Главная » Служащим и северянам » Что такое цинк и для чего он нужен? Применение цинка в промышленности.

Что такое цинк и для чего он нужен? Применение цинка в промышленности.

Цинк - элемент периодической системы 2 подгруппы 4 периода с атомным номером 30 и атомным весом 65,39.

Хрупкий переходный метал цинк.

Прямое влияние на химические свойства цинка оказывает его отношение к блоку d-элементов. Данная группа образует химические связи только внешними электронами d-орбитали. Поэтому элемент имеет характерную степень окисления +2 и схожесть со свойствами магния.
Гексагональная решетка цинка была описана еще в Швейцарии в XVI веке и упоминалась как «кристалловидные иглы». Металл переходного типа в своих разновидностях имеет множество изотопов. Самый стабильный из радиоактивных — 65 zn с периодом полураспада в 245 суток.
Металлический цинк в обычных условиях - это хрупкое вещество. Его плотность составляет 7,13 г/см³. На свету присущий всем металлам блеск отливает голубовато-серым цветом. Температура плавления начинается от 46 °C, а температура кипения - от 906 °C. Проявляя амфотерные свойства, элемент уступает по активности только щелочноземельным металлам. Окислительно-восстановительный потенциал равен 0,76 B.

Цинк является коррозиестойким металлом. В интервале водородного показателя кислотности pH 9–11 наблюдается максимальная устойчивость. В атмосферных условиях коррозия не протекает из-за появления на поверхности защитной пленки - оксида цинка. Коррозия будет проходить с применением водородной или кислородной деполяризации.

Роль в металлургии

Гидро- и пирометаллургический процессы - наиболее распространенные способы производства металлического цинка из руды. В своих свойствах ничем не уступает хрому в качестве антикоррозионного покрытия. Половина всего производимого цинка затрачивается именно для нанесения защитного слоя для железа и стали.

Антикоррозийное применение цинка.

За счет низкой температуры плавления цинка и его сплавов с другими металлами появляется проблема чувствительности к перегреву. Поэтому чрезмерный перегрев в производстве вызывает нарушение процесса с последующим окислением сплава. Наиболее распространенными считаются сплавы с медью (латунь), а также со свинцом. Их повсеместно используют в технике, щелочных аккумуляторах, гальванических элементах и сплавах с другими благородными металлами.

Характеристика свойств элемента меняется под влиянием примесей. К примеру: тройная эвтектика сплава свинца и цинка с примесью олова плавится гораздо легче самого цинка и разрушается под горячим давлением. Добавление в состав цинка всего 0,2% железа в несколько раз повышает его хрупкость. Труднорастворимые в элементе висмут и мышьяк вообще отрицательно сказываются на технологических характеристиках получаемого вещества.

В промышленности восстанавливающие свойства элемента имеют важную функцию. Он принимает участие в осаждении золота из растворов, в производстве гидросульфита, добыче из руды меди и кадмия.

Реакции с элементами

Взаимодействие с кислотами

Хорошая реакция цинка с большинством кислот обусловлена его положением по отношению к водороду в электрохимическом ряду активности металлов. Так образуется множество важных цинковых солей. Эти соли преимущественно бесцветные, представляют гигроскопичные кристаллы, растворы которых вследствие гидролиза имеют кислотную среду. В случае с солями других металлов он будет также вытеснять их из раствора, если они стоят в ряду напряжения правее от элемента.

При взаимодействии с кислотами образуются соли цинка.

В растворе элемента с серной кислотой при температуре ниже 38 °C образуется цинковый купорос, научное название которого сульфат ZnSO4. Его используют в производстве вискозы, некоторых отраслях металлургии, в медицине как обеззараживающее средство. Хлорид ZnCl2 получают из раствора соляной кислоты с цинком. Его используют в производстве батареек, антисептической пропитке дерева и бумажной фибры.

Производные соединения

Цинк и его амфотерные свойства передаются гидроксидам цинка Zn (OH)2. Этим веществам присуще химическое поведение кислот и оснований одновременно. Получить гидроксид в виде белого осадка можно действием щелочи на сульфат. В естественном состоянии гидроксид - это кристалловидное вещество, разлагающееся при температуре свыше 130 °C. Применяется для синтеза солей цинка.
Эффектным можно назвать старый способ добычи оксида ZnO, именуемый ранее как «французский процесс». В присутствии сильно нагретого воздуха вокруг пластины элемента начнут выделяться пары цинка, которые затем воспламеняются голубоватым светом, образуя оксид. На крупном производстве его добывают из природного минерала цинкита. Кроме того, для производства оксида широко применяют термическое разложение более сложных соединений, как, например, гидроксида.
Бесцветный белый порошок оксида, не растворяющийся в воде, выражает свою химическую двойственность. При сплавлении оксида цинка со щелочами получают цинкаты. При сплавлении с оксидами - силикаты. Собственная теплопроводность позволяет ему быть полупроводником, ширина запрещенной зоны которого равна 3,36 эВ. Оксид имеет широкий спектр применения в химической промышленности, став наполнителем многих пластмасс. В электронике без него не обходится ни одна лучевая трубка телевизора. Он также входит в состав большинства дерматологических мазей.

Цинк в природных условиях представляет собой металл серебристо-белого цвета (см. фото). Он довольно хрупок при комнатной температуре, при повышении ее до 100-150 градусов Цельсия металл становится более пластичным. Цинк плавится при температуре 692°C, а закипает при 1180°C.

Цинк известен еще с древних времен в Греции, Египте, Китае и Индии, где его использовали в сплаве с медью – латунью. В чистом виде был выделен только в середине 18 века.

Происхождение названия точно не установлено, есть несколько версий. Например, с латыни zincum переводится как «белый налет» и происходит от древнегерманского цинко, означающего бельмо на глазу. Т.к. получаеют его осаждением на алюминиевых катодах. Непосредственно название «цинк» закрепили за элементом лишь в 1920-х годах.

