Zinek | ||||
---|---|---|---|---|
← Měď | Gallium → | ||||
| ||||
Vzhled jednoduché látky | ||||
Vzorky purifikovaného zinku | ||||
Vlastnosti atomu | ||||
Jméno, symbol, číslo | Zinek / Zincum (Zn), 30 | |||
Skupina , období , blok |
12 (zastaralé 2), 4, d-prvek |
|||
atomová hmotnost ( molární hmotnost ) |
65,38(2) [1] a. e. m. ( g / mol ) | |||
Elektronická konfigurace |
[Ar] 3d 10 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 |
|||
Poloměr atomu | 138 hodin | |||
Chemické vlastnosti | ||||
kovalentní poloměr | 125 hodin | |||
Poloměr iontů | (+2e) 74 hodin | |||
Elektronegativita | 1,65 (Paulingova stupnice) | |||
Elektrodový potenciál | -0,76 V | |||
Oxidační stavy | 0, +2 | |||
Ionizační energie (první elektron) |
905,8 (9,39) kJ / mol ( eV ) | |||
Termodynamické vlastnosti jednoduché látky | ||||
Hustota (v n.a. ) | 7,133 g/cm³ | |||
Teplota tání | 419,6 °C | |||
Teplota varu | 906,2 °C | |||
Oud. teplo tání | 7,28 kJ/mol | |||
Oud. výparné teplo | 114,8 kJ/mol | |||
Molární tepelná kapacita | 25,4 [2] J/(K mol) | |||
Molární objem | 9,2 cm³ / mol | |||
Krystalová mřížka jednoduché látky | ||||
Příhradová konstrukce | Šestihranný | |||
Parametry mřížky | a = 2,6648, c = 4,9468 Á | |||
poměr c / a | 1,856 | |||
Debyeho teplota | 234 tis . | |||
Další vlastnosti | ||||
Tepelná vodivost | (300 K) 116 W/(m K) | |||
Číslo CAS | 7440-66-6 |
třicet | Zinek |
Zn65,38 | |
3d 10 4s 2 |
Zinek ( chemická značka - Zn , z lat. Zincum ) - chemický prvek 12. skupiny (podle zastaralé klasifikace - sekundární podskupina druhé skupiny, IIB), čtvrté období periodického systému chemických prvků D. I. Mendělejev s atomovým číslem 30.
Jednoduchá látka zinek je za normálních podmínek křehký modrobílý přechodový kov ( na vzduchu se zakalí a pokryje se tenkou vrstvou oxidu zinečnatého ).
Slitina zinku s mědí - mosaz - byla známá ve starověkém Řecku , starověkém Egyptě , Indii ( VII. století ), Číně ( XI století ). Dlouhou dobu nebylo možné izolovat čistý zinek. V roce 1738 v Anglii patentoval William Champion destilační metodu pro získávání zinku [3] . V průmyslovém měřítku začala tavba zinku také v 18. století : v roce 1743 začala v Bristolu fungovat první zinkovna založená Williamem Championem, kde se zinek získával destilací [4] [5] :15 . V roce 1746 vyvinul A. S. Marggraf v Německu podobnou metodu pro získávání čistého zinku kalcinací směsi jeho oxidu s uhlím bez vzduchu v jílových žáruvzdorných retortách s následnou kondenzací zinkových par v lednicích . Marggraf svou metodu podrobně popsal a položil tak základy teorie výroby zinku. Proto bývá nazýván objevitelem zinku [4] .
V roce 1805 Charles Hobson a Charles Sylvester ze Sheffieldu patentovali způsob zpracování zinku - válcování při 100-150 °C [5] :28 . První zinek v Rusku byl získán v závodě Alagir 1. ledna 1905 [5] :86 . První závody, kde se zinek získával elektrolytickou metodou, se objevily v roce 1915 v Kanadě a USA [5] :82 .
Slovo „zinek“ se poprvé nachází ve spisech Paracelsa , který tento kov nazval slovem lat. zincum nebo zinken v Liber Mineralium II [6] . Toto slovo se pravděpodobně vrací k němu. Zinke , což znamená „zub“ (krystality zinkového kovu vypadají jako jehličky) [7] .
