завер-шен. Во всех соединениях валентность цинка 2.

Строение цинка таково: относительно свободные электроны осуществляют
связь с ионами металла, этот тип связи называется металлической. У цинка
металлическая кристаллическая решетка. Таким строением металла
обусловлены его характерные физические свойства.

Цинк – голубовато-серебристый металл. При обычной температуре хрупок.
При более высоких температурах цинк легче поддается деформациям.
Напри-мер, при 100-150о С хорошо прокатывается в листы. Выше 200о С
становится очень хрупким, а при 419.5о С плавится. Цинк примерно в 7
раз тяжелее воды: его плотность 7.14 г/см3. Цинк обладает невысокой
электропроводностью: электрический ток он проводит в 3.5 раза хуже меди.


Химические свойства. Цинк на воздухе устойчив, так как покрывается
тонким слоем оксида, предохраняющего его от дальнейшего окисления. Вода
практически при обычной температуре на цинк не действует – при
взаимодей-ствии с водой на поверхности цинка образуется нерастворимый
гидроксид цин-ка - Zn(OH)2. При повышенной температуре цинк становится
активным и реаги-рует с простыми веществами – с галогенами, кислородом и
серой:

2?
4?

0 0 t +2 –
0 0 t
+2 -2

Zn + Cl2 ZnCl
Zn + O2 2ZnO

2?

0 0 t +2 -2

Zn + S ZnS

Со сложными веществами – с растворами кислот, щелочей и водой – в
зависи-мости от условий цинк реагирует по-разному.



С серной кислотой: – если H2SO4 концентрированная, выделяется SO2;

если H2SO4 разбавленная, выделяется S;

если H2SO4 сильноразбавленная, выделяется H2S.

С азотной кислотой: – если HNO3 концентрированная, выделяется NO;

если HNO3 разбавленная, выделяется N2О или N2;

если HNO3 очень разбавленная, выделяется NН3 (соли аммония).

Со щелочью:

2?

0 + t +2
0

Zn + 2NaOH Na2ZnO2 + H2

(крист)

2?

0 +
+2 0

Zn + 2NaOH + 2H2O Na2[Zn(OH)4] + H2

2?

0 +6 t +2 0


Zn + H2O ZnO + H2

Отсюда видно, что цинк обладает двойственной природой, а его оксид и
гидроксид амфотерны.

Так как на цинк при обычных условиях не действуют ни кислород воздуха,
ни вода, то основная масса цинка расходуется на защитные покрытия
желез-ных листов и стальных изделий. Цинк применяют для получения
технически важных сплавов: с медью (латуни), алюминием и никелем. Цинк
входит также и в состав бронзы.

Латунь – это сплав на основе меди, где главным легирующим элементом
яв-ляется цинк (содержание цинка до 50%). Легирующий элемент – это
элемент, который вводится в металл или металлический сплав для улучшения
физико-химических или механических свойств сплава. Содержание цинка в
латуни может быть разным. В зависимости от процентного соотношения меди
и цинка в латуни, сплавы подразделяют на виды и категории, различающиеся
по своим свойствам. раньше латунь широко использовали в художественных
ремеслах и для изготовления научных приборов. Известны, например,
великолепные худо-жественные изделия нюнбергских мастеров начала XYI
века. Сегодня латунь используется как конструкционный материал там, где
требуется высокая проч-ность и коррозийная стойкость: в трубопроводной
арматуре, в химическом ма-шиностроении и особенно в судостроении. Латунь
хорошо поддается обработке давлением, поэтому детали из нее часто
изготавливают методом глубокой вы-тяжки. Из латуней делают
конденсаторные трубки и патронные гильзы, радиа-торы и различную
арматуру.

Широко используется и гальваническое цинкование стальных деталей. Оно
обладает рядом преимуществ: толщину слоя можно точно регулировать в
зависимости от назначения детали; защитное покрытие и основной металл не
образуют никаких промежуточных слоев и сплавов, поэтому отпадает
необхо-димость в нагреве. Названный метод цинкования позволяют получать
цинковые покрытия толщиной до 0.02-0.1 мм.

В пиротехнике цинковая пыль применяется для получения голубого пламени,
применяется цинк и в полиграфии.

Около 1/4 всего производимого в мире цинка расходуется на легирование
других металлов, преимущественно на изготовление латуней и других медных
сплавов. До 40% мирового производства цинка идет на защиту стали.
Меха-низм защиты железа цинком состоит в том, что цинк – металл более
активный – быстрее реагирует с агрессивными компонентами атмосферы.

Большое применение находят и некоторые соединения цинка. Так, оксид
цинка ZnO, замешанный на олифе, дает цинковые белила – самые
распростра-ненные из всех белил. Препараты на основе оксида цинка
эффективны при кожных заболеваниях. В древности лекарства с цинком
использовали для заживления ран и при лечении глазных болезней. Другое
важное соединение цинка – сульфид цинка – ZnS – применяют для покрытия
светящихся экранов телеви-зоров, осциллографов, рентгеновских аппаратов.
Под действием коротковолно-вого излучения или электронного луча ZnS
способен светиться, причем эта спо-собность сохраняется и после того,
как прекращается облучение.

Цинк важен и для организма человека. Так, люди с дефицитом цинка обычно
часто и длительно болеют простудными и инфекционными заболеваниями.
Дефицит цинка в организме характеризуется наличием следующих симптомов:
понижение аппетита, аллергические заболевания, дерматит, дефицит массы,
снижение остроты зрения, выпадение волос. При дефиците цинка у детей и
подростков возрастает предрасположенность к алкоголизму.

Цинк встречается в природе преимущественно в соединении с серой. Поэтому
для его получения в свободном состоянии руду обжигают и из оксида
восстанавливают металл:

12?
2?

+2 –2 0 t +2 -2 +2 –2
+2 0 t 0
+2

2 ZnS + 3O2 2 ZnO + 2SO2 ZnO + C
Zn + CO

Древние греки, египтяне умели изготавливать латунь, но чистый цинк
полу-чать не умели. Это потому, что при нагревании оксида ZnO с углем
при темпе-ратуре 1000-1100о С образуется пар, который в воздухе
воспламеняется и, сгорая зелено-белым пламенем, опять превращается в
этот же оксид. Мастера Древней Индии и Китая научились конденсировать
пары цинка без доступа воздуха. В Европе подобный метод разработал в
1746 году немецкий химик А.С.Марггаф. Цинк получается также из раствора
соли ZnSO4 путем электролиза.

Таким образом, цинк – довольно редкий, но очень важный для человека
металл.