В природе его находят в виде солей в составе минералов. Используется в промышленности в качестве защитного слоя от коррозии, защиты тканей, противогрибкового средства. Также его применяют в производстве фарфора и цемента для лечения зубов.

Действие цинка, его роль в организме

Действие макроэлемента обусловлено его нахождением в составе более чем сорока ферментов. Цинк – один из важнейших элементов для жизнедеятельности человека, он играет немаловажную роль в организме! Еще в древнем Египте его использовали в составах для заживления ран. Сегодня ученые доказали, что цинк напрямую участвует в укреплении иммунитета, поддержании уровня гормонального фона, а также он стабилизирует рост. Это химическое вещество содержится в клетках крови, мышечных тканях, костях, печени, почках и даже в сетчатке глаз. Элемент способствует не просто длительной жизнедеятельности, но еще и помогает сохранять молодость и избавляться от усталости.

Цинк оказывается в организме вместе с едой и таким образом попадает в тонкий кишечник, откуда после всасывания с кровью заносится в печень, а уже потом разносится по всем клеткам организма.

Ранее упомянутый химический элемент осуществляет функции антиоксидантов, и специалисты отмечают, что сегодня даже у молодых людей сильно снижено их количество. Это оказывает влияние на эндокринную систему и женскую репродуктивность. Девушки со сниженным уровнем цинка страдают от нехватки выработки половых гормонов и продолжают расти, когда все остальные их сверстницы уже останавливаются в росте. Отмечаются у них очень длинные конечности и внешняя инфантильность, нарушаются отложения жировых клеток. Кроме того нарушается менструальный цикл.

У мужчин же цинк позволяет контролировать рост предстательной железы и служит профилактикой развития аденомы простаты, мужского бесплодия. Кроме того, именно этот макроэлемент активирует деятельность сперматозоидов и половых гормонов вообще.

В пожилом возрасте уровень цинка необходимо повышать, а иначе могут возникать потеря слуха, прогресс развития атеросклероза, частые инфекционные заболевания. Кроме того достаточное количество элемента положительно сказывается на функции мозга (внимание, память и др.).

Очень большое количество макроэлемента, как ни странно, содержится в волосах. Даже больше чем в крови и почках. Если возникают проблемы с волосяным покровом (выпадение, ломкость, тусклость), стоит задуматься о восполнении полезного вещества. Всем известно, что именно витамин А влияет на внешнюю привлекательность. Но случается так, что даже усиленный прием ретинола не решает проблем с кожей, волосами и ногтями. Просто цинк является, своего рода, активатором витаминов А и Е. Таким образом, без него не могут проходить процессы регенерации кожных покровов, работы сальных желез и здорового роста волос и ногтей. Также элемент помогает бороться с угревой сыпью.

При ревматизме тоже стоит позаботиться о приеме цинка. Согласно научным экспериментам, группа больных с ревматизмом и артритом, принимая этот элемент, уже через три месяца заметили ослабление болей и воспаление суставов настолько, что могли спокойно совершать продолжительные прогулки.

Не только кожа, ногти и волосы нуждаются в цинке. Он также необходим зубам для профилактики инфекционных заболеваний десен и полости рта.

Интересный факт: высокая смертность новорожденных мальчиков часто бывает вызвана дефицитом элемента и связано это может быть с проблемами усвоения этого элемента матерью во время беременности. Также возможны выкидыши, гестоз. Потребности женского пола значительно меньше.

Итоги: цинк содержится в крови, костях и тканях организма. Влияет он на развитие иммунной системы, зрение (в комплексе с витаминами В), работу нервной системы, рост, размножение, кроветворение и обмен веществ. Кроме того, он крайне необходим спортсменам для выработки тестостерона, поскольку увеличивает выносливость и силу мышц.

Женщины порадуются тому факту, что цинк сохраняет их молодость и привлекательный внешний вид, а во время беременности помогает избежать осложнений.

Благодаря регенеративным и антиоксидантным свойствам, макроэлемент уже 5000 лет назад использовался для заживления ран и ожогов. И даже сейчас его добавляют в мази, крема и лосьоны.

Суточная норма (потребность мужчин и женщин в данном веществе)

Суточная норма макроэлемента была определена только в 1970-х годах. Она составляет 15 мг для мужчин и 12 мг для женского пола. Хотя некоторые специалисты заявляют о норме, которая превышает современную в 2-3 раза. А статистика говорит, о том что большая часть населения планеты не получает даже заявленных дозировок.

Есть несколько факторов, при которых потребуется усиленная доза: беременность и кормление, физические и психологические нагрузки, возраст. Дозировку должен определять только врач.

Необходимо учитывать, что прием противозачаточных препаратов, лечение кортизоном и злоупотребление слишком сладкой и соленой пищей приводит к малой усвояемости цинка. А вот витамин В6 и магний, наоборот являются ближайшими помощниками данного элемента.

Признаки недостатка (дефицита) цинка в организме

Недостаток макроэлемента может быть вызван рядом причин, такими как плохое усвоение, недостаток поступления с едой и водой, нарушение работы щитовидной железы и эндокринной системы, болезни печени. Также поводом может послужить большое количество белков, фитина (возникает при употреблении соевого белка) и селена в продуктах питания. Но не только еда может вызывать такую проблему – физические и моральные нагрузки, стрессовые ситуации, нестабильный образ жизни и обилие вредных привычек могут сильно сказаться на усвоении элементов и качестве жизнедеятельности.

В организме происходит большой перерасход цинка при воспалениях и онкологических образованиях бронхов, предстательной железы, лейкозе. Это связано с тем, что при лечении этих болезней происходит активный рост клеток, в котором принимает участие элемент.