Je známo 66 minerálů zinku, zejména zincit , sfalerit , willemit , calamin , smithsonit , franklinit . Nejběžnějším minerálem je sfalerit nebo směs zinku. Hlavní složkou minerálu je sulfid zinečnatý ZnS a různé nečistoty dodávají této látce nejrůznější barvy. Kvůli obtížnosti identifikace tohoto minerálu se nazývá blende ( starořecky σφαλερός - klamný). Směs zinku je považována za primární minerál, ze kterého byly vytvořeny další minerály zinku. : smithsonit ZnCO 3 , zincit ZnO, calamin 2ZnO SiO 2 H 2 O. Na Altaji často najdete pruhovanou "čipmunkovou" rudu - směs zinkové směsi a hnědého jitrocele . Kousek takové rudy z dálky opravdu vypadá jako skryté pruhované zvíře[ styl ] .
Průměrný obsah zinku v zemské kůře je 8,3⋅10−3 % , v hlavních vyvřelinách je poněkud vyšší (1,3⋅10−2 % ) než v kyselých (6⋅10−3 % ). Zinek je energický vodní migrant, zvláště charakteristický jeho migrací v termálních vodách spolu s olovem . Z těchto vod se vysrážejí sulfidy zinečnaté, které mají velký průmyslový význam. Zinek také intenzivně migruje v povrchových a podzemních vodách, jeho hlavním srážedlem je sirovodík , sorpce jíly a další procesy hrají menší roli.
Zinek je důležitý biogenní prvek, živé organismy obsahují průměrně 5⋅10 −4 % zinku. Existují však výjimky - takzvané hubové organismy (například některé fialky ).
Ložiska zinku jsou známá v Íránu , Austrálii , Bolívii , Kazachstánu [8] . V Rusku je největším výrobcem olovo-zinkových koncentrátů JSC "MMC Dalpolimetall " [9] . Na území Krasnojarského území v regionu Dolní Angara vzniká unikátní ložisko polymetalů Gorevskoje se zásobami zinku 1004,5 tis. tun v kategoriích A + B + C1 a 798,4 tis. tun v kategorii C2. Ložisko bylo objeveno v roce 1956, těžba začala v roce 1975, ale první informace o přítomnosti rud v okolních oblastech pocházejí ze 70. let 18. století. V roce 2012 činila produkce zinku 25,8 tis. tun. Obor rozvíjí skupina společností. Prozkoumána byla také ložiska Partizanskoye a Surovoye na západě poloostrova Taimyr. Předpokládané zdroje zinku - 500 tisíc tun. [deset]
Zinek má pět stabilních izotopů ( 64Zn , 66Zn , 67Zn , 68Zn a 70Zn ).
Zinek se v přírodě jako přírodní kov nevyskytuje.
Zinek se těží z polymetalických rud obsahujících 1-4 % Zn ve formě sulfidu, dále Cu , Pb , Ag , Au , Cd , Bi . Rudy se obohacují selektivní flotací, získávají se zinkové koncentráty (50-60% Zn) a současně olověné, měděné a někdy i pyritové koncentráty. Zinkové koncentráty se vypalují v pecích s fluidním ložem, přičemž se sulfid zinečnatý přeměňuje na oxid ZnO; výsledný oxid siřičitý SO 2 se používá k výrobě kyseliny sírové . Čistý zinek z oxidu ZnO se získává dvěma způsoby. Podle pyrometalurgické (destilační) metody, která existuje již dlouhou dobu, se kalcinovaný koncentrát slinuje, aby se získala zrnitost a propustnost pro plyny, a poté se redukuje uhlím nebo koksem při 1200–1300 ° C: ZnO + C → Zn + CO . Vzniklé kovové páry kondenzují a nalévají do forem. Zpočátku se restaurování provádělo pouze v ručních pálených retortách, později byly použity vertikální mechanizované karborundové retorty , dále šachtové a elektrické obloukové pece; z olovo-zinkových koncentrátů se zinek získává v šachtových pecích s foukáním . Produktivita se postupně zvyšovala, ale zinek obsahoval až 3 % nečistot, včetně cenného kadmia . Destilační zinek se čistí segregací (tedy usazováním tekutého kovu ze železa a části olova při 500 °C), přičemž dosahuje čistoty 98,7 %. Někdy složitější a nákladnější čištění rektifikací, které se někdy používá, dává kovu čistotu 99,995 % a umožňuje extrakci kadmia.