Есть еще целый перечень возможностей возникновения дефицита цинка:

Дефицит элемента довольно опасная вещь и может вызывать сложнейшие заболевания:

всевозможные патологии желудочно-кишечного тракта;
нервозность, быстрая утомляемость, нарушения сна;
депрессивные состояния, возникновение склонности к алкогольной зависимости;
гиперактивность;
потеря аппетита и вкусовых ощущений, обоняния;
уменьшается острота зрения;
малокровие;
болезни кожи, вроде угрей, дерматитов, экземы, язв, псориаза;
поражение ногтевых пластин (расслаивание, появление белых пятен), волосяного покрова (перхоть, замедление роста волос, обильное выпадение, облысение);
развитие сахарного диабета вследствие снижения уровня гормона инсулина;
задержка полового созревания, особенно у мальчиков, впоследствии может развиться импотенция и аденома простаты;
развитие патологий во время беременности или вообще бесплодие;
дестабилизация иммунной системы и, соответственно, частые респираторные заболевания и аллергические реакции;
преждевременное старение всего организма.

Недавно были проведены исследования, которые показали, что недостаток цинка способен вызывать развитие эпилепсии, особенно если отсутствует и второй компонент – таурин.

Очень важно соблюдать рацион питания детей, ведь нехватка элемента может привести к остановке роста. В некоторых странах Востока часто можно встретить людей карликового роста, именно из-за вышеуказанной причины.

Встречаются мази для заживления ран с высоким содержанием цинка. Но гораздо целесообразнее насытить пищу элементом, т.к. он будет воздействовать на организм в целом, что поспособствует природной регенерации. При приеме цинкосодержащих таблеток, в первую очередь необходима консультация врача, и не стоит забывать, что макроэлементы усваиваются только в органическом виде.

Эта способность к восстановлению очень требуется в послеоперационный период. При принятии обильного количества цинка за неделю до операции поможет восстановиться за более короткий период. Особенно после гинекологических вмешательств и удаления миндалин.

Язвы слизистых оболочек подразумевают употребление в пищу легкой вареной пищи, что усугубляет недостаток цинка, а также ученые обратили внимание, что такие заболевания могут самоликвидироваться при лечении цинком. Это говорит о том, что они были вызваны неврозами и диетами, выводящими элемент.

Во время беременности часто женщины замечают изменение вкусовых предпочтений. Именно в этот момент стоит усилить прием цинка, ведь в это время происходит формирование и развитие плаценты.

Современная экологическая ситуация приводит к тому, что дефицит цинка испытывает практически все население. Поэтому каждому стоит позаботиться о дополнительном его приеме.

Избыток цинка и отравление ним: каковы симптомы?

Переизбыток макроэлемента может наступить при употреблении более 2 грамм. А при приеме более 200 грамм цинк является средством, вызывающим рвоту. Длительный же прием 150 мг в день ухудшает иммунитет и способствует развитию язвенных образований в желудке. Острые отравления отмечаются возникновением рвотных рефлексов, диареей и появлением специфического привкуса в ротовой полости.

Причинами таких явлений могут быть продолжительные контакты с соединениями на производстве, прием препаратов, содержащих цинк, несогласованный с лечащим врачом или нарушение обмена веществ на клеточном уровне.

Интересный факт: токсическое отравление цинком можно получить при приготовлении и последующем хранении еды в оцинкованной посуде.

Обращайте внимание на такие признаки, если вышеперечисленные моменты имели место: упадок иммунной системы, патологии волос, кожи и ногтей, болезненные ощущения в желудке, нарушение работы простаты, поджелудочной железы и печени.

При более серьезных отравлениях могут возникать усиленное сердцебиение, боли в поясничном отделе и при мочеиспускании. Велика вероятность повышения содержания холестерина в сосудах.

Многие ученые сегодня считают, что передозировка элемента в органах человека практически невозможна, т.к. он не токсичен и не способен накапливаться в виде излишков в тканях. Особенно этому не сможет способствовать цинк из продуктов. Скорее в нынешнее время можно говорить о катастрофическом дефиците у всего человечества, о чем говорит рост характерных заболеваний и патологий.

Взаимодействие с другими веществами

Взаимодействие цинка с другими веществами происходит на уровне «враг-помощник». К числу первых можно отнести такие элементы как медь, ртуть, железо, кальций, селен. Также плохо действует на процесс усвоения танин, содержащийся в чае и кофе, алкоголь, лечение кортизоном и употребление противозачаточных препаратов, диуретиков, анаболических стероидов.

Такое полезное вещество, как клетчатка, может приводить к тому, что потери потребленного цинка составят до 80%. Поэтому вегетарианцам стоит обратить внимание на этот факт, т.к. из-за потребления большого количества фруктов и овощей, содержащих клетчатку и щавелевую кислоту, попадают в зону риска.

К группе помощников можно отнести витамин В6, С, А и Е. Еще может способствовать усвоению пиколиновая кислота и фтор.

Прием комплекса цинк+витамин В6+марганец способствуют уменьшению риска развития некоторых видов шизофрении.

Источники в пище

Продукты, содержащие цинк относятся и к животным, и к растительным источникам. В первую очередь это морепродукты, мясо животных и птицы, яйца, сыр. Из овощей стоит отметить томаты, чеснок, имбирь, свеклу, картофель, а из фруктов и ягод – апельсины, грейпфруты, инжир, яблоки, смородина, вишня. Еще не забывайте употреблять зерновые продукты, типа проросшей пшеницы, отрубей, бобовых.

Важный источник цинка это любые виды орехов и семечки подсолнечника, тыквенные, грибы, дрожжи.

Казалось бы, что такое количество пищи, богатой необходимым макроэлементом должно полностью справляться с проблемой нехватки. Но все чаще ведутся разговоры о проблеме дефицита цинка для всего человечества.

Однако не забывайте, что содержание элемента в растительных продуктах довольно низкое. К тому же усваивается лишь малая часть, поступающая с пищей. Поэтому поддержание вегетарианской диеты должно быть правильно сбалансировано. Такая пища часто выращивается на обедненных грунтах, к тому же проходит такую обработку и очистку в промышленных условиях, что в ней не остается и толики полезных элементов.

Например, хлеб можно есть, приготовив его на опаре, а не на дрожжах. Такие продукты обезвреживают действие фитина, содержащегося в соевых и бобовых продуктах. Добавляйте в рацион изделия из муки грубого помола, отруби и проросшие зерна. В данном вопросе главное не перестараться, ведь все эти вещества содержат в большом объеме клетчатку и могут вытеснять столь полезный для организма цинк.

Народное средство для восполнения дефицита элемента представляет собой всего лишь настой из березовых листьев. Просто и очень доступно, а что самое главное, эффективно!

Препараты на основе цинка

В аптеках сегодня можно найти препараты, которые помогают восполнять «прорехи» в поступлении макроэлемента. Но оговоримся сразу, что применение их должно происходить только с разрешения врача, т.к. легко можно заработать отравление и нарушить весь химический баланс в организме.

В качестве препаратов применяют сульфат и окись цинка в виде капель, растворов, присыпок, мазей и паст. Их применяют при коньюктивите, ларингите, кожных болезнях. Также можно использовать как дезинфицирующее и подсушивающее средство.

Препараты в виде свечей активно лечат геморрой и трещины в заднем проходе. Мужчины могут применять лекарства для борьбы с облысением в виде таблеток и в виде местного средства.

Сейчас работают над выпуском лекарственных средств с содержанием цинка в виде аэрозолей и шампуней.

Показания к назначению

Показания к назначению макроэлемента представляют собой целый список:

Высокие физические нагрузки – увеличивается выносливость и силовые показатели.
Акне – при наружном применении.
Возрастные нарушения работы сетчатки глаз (макулярная дегенерация).
Сахарный диабет (в качестве вспомогательного компонента).
ВИЧ / СПИД (аналогично).
Дерматиты, раны, ожоги, экземы, пролежни – для наружного применения.

Цинк давно зарекомендовал себя как важный химический элемент. Еще до нашей эры люди знали о нем многое и широко применяли в различных сферах. Свойства этого материала позволяют использовать цинк во многих отраслях и в быту. Материал с успехом применяют в химической промышленности, в машиностроении и в строительстве. Поэтому сегодня мы рассмотрим полезные свойства и характеристика металла цинка и сплавов на его основе, цену за кг, особенности использования, а также изготовления материала.

Понятие и особенности

Для начала вашему вниманию предлагается общая характеристика цинка. Этот продукт является не только необходимым производственным металлом, но и важным биологическим элементом. В любом живом организме он присутствует до 4 % от всех элементов.Самые богатые месторождения цинка это Боливия, Иран, Казахстан и Австралия. В нашей стране одним из крупных производителей считается предприятие ОАО «ГМК Дальполиметалл».

Если рассматривать цинк со стороны периодической системе Менделеева, то он относится к переходным металлам и имеет следующие характеристики:

Номер по порядку: 30
Масса: 65,37.
Степень окисления — +2.
Цвет: синевато-белый.

Цинк – это радиоактивный изотоп, для которого характерен период полураспада 244 дня.

Если рассматривать цинк со стороны простого вещества, то этот материал имеет следующие характеристики:

Вид материала – металл.
Цвет – серебристо-голубой.
Покрытие – защищен оксидной пленкой, под которой скрывается блеск и сияние.

Цинк содержится в коре земли. Доля металла в ней не очень большая: всего 0,0076%.

Как единичного материала цинка не существует. Он входит в состав многих руд и минералов.

Наиболее распространенными являются: цинковая обманка, клейофан, марматит. Кроме этого, цинк можно встретить в следующих природных материалах: вюртцит, франкленит, цинкит, смитсонит, каламин, виллемит.
Спутниками цинка обычно являются: германий, кадмий, таллий, галлий, индий, кадмий.
Наиболее популярными являются сплавы цинка и алюминия, меди, .

О роли цинка в нашей жизни расскажут специалист в этом видео:

Металлы-конкуренты

С цинком могут конкурировать только 4 металла: титан, алюминий, хром и медь. Описанные материалы имеют следующие характеристики:

Алюминий : серебристо-белый цвет, хорошо проводит электричество и тепло, поддается обработке давлением, устойчив к коррозии, имеет низкую плотность, применяется в процессе производства стали (для повышения жаростойкости).
Титан : серебристо-белый цвет, большая температура плавления, при соприкосновении с воздухом окисляется, низкая теплопроводность, легко поддается ковке и штамповке, при высокой температуре на поверхности образуется прочная защитная пленка.
Хром : синевато-блестящий цвет, высокая твердость, хрупкость, стойкость к окислению в условиях атмосферы и воды, используется для декоративного покрытия.
: красный металл, имеет высокую пластичность, хорошую электропроводность, высокую теплопроводность, стойкость к коррозионным процессам, применяется в кровельных материалах.

Для строительных целей наиболее часто (кроме цинка) применяют и другие цветные металлы. К ним относятся: , силумин, баббит, дюралюминий и несколько других.

Цинк отличается от прочих металлов тем, что легко поддается деформации при температуре от 100 ºС до 150 ºС. В таком температурном диапазоне цинк так же поддается ковке и прокату в тонкие листы.

Плюсы и минусы

Плюсы:

Хорошая жидкотекучесть, благодаря чему легко заполняются литейные формы.
Высокая пластичность во время проката.
Чистый цинк хорошо поддается ковке.
Благодаря своим свойствам и воздействию температуры способен принимать различные состояния.
Отлично защищает изделие от коррозии, благодаря чему охотно пользуется спросом в строительстве и машиностроении.

При нагреве вместе с фосфором или серой может взорваться.
На воздухе теряет блеск.
При комнатной температуре имеет маленькую пластичность.
Не находится в природе в чистом виде.

Масса, механические, химические и физические свойства цинка, его основные характеристики будут рассмотрены нами ниже.

Свойства и характеристики

Итак, какими свойствами обладает цинк?

Физические

Физические свойства:

Является металлом средней твердости.
Цинк не имеет полиморфных модификаций.
Холодный цинк становится хрупким металлом.
Приобретает пластичность при температуре 100-100 ºС.
При более высокой температуре в 250 ºС снова превращается в хрупкий металл.
Температура плавления твердого цинка равна 419,5 ºС.
Температура перехода в пар – 913ºС.
Температура кипения равна 906 ºС.
Плотность цинка в твердом состоянии равна 7,133 г/см 3 , в жидком — 6, 66 г/см 3.
Относительное удлинение 40-50%.
Легко растворим в кислотах.
Легко растворим в щелочах.