Hlavní způsob získávání zinku je elektrolytický (hydrometalurgický). Kalcinované koncentráty se zpracují kyselinou sírovou; výsledný síranový roztok je očištěn od nečistot (depozicí se zinkovým prachem) a podroben elektrolýze v lázních pevně vyložených uvnitř olovem nebo vinylovým plastem . Zinek je nanášen na hliníkové katody, ze kterých je denně odstraňován (strháván) a taven v indukčních pecích. Obvykle je čistota elektrolytického zinku 99,95%, úplnost jeho extrakce z koncentrátu (s přihlédnutím ke zpracování odpadu) je 93-94%. Výrobní odpady produkují síran zinečnatý, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; někdy také In, Ga, Ge, Tl.
Ve své čisté formě je to spíše tažný stříbřitě bílý kov . Má šestihrannou mřížku s parametry a \u003d 0,26649 nm, c \u003d 0,49431 nm, prostorová skupina P 6 3 / mmc, Z \u003d 2. Při pokojové teplotě je křehká, když je deska ohnuta, je slyšet prasklina tření krystalitů (obvykle silnější než " výkřik cínu "). Při 100–150 °C je zinek plastický. Nečistoty, i drobné, prudce zvyšují křehkost zinku. Vlastní koncentrace nosičů náboje v zinku je 13,1⋅10 28 m −3 .
Typický příklad kovu, který tvoří amfoterní sloučeniny. Sloučeniny zinku ZnO a Zn(OH) 2 jsou amfoterní . Standardní elektrodový potenciál je −0,76 V, v řadě standardních potenciálů se nachází před železem.
Na vzduchu je zinek pokryt tenkým filmem oxidu ZnO. Při silném zahřátí vyhoří za vzniku amfoterního bílého oxidu ZnO:
Oxid zinečnatý reaguje s roztoky kyseliny:
a s alkáliemi:
Zinek běžné čistoty aktivně reaguje s kyselými roztoky:
a alkalické roztoky:
tvoří hydroxozinkaty. Velmi čistý zinek nereaguje s roztoky kyselin a zásad. Interakce začíná přidáním několika kapek roztoku síranu měďnatého CuSO 4 .
Při zahřátí zinek reaguje s halogeny za vzniku halogenidů ZnHal2 . S fosforem tvoří zinek fosfidy Zn 3 P 2 a ZnP 2 . Se sírou a jejími analogy - selenem a tellurem - různými chalkogenidy, ZnS, ZnSe, ZnSe 2 a ZnTe.
S vodíkem , dusíkem , uhlíkem , křemíkem a borem zinek přímo nereaguje. Nitrid Zn 3 N 2 se získává reakcí zinku s amoniakem při 550-600 °C.
Ve vodných roztocích tvoří ionty zinku Zn 2+ akvakomplexy [Zn(H 2 O) 4 ] 2+ a [Zn(H 2 O) 6 ] 2+ .
Čistý kovový zinek se používá k získávání drahých kovů těžených podzemním loužením ( zlato , stříbro ). Kromě toho se zinek používá k získávání stříbra, zlata (a dalších kovů) ze surového olova ve formě intermetalických sloučenin zinek-stříbro-zlato (tzv. „stříbrná pěna“), které se následně zpracovávají konvenčními rafinačními metodami .
Používá se k ochraně oceli před korozí ( zinkování povrchů nepodléhajících mechanickému namáhání, nebo metalizace - na mosty, nádrže, kovové konstrukce).
Zinek se používá jako materiál pro zápornou elektrodu v chemických zdrojích proudu , tedy v bateriích a akumulátorech , např.: mangan-zinkový článek , stříbrno-zinkový akumulátor (1,85 V , 150 W h /kg, 650 W h/dm ( _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 0,7-1,6 V, 84-127 W h / kg, 410-570 W h / dm 3 ), chrom-zinkový článek , zinko-stříbrný chloridový článek , nikl-zinkový akumulátor (1, 82 V, 95-118 W h / kg, 230-295 W h / dm 3 ), olověný zinkový článek , zinko-chlórová baterie , zinko-bromová baterie atd.
Úloha zinku je velmi důležitá u zinko-vzduchových baterií , které se vyznačují velmi vysokou měrnou spotřebou energie . Jsou perspektivní pro startování motorů (olověná baterie - 55 W h / kg, zinek-vzduch - 220-300 W h / kg) a pro elektromobily (dojezd do 900 km).