О том, как правильно плавить цинк, смотрите в видеоролике:

Химические

Химические свойства цинка:

3d 10 4s 2 — конфигурация атома.
Цинк считается активным металлом.
Является энергетическим восстановителем.
Электродный потенциал: -0,76 В.
При температуре ниже 100 ºС теряет блеск и имеет покрытие пленкой.
Во влажном воздухе (особенно если в нем есть углекислый газ) металл разрушается.
Во время сильного нагрева цинк сильно сгорает с образованием голубоватого пламя.
Степень окисления: .
Кислоты и щелочи действуют на цинк различно в зависимости от присутствия в металле различных примесей.
При нагревании цинка в воде происходит процесс гидролизации с образованием белого осадка.
Минеральные кислоты большой силы способны легко растворить цинк.

Структура и состав

Формула цинка следующая: Zn. Конфигурация внешнего слоя атома — 4s 2 . Цинк имеет химическую связь металлическую, кристаллическую решетку – гексагональную, плотную.

Цинк в природе состоит их трех стабильных изотопов (перечислим их: 64 Zn (48,6%), 66 Zn (26,9%) и 67 Zn (4,1%)) и нескольких радиоактивных. Самый важный из радиоактивных имеет полураспад равный 244 суткам.

Производство

Как говорилось, цинк не содержится в природе в чистом виде. Его в основном получают из полимерных руд. В этих рудах цинк присутствует в форме сульфида. С ним всегда идут сопутствующие металлы, перечисленные выше.

С помощью процесса обогащения селективной флотацией получают концентрат цинка. Параллельно этому процессу из полиметаллических руд выходят другие концентраты веществ. Например, и медные.

Полученные цинковые концентраты обжигают в печи. В результате действия высоких температур цинк переходит из сульфидного состояния в оксидное. В процессе производства выделяется сернистый газ, который идет на производство серной кислоты. из оксида цинка двумя способами: пирометаллургическим и электролитическим.

Пирометаллургический способ имеет очень давнюю историю. Концентрат обжигают и подвергают процессу спекания. Затем цинк восстанавливают с применение угля или кокса. Цинк, полученный этим способом, доводят до чистого состояния с помощью отстаивания.
При электролитическом способе концентрат цинка обрабатывают с помощью серной кислоты. В результате получается раствор, который подвергают процессу электролиза. Здесь цинк осаждается и его подвергают плавлению в специальных печах.

Области применения

Цинк, как элемент, содержится в достаточном количестве в земной коре и в водных ресурсах.

Цинк так же использует в виде порошка для осуществления ряда химико-технологических процессов.

О том, как снять цинк, вам поведает данное видео:

Государственное образовательное учреждение

среднего профессионального образования Ленинградской области Подпорожский Политехнический техникум

Поисково-исследовательская работа по химии

Тема:

«Цинк и его свойства»

Выполнил(а): студент группы № 89

Фамилия, имя, отчество: Юриков Алексей Александрович

Проверил преподаватель: Ядыкина Людмила Алексеевна

Подпорожье

1. Положение в периодической системе и строение атома

2. История открытия

3. Нахождение в природе

4. Физические свойства

5. Химические свойства

6. Получение металлического цинка

7. Применение и значение для здоровья человека

8. Мои исследования

9. Литература

Положение в периодической системе

и строение атома

Элемент цинк (Zn) в таблице Менделеева имеет порядковый номер 30.

Он находится в четвертом периоде второй группы.

атомный вес = 65,37

валентность II

Природный цинк состоит из смеси пяти стабильных нуклидов: 64Zn (48,6% по массе), 66Zn (27,9%), 67Zn (4,1%), 68Zn (18,8%) и 70Zn (0,6%).

Конфигурация двух внешних электронных слоев 3 s 2 p 6 d 10 4 s 2 .

История открытия

Сплавы цинка с медью - латуни - были известны еще древним грекам и египтянам. Цинк получали в 5 в. до н. э. в Индии. Римский историк Страбон в 60-20 годах до н. э. писал о получении металлического цинка, или «фальшивого серебра». В дальнейшем секрет получения цинка в Европе был утерян, так как образующийся при термическом восстановлении цинковых руд цинк при 900°C переходит в пар. Пары цинка реагируют с кислородом воздуха, образуя рыхлый оксид цинка, который алхимики называли «белой шерстью».

Металлический цинк

В XVI веке были предприняты первые попытки выплавлять цинк в заводских условиях. Но производство «не пошло», технологические трудности оказались непреодолимыми. Цинк пытались получать точно также как и другие металлы. Руду обжигали, превращая цинк в окись, затем эту окись восстанавливали углем...

Цинк, естественно, восстанавливался, взаимодействуя с углем, но... не выплавлялся. Не выплавлялся потому, что этот металл уже в плавильной печи испарялся – температура его кипения всего 906° С. А в печи был воздух. Встречая его, пары активного цинка реагировали с кислородом, и вновь образовывался исходный продукт – окись цинка.

Наладить цинковое производство в Европе удалось лишь после того, как руду стали восстанавливать в закрытых ретортах без доступа воздуха. Примерно так же «черновой» цинк получают и сейчас, а очищают его рафинированием. Пирометаллургическим способом сейчас получают примерно половину производимого в мире цинка, а другую половинугидрометаллургическим.

Следует иметь в виду, что чисто цинковые руды в природе почти не встречаются. Соединения цинка (обычно 1-5% в пересчете на металл) входят в состав полиметаллических руд. Полученные при обогащении руды цинковые концентраты содержат 48-65% цинка, до 2% меди, до 2% свинца, до 12% железа. И плюс доли процента рассеянных и редких металлов...