Zinkové desky jsou široce používány v tisku , zejména pro tisk ilustrací ve velkonákladových publikacích. K tomu se od 19. století používala zinkografie - výroba klišé na zinkové desce leptáním vzoru v ní kyselinou. Nečistoty, s výjimkou malého množství olova, zhoršují proces leptání. Před mořením je zinkový plech žíhán a válcován v zahřátém stavu [5] :30-31 .
Zinek se přidává do mnoha slitin pro tvrdé pájení, aby se snížil jejich bod tání.
Oxid zinečnatý je široce používán v lékařství jako antiseptický a protizánětlivý prostředek . Oxid zinečnatý se také používá k výrobě barvy - zinková běloba .
Zinek je důležitou součástí mosazi . Slitiny zinku s hliníkem a hořčíkem (TsAM, ZAMAK ) jsou pro své relativně vysoké mechanické a velmi vysoké odlévací vlastnosti velmi široce používány ve strojírenství pro přesné lití. Zejména ve zbrojním průmyslu se šrouby do pistolí někdy odlévají ze slitiny ZAMAK (-3, -5) , zejména ty, které jsou určeny pro použití slabých nebo traumatických nábojů. Ze slitin zinku jsou také odlévány všechny druhy technických armatur, jako jsou kliky automobilů, karburátorové karburátory, makety a všechny druhy miniatur, stejně jako jakékoli další výrobky, které vyžadují přesné odlévání s přijatelnou pevností.
Chlorid zinečnatý je důležité tavidlo pro pájení kovů a součást výroby vláken .
Sulfid zinečnatý se používá při výrobě fosforu s krátkým dosvitem a dalších luminiscenčních sloučenin , obvykle směsí ZnS a CdS aktivovaných jinými kovovými ionty. Fosfory na bázi sulfidů zinku a kadmia se také používají v elektronickém průmyslu k výrobě svítících flexibilních panelů a obrazovek jako elektroluminofory a sloučeniny s krátkou dobou žhnutí .
Telurid , selenid , fosfid , sulfid zinečnatý jsou široce používané polovodiče . Sulfid zinečnatý je nedílnou součástí mnoha fosforů . Fosfid zinečnatý se používá jako jed na hlodavce .
Selenid zinečnatý se používá k výrobě optických skel s velmi nízkou střední infračervenou absorpcí , jako jsou lasery na bázi oxidu uhličitého .
Různá použití zinku způsobují:
Zinek je čtvrtý nejpoužívanější kov na světě po železe, hliníku a mědi a třetí mezi neželeznými kovy. Světová produkce zinku v roce 2009 činila 11,277 milionů tun, což je o 3,2 % méně než v roce 2008 [11] světová produkce zinku se může v roce 2024 zvýšit na 14 milionů tun ročně. [12] Cena zinku v říjnu 2021 vzrostla v Londýně na 3528,5 USD/t, +3,7 %. [13]
Seznam zemí podle produkce zinku v roce 2006 (na základě United States Geological Survey) [14] :
Seznam zemí podle výroby zinkuMísto | Země | Produktivita (tuny) |
---|---|---|
— | ![]() |
10 000 000 |
jeden | Čína | 2 600 000 [15] |
2 | Austrálie | 1 380 000 |
3 | Peru | 1 201 794 |
čtyři | USA | 727 000 |
5 | Kanada | 710 000 |
6 | Mexiko | 480 000 [15] |
7 | Irsko | 425 700 |
osm | Indie | 420 800 |
9 | Kazachstán | 400 000 [15] |
deset | Švédsko | 192 400 |
jedenáct | Rusko | 190 000 [15] |
12 | Brazílie | 176 000 [15] |
13 | Bolívie | 175 000 [15] |
čtrnáct | Polsko | 135 600 |
patnáct | Írán | 130 000 [15] |
16 | Maroko | 73 000 [15] |
17 | Namibie | 68 000 [15] |
osmnáct | Severní Korea | 67 000 [15] |
19 | krocan | 50 000 [15] |
dvacet | Vietnam | 48 000 [15] |
21 | Thajsko | 45 000 [15] |
22 | Honduras | 37 646 |
23 | Finsko | 35 700 |
24 | Jižní Afrika | 34 444 |
25 | Chile | 31 725 |
26 | Argentina | 30 300 [15] |
27 | Bulharsko | 17 300 [15] |
28 | Rumunsko | 9600 [15] |
29 | Japonsko | 7 169 |
třicet | Alžírsko | 5 000 [15] |
31 | Saudská arábie | 1500 [15] |
32 | Gruzie | [15] | 400