Сложный химический и минералогический состав руд, содержащих цинк, был одной из причин, по которым цинковое производство рождалось долго и трудно. В переработке полиметаллических руд и сейчас еще есть нерешенные проблемы... Но вернемся к пирометаллургии цинка – в этом процессе проявляются сугубо индивидуальные особенности этого элемента.

При резком охлаждении пары цинка сразу же, минуя жидкое состояние, превращаются в твердую пыль. Это несколько осложняет производство, хотя элементарный цинк считается нетоксичным. Часто бывает нужно сохранить цинк именно в виде пыли, а не переплавлять его в слитки.

В пиротехнике цинковую пыль применяют, чтобы получить голубое пламя. Цинковая пыль используется в производстве редких и благородных металлов. В частности, таким цинком вытесняют золото и серебро из цианистых растворов. Как ни парадоксально, но при получении самого цинка (и кадмия) гидрометаллургическим способом применяется цинковая пыль для очистки раствора сульфата меди и кадмия. Но это еще не все. Вы никогда не задумывались, почему металлические мосты, пролеты заводских цехов и другие крупногабаритные изделия из металла чаще всего окрашивают в серый цвет?

Главная составная часть применяемой во всех этих случаях краски - все та же цинковая пыль. Смешанная с окисью цинка и льняным маслом, она превращается в краску, которая отлично предохраняет от коррозии. Эта краска к тому же дешева, пластична, хорошо прилипает к поверхности металла и не отслаивается при температурных перепадах. Мышиный цвет скорее достоинство, чем недостаток. Изделия, которые покрывают такой краской, должны быть не марки и в то же время опрятны.

На свойствах цинка сильно сказывается степень его чистоты. При 99,9 и 99,99% чистоты цинк хорошо растворяется в кислотах. Но стоит «прибавить» еще одну девятку (99,999%), и цинк становится нерастворимым в кислотах даже при сильном нагревании. Цинк такой чистоты отличается и большой пластичностью, его можно вытягивать в тонкие нити. А обычный цинк можно прокатить в тонкие листы, лишь нагрев его до 100-150° С. Нагретый до 250° С и выше, вплоть до точки плавления, цинк опять становится хрупким – происходит очередная перестройка его кристаллической структуры.

Листовой цинк широко применяют в производстве гальванических элементов. Первый “вольтов столб” состоял из кружочков цинка и меди. И в современных химических источниках тока отрицательный электрод чаще всего делается из цинка.

Значительна роль этого элемента в полиграфии. Из цинка делают клише, позволяющие воспроизвести в печати рисунки и фотографии. Специально приготовленный и обработанный типографский цинк воспринимает фотоизображение. Это изображение в нужных местах защищают краской, и будущее клише протравливают кислотой. Изображение приобретает рельефность, опытные граверы подчищают его, делают оттиски, а потом эти клише идут в печатные машины.

К полиграфическому цинку предъявляют особые требования: прежде всего он должен иметь мелкокристаллическую структуру, особенно на поверхности слитка. Поэтому цинк, предназначенный для полиграфии, всегда отливают в закрытые формы. Для «выравнивания» структуры применяют отжиг при 375°С с последующим медленным охлаждением и горячей прокаткой. Строго лимитируют и присутствие в таком металле примесей, особенно свинца. Если его много, то нельзя будет вытравить клише так, как это нужно. Если же свинца меньше 0,4%, то трудно получить нужную мелкокристаллическую структуру. Вот по этой кромке и «ходят» металлурги, стремясь удовлетворить запросы полиграфии.

Нахождение в природе

В природе цинк находиться только в виде соединений.

СФАЛЕРИТ (цинковая обманка, ZnS) имеет вид кубических жёлтых или коричневых кристаллов; плотность 3,9-4,2 г/см 3 , твёрдость 3-4 по шкале Мооса. В качестве примесей содержит кадмий, индий, галлий, марганец, ртуть, германий, железо, медь, олово, свинец.

В кристаллической решётке сфалерита атомы цинка чередуются с атомами серы и наоборот. Атомы серы в решётке образуют кубическую упаковку. Атом цинка располагается в этих тетраэдрических пустотах.

ВЮРТЦИТ (ZnS) представляет собой коричнево-чёрные гексагональные кристаллы, плотностью 3,98 г/см 3 и твердостью 3,5-4 по шкале Мооса. Обычно содержит цинка больше чем сфалерит. В решётке вюртцита каждый атом цинка тетраэдрически окружён четырьмя атомами серы и наоборот. Расположение слоёв вюртцита отличается от расположения слоёв сфалерита.

СМИТСОНИТ (цинковый шпат, ZnCO 3) встречается в виде белых (зелёных, серых, коричневых в зависимости от примесей) тригональных кристаллов плотностью 4,3-4,5 г/см 3 и твёрдостью 5 по шкале Мооса.

КАЛАМИН (Zn 2 SiO 4 *H 2 O*ZnCO 3 или Zn 4 (OH) 4 *H 2 O*ZnCO 3) представляет собой смесь карбоната и силиката цинка; образует белые (зелёные, синие, жёлтые, коричневые в зависимости от примесей) ромбические кристаллы плотностью 3,4-3,5 г/см 3 и твёрдостью 4,5-5 по шкале Мооса.

ВИЛЛЕМИТ (Zn 2 SiO 4) залегает в виде бесцветных или жёлто-коричневых ромбоэдрических кристаллов плотностью 3,89-4,18 г/см 3 и твёрдостью 5-5,5 по шкале Мооса.

ЦИНКИТ (ZnO) - гексагональные кристаллы жёлтого, оранжевого или красного цвета с решёткой типа вюртцита и твёрдостью 4-4,5 по шкале Мооса.

ГАНИТ (Zn) имеет вид тёмно-зелёных кристаллов плотностью 4-4,6 г/см 3 и твёрдостью 7,5-8 по шкале Мооса.

Помимо приведённых, известны и другие минералы цинка:

монгеймит (Zn, Fe)CO 3

гидроцикит ZnCO 3 *2Zn(OH) 2

трустит (Zn, Mn)SiO 4

гетеролит Zn

франклинит (Zn, Mn)

халькофанит (Mn, Zn) Mn 2 O 5 *2H 2 O

госларит ZnSO 4 *7H 2 O

цинкхальканит (Zn, Cu)SO 4 *5H 2 O

адамин Zn 2 (AsO 4)OH

тарбуттит Zn 2 (PO 4)OH

деклуазит (Zn, Cu)Pb(VO 4)OH

леграндит Zn 3 (AsO 4) 2 *3H 2 O

гопеит Zn 3 (PO 4)*4H 2 O

Физические свойства

Цинк представляет собой синевато – белый металл средней твердости, плавящийся при 419° С, а при 913° С превращающийся в пар; плотность его равна 7,14 г/см 3 . При обыкновенной температуре цинк довольно хрупок, но при 100-110°С он хорошо гнется и прокатывается в листы.На воздухе покрывается защитной оксидной пленкой.

Химические свойства

На воздухе при температуре до 100°С Цинк быстро тускнеет, покрываясь поверхностной пленкой основных карбонатов. Во влажном воздухе, особенно в присутствии СО 2 , происходит разрушение металла даже при обычных температурах. При сильном нагревании на воздухе или в кислороде Цинк интенсивно сгорает голубоватым пламенем с образованием белого дыма оксида цинка ZnO. Сухие фтор, хлор и бром не взаимодействуют с Цинком на холоду, но в присутствии паров воды металл может воспламениться, образуя, например, ZnCl 2 . Нагретая смесь порошка Цинка с серой дает сульфид Цинк ZnS.Сильные минеральные кислоты энергично растворяют Цинк, особенно при нагревании, с образованием соответствующих солей. При взаимодействии с разбавленной НCl и H 2 SO 4 выделяется Н 2 , а с НNО 3 - кроме того, NO, NO 2 , NH 3 . С концентрированной НCl, H 2 SO 4 и HNO 3 Цинк реагирует, выделяя соответственно Н 2 , SO 2 , NO и NO 2 . Растворы и расплавы щелочей окисляют Цинк с выделением Н 2 и образованием растворимых в воде цинкитов. Интенсивность действия кислот и щелочей на Цинк зависит от наличия в нем примесей. Чистый Цинк менее реакционноспособен по отношению к этим реагентам из-за высокого перенапряжения на нем водорода. В воде соли Цинка при нагревании гидролизуются, выделяя белый осадок гидрооксида Zn(OH) 2 . Известны комплексные соединения, содержащие Цинк, например SО 4 и другие.

Роль цинка в организме человека

Среднее содержание цинка – 2-3 грамма. Часть его накапливается в мышечной и костной ткани, 20% - в кожных покровах. Этот микроэлемент содержится в лейкоцитах, эритроцитах, сперме, в предстательной и поджелудочной железе и печени. Входит в состав порядка 400 ферментов, самый изученный – карбоангидраза. Белок, содержащий цинк, находится в эритроцитах. Он расщепляет углекислоту на угольную кислоту и гидрокарбонат с целью утилизации из организма. Чистый углекислый газ в кровяном русле образует газовые пробки, а вот его производная – угольная кислота, водорастворима и легко разлагается под воздействием фермента.

Функции цинка в организме:

Участвует в расщеплении и синтезе углеводов, белков и жиров.
Входит в состав гормонов, антител, лейкоцитов, повышает иммунитет.
Повышает регенеративные способности организма.
Осуществляет детоксикацию двуокиси углерода из организма.
Влияет на формирование мужских половых гормонов, поддерживает здоровье простаты.
Участвует в обменных процессах щитовидной железы, надпочечников, яичников и гипофизе. Защищает от повреждений поджелудочную железу, нужен для секреции инсулина.
Способствует лучшему усвоению витамина Е , способствует обмену витамина А .
Благотворно влияет на здоровье зубов: цинк содержится в ферментах и клетках костной ткани.
Снимает воспаление, улучшает состояние кожи.
Способствует нормализации структуры рибосом, рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислот (РНК и ДНК), участвует в делении клеток.
В период беременности поступление в организм матери цинка влияет на формирование костной, сердечно-сосудистой, дыхательной, мочеполовой системы. При недостатке цинка повышается риск преждевременных родов или прерывания беременности.
Цинк необходим для нормального функционирования нервной системы и головного мозга. При нарушении обмена цинка повышается риск заболеть болезнью Альцгеймера.
Нормализует работу печени.
Поддерживает обонятельные и вкусовые рецепторы, благотворно влияет на органы зрения.
Участвует в образовании соляной кислоты в ЖКТ (желудочно-кишечный тракт), поддерживает кислотно-щелочной баланс.

Серьезная нехватка цинка чревата нарушениями работы внутренних желез, обменных процессов, увеличивается риск новообразований. У беременных могут наступить преждевременные роды, появиться атонические кровотечения, долго будет сокращаться маточная мускулатура. Цинк активно используют для лечения заболеваний нервной, мочеполовой и кровеносной системы.

Животные и растительные источники цинка

Растительные источники (табл. 1):

Овощи: брокколи, морковь, цветная капуста, редис, салат, шпинат. А также кукуруза, лук зеленый, спаржа, картофель и помидоры.
Фрукты и ягоды: цитрусовые, яблоки, смородина, черника. А также малина, слива, вишня, груша, персик и др.
Орехи (грецкие, арахис, кедровые, кешью, кокос).
Сухофрукты (инжир, чернослив, финики, курага).
Крупы: коричневый рис, ячмень, отруби пшеничные, гречка, овсянка.
Семена подсолнечника и тыквы.
Грибы.
Зеленый чай, какао.
Бобовые (горох, фасоль, чечевица).
Дрожжи.

Животные источники (табл.1):

Мясо курицы, кролика, молодая баранина и телятина.
Рыба (хек, камбала, треска, тунец и др.). Морепродукты (устрицы, креветки, мидии).
Молоко, твердый сыр, творог.
Яйца.
Субпродукты (сердце, говяжий язык, печень).