33 | Bosna a Hercegovina | [15] | 300
34 | Myanmar | [15] | 100
Tělo dospělého člověka obsahuje v průměru asi 2 g zinku ve formě jeho sloučenin, který je koncentrován především v prostatě, svalech, játrech a slinivce břišní. 50 mililitrů lidského semene obsahuje asi 10 miligramů zinku. Více než 400 enzymů obsahuje zinek. Jsou mezi nimi enzymy , které katalyzují hydrolýzu peptidů, proteinů a esterů, tvorbu aldehydů, polymeraci DNA a RNA . Ionty Zn 2+ v enzymech způsobují polarizaci vody a organických molekul, což usnadňuje jejich deprotonaci podle reakce
Zn2 + + H20 \u003d ZnOH + + H +Nejvíce studovaným enzymem je karboanhydráza, protein obsahující zinek a sestávající z přibližně 260 aminokyselinových zbytků. Tento enzym se nachází v červených krvinkách a přispívá k přeměně oxidu uhličitého vzniklého v tkáních při jejich životní činnosti na hydrogenuhličitanové ionty a kyselinu uhličitou, která je krví transportována do plic, kde je z těla vylučována v forma oxidu uhličitého. V nepřítomnosti enzymu probíhá přeměna CO 2 na anion HCO 3 - velmi nízkou rychlostí. V molekule karboanhydrázy je atom zinku vázán na tři imidazolové skupiny histidinových aminokyselinových zbytků a molekulu vody, která se snadno deprotonuje a mění se na koordinovaný hydroxid. Atom uhlíku molekuly oxidu uhličitého, který má částečný kladný náboj, interaguje s atomem kyslíku hydroxylové skupiny. Tak se koordinovaná molekula CO 2 přemění na hydrogenuhličitanový anion, který opouští aktivní místo enzymu, a je nahrazen molekulou vody. Enzym urychluje tuto hydrolyzační reakci 10 milionkrát.
Zinek
Doporučený denní příjem zinku ve stravě je 11 mg pro muže a 8 mg pro ženy [17] . V období aktivního sexuálního života se denní potřeba zinku u mužů zvyšuje a dosahuje 30-70 mg. Z potravin konzumovaných lidmi mají nejvyšší obsah zinku ústřice , dýňová a slunečnicová semínka , sezamová semínka , maso, sýr, ovesné vločky, luštěniny, čokoláda.
Obsah zinku ve výrobcích na 100 g [18] :
Zinek může být také přítomen v minerální vodě.
Nedostatek zinku v těle vede k řadě poruch. Patří mezi ně podrážděnost, únava, ztráta paměti, depresivní stavy, snížená zraková ostrost, hubnutí, hromadění některých prvků v těle ( železo , měď , kadmium , olovo ), snížená hladina inzulínu , alergická onemocnění, anémie a další [19] .
Pro posouzení obsahu zinku v těle se zjišťuje jeho obsah ve vlasech, krvi a jeho séru.
Při dlouhodobém příjmu velkého množství všech solí zinku, zejména síranů a chloridů do organismu, mohou způsobit otravu toxicitou iontů Zn 2+ . K těžké otravě stačí 1 gram síranu zinečnatého ZnSO 4 . V každodenním životě se mohou při skladování potravin v zinkovém a pozinkovaném nádobí tvořit chloridy, sírany a oxid zinečnatý.
Otrava ZnSO 4 vede k anémii, zpomalení růstu, neplodnosti.
K otravě síranem zinečnatým dochází vdechováním jeho jemných částic (prach). Projevuje se výskytem nasládlé chuti v ústech, snížením nebo úplnou ztrátou chuti k jídlu, silnou žízní. Objevuje se únava, pocit slabosti, tísnivá a tlaková bolest na hrudi, ospalost, suchý kašel.
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
Slovníky a encyklopedie |
| |||
|
Periodický systém chemických prvků D. I. Mendělejeva | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Řady elektrochemické aktivity kovů | |
---|---|
Eu , Sm , Li , Cs , Rb , K , Ra , Ba , Sr , Ca , Na , Ac , La , Ce , Pr , Nd , Pm , Gd , Tb , Mg , Y , Dy , Am , Ho , Er , Tm , Lu , Sc , Pu , |
mincovní kovy | |
---|---|
Kovy | |
Slitiny |
|
Skupiny mincí | |
Kovové skupiny | |
viz také |