Таблица 1. Содержание цинка в продуктах


Мидии	60
Отруби пшеничные	16
Печень говяжья (обработанная)	15
Говядина	8
Семечки тыквы	7,5
Кедровые орехи	6,5
Бобы	4,2
Кешью	4
Шпинат	3,8
Овсяная каша	3
Миндаль	2,1
Мясо птицы	2-2,4
Фасоль	1,2
Курага	0,75
Лук зеленый	0,4
Авокадо	0,3

Совет специалиста. Крупы лучше употреблять необработанные. После шлифовки риса, к примеру, содержание в нем цинка снижается на 80%. Не забывайте разнообразить свой рацион животными продуктами, они усваиваются лучше

Кулинарная обработка также ведет к потере этого ценного минерала. Старайтесь употреблять больше овощей и фруктов в свежем виде.
Мясные продукты стоит тушить или готовить на пару, не жарить и не переваривать.
Если не любите овощи и фрукты, пейте свежеотжатые соки. В них концентрация цинка выше.
Забудьте о кашах быстрого приготовления, все полезное из них было уничтожено во время обработки. Суточная норма употребления цинка подана в таблице 2.

Таблица 2. Суточная норма цинка

Взаимодействие с другими элементами

Органический цинк накапливается в небольших дозах. Адсорбция происходит в ЖКТ, преимущественно в тонком кишечнике. Интересен тот факт, что из продуктов животного происхождения цинк усваивается быстрее, чем из фруктов и овощей. В последнем случае ему мешает фитиновая кислота, которая с цинком образует нерастворимые солевые соединения.

Особенности совместимости цинка:

Хорошо совместим с витамином А , он улучшает усвояемость и биологическую доступность цинка.
Повышают свойства цинка ионы фосфора , лития и кальция (в небольших дозах).
Цинк не совместим с медью , поскольку они всасываются через одни каналы.
Тяжелые металлы (свинец, кадмий) вытесняют цинк из организма.
Цинк нельзя принимать одновременно с железом , оловом и марганцем, тогда он усваивается хуже.
Работает в тандеме с витамином Е . Чаще всего дефицит цинка и витамина Е диагностируется одновременно.
Препараты тетрациклиновой группы также вытесняют цинк из организма.
Дополнительный прием фолиевой кислоты замедляет усвоение микроэлемента.
Цинк несовместим с Аспирином.
Гистидин и цистеин – аминокислоты, которые содержатся в продуктах животного происхождения. Они улучшают всасывание цинка.

Дефицит цинка

Существует 3 формы дефицита цинка: острая, подострая и хроническая. Последний вариант также связывают с врожденным энтеропатическим акродерматитом.

Нехватка цинка проявляется следующими симптомами:

Быстрая утомляемость, снижение концентрации, бессонница, нервные расстройства.
Ухудшение зрения, утрата вкусовых ощущений.
Потеря аппетита, похудение.
Расстройство желудка.
Малокровие.
Проблемы с кожей: появление аллергических высыпаний, язв, экзем, дерматитов. Ногти расслаиваются, на них заметны пятнышки белого цвета.
Тусклые и безжизненные волосы, перхоть, очаговое облысение.
Понижение инсулина в крови, повышается риск заболеть сахарным диабетом.
У детей гипогонадизм, нарушение полового созревания.
У мужчин возможны проблемы с сексуальной активностью, нарушение работы предстательной железы, у женщин – бесплодие.
Снижение иммунитета.
Для беременных дефицит цинка чреват преждевременными родами.

Дефицит цинка появляется, если человек получает из еды менее 7 мг. Прежде всего, нужно скорректировать рацион, добавив в него мясо, рыбу и морепродукты. Не забывайте о свежих овощах и фруктах. Принимать минеральные комплексы нужно только по назначению врача и в прописанной им дозировке

Избыток цинка в организме

Причины избытка цинка:

Работа на вредном производстве с соединениями цинка.
Неконтролируемый прием препаратов, содержащих этот микроэлемент.
Нарушения цинкового обмена.

Важно! Продолжительный прием цинкосодержащих препаратов (более 100 мг в день) чревато появлениями эрозий, язв и снижением иммунитета. Доза в 200 мг – сильное рвотное средство

Симптоматика избытка цинка:

Ухудшение иммунитета.
Патологии волос, ногтей и кожи.
Частая тошнота, боли в желудке, расстройство стула.
Понижение уровня меди, кадмия и железа в организме.
Нарушение функций печени, простаты, поджелудочной железы.
Сладковатый привкус во рту, частая жажда.

Если отравление произошло вследствие контакта с испарениями цинка, это проявляется падением давления, судорогами, одышкой, тошнотой, болезненностью печени. Если вы заметили характерные симптомы, обратитесь к эндокринологу и сдайте анализы. В случае хронического или острого избытка микроэлемента медицинская помощь необходима. Детоксикация проводится препаратами Ацетилсалициловой кислоты, Унитиолом, Тиосульфатом.

Препараты с цинком

При выборе препарата обращайте внимание на то, какая форма вещества в него включена. В самых бюджетных сериях используются сульфаты, но они хуже воспринимаются организмом, чем хелат, ацетат, пиколинат или глицерат. Препараты выпускаются в разных формах:

Суппозитории.
Мази.
Капли.
Жевательные таблетки и пастилки.
Капсулы.
Таблетки в оболочке и без.
Шипучие таблетки.

Часто производители производят витаминные комплексы для отдельных групп:

Для мужчин: КомпливитСелмевит, Дуовит для мужчин, Цинк Хелат, Цинктерал и др.
Для женщин: ВитрумБьюти, Компливит сияние, Дуовит для женщин и др.
Для детей: Кальций+глюконат цинка, Витажуйки, Витамишки, Дуовит для детей, Витрум Юниор и др.

Принимать желательно за час до приема пищи или через 2 часа после. Не рекомендуется пить одновременно с антибиотиками, контрацептивами и прочими препаратами.

Цинк активно используется в ряде препаратов: