Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Цинк або Zincum є 30 елементом періодичної системи хімічних елементів Менделєєва і позначається символом Zn. В основному він використовується при створенні деформованих напівфабрикатів і в складі різного роду сумішей. У чистому вигляді виглядає як крихкий метал голубувато-сріблястого кольору, швидко окислюється і покривається захисною плівкою (оксидом), через яку помітно тьмяніє.

Видобувають його в Казахстані, Австралії, Ірані та Болівії. Через складності у визначенні металу його часто називають «обманкою».

Історична довідка

Сама назва «цинк» вперше було згадано в книзі «Liber Mineralium» Парацельса. За деякими даними воно означало «зубець». Сплав цинку з міддю або латунь відомий давно. Його застосовували в Стародавній Греції, Індії та Стародавньому Єгипті, пізніше матеріал став відомий в Китаї.

У чистому вигляді метал вдалося отримати лише в першій половині XVIII століття в 1738 році у Великобританії за допомогою дистиляційного способу. Його відкривачем став Вільям Чемпіон. Промислове виробництво почалося через 5 років, а в 1746 році в Німеччині хімік Андреас Сигізмунд Маргграф розробив і в деталях описав власний спосіб отримання цинку. Він пропонував використовувати метод прожарювання суміші окису метал з вугіллям в вогнетривких ретортах з глини без доступу повітря. Подальша конденсація парів повинна була проходити в холодильнику. Через докладного опису і кропітких розробок Маргграф часто називають першовідкривачем речовини.

На початку XIX століття було знайдено спосіб виділення металу шляхом прокатки при 100 C про -150 C о. На початку наступного століття навчилися видобувати цинк електролітичним способом. У Росії перший метал отримали тільки в 1905 році.

Фізичні властивості

  • Атомний номер: 30.
  • Атомна маса: 65, 37.
  • Атомний об'єм: 9, 15
  • Щільність: 7, 133 г / см 3.
  • Температура, необхідна для плавлення: 419, 5 C о.
  • Температура кипіння: 906 C о.
  • Поверхнева енергія: 105 мДж / м 2.
  • Питома електропровідність: 16, 2 * 10 -6 См / м.
  • Молярна теплоємність: 25, 4 Дж / (К * моль).
  • Молярний об'єм: 9, 2 см 3 / моль.

Цинк має слабкі механічними властивостями, при нормальній температурі легко ламається і кришиться, але при температурі 100 C про -150 C про стає досить тягучим і легко піддається деформації: кується, розкочується в листи. Проста вода для металу безпечна, а кислоти і луги легко роз'їдають. Через це цинк в чистому вигляді для виготовлення деталей не застосовують, тільки сплави.

Хімічні властивості

Зовнішня електронна конфігурація одного атома цинку можна записати як 3 d 10 4 s 2. Метал активний і є енергійним відновником. При температурі в 100 C про на відкритому повітрі покривається плівкою, що складається з основних карбонатів, і сильно тьмяніє. При впливі вуглекислого газу і підвищеної вологості елемент починає руйнуватися. У кисневої або звичайному середовищі при сильному нагріванні цинк згорає, утворюючи блакитнувате полум'я і білий дим, який складається з оксиду цинку. Вогненебезпечно впливають на цинк сухі елементи фтору, брому і хлору, але тільки за участю парів води.

При з'єднанні металу і сильних мінеральних кислот перший розчиняється, особливо якщо суміші нагріти, в результаті утворюються відповідні солі. Луги, розплави і розчини окислюють речовина, в результаті утворюються цинкита, розчинні у воді, і виділяється водень. Інтенсивність впливу кислот і лугів залежить від наявності в цинку домішок. Чим більше «чистий» метал, тим слабкіше він взаємодіє через перенапруження водню.

Зміст в природі

Як самостійний елемент цинк в природі не зустрічається. Його можна добути з 66 мінералів, серед яких сфалерит, каламін, Франклін, цинкит, Віллема, смітсоніт. Перший є найбільш поширеним джерелом металу, його часто називають «цинкової обманкою». Він складається з сульфіду цинку і домішок, які надають мінералу різноманітні кольори. Це ускладнює його пошук і правильне визначення.

Знайти цинк можна в кислих і вивержених породах - у останніх його трохи більше. Часто метал у вигляді сульфіду разом зі свинцем зустрічається в термальних водах, мігрує в поверхневих і підземних джерелах.

особливості виплавки

Температура, необхідна для плавлення цинку, повинна бути менше 419 C о, але і не більше 480 C о. В іншому випадку виросте угар металу і підвищиться знос стінок ванни, яку стандартно виробляють із заліза. У розплавленому стані допускається не більше 0, 05% домішки заліза, інакше температура, потрібна при плавленні, почне підвищуватися. Якщо відсоток вмісту заліза буде перевищувати 0, 2%, цинк не можна буде піддавати прокатці.

Цинк отримують з поліметалічних руд, в яких може міститися до 4% елемента. Якщо руди були збагачені селективної флотацією, з них можна отримати до 60% цинкових концентратів, решта буде зайнято концентратами інших металів. Цинкові концентрати обпалюють в печах в киплячому шарі, після чого сульфід цинку перетворюється на оксид, і виділяється сірчистий газ. Останній йде в витрата: з нього отримують сірчану кислоту.

Щоб перевести оксид цинку в сам метал, використовують два способи.

  1. Дистиляційний або пірометалургічний. Концентрат обпалюють, потім піддають спікання, щоб надати газопроницаемости і зернистості і відновлюють за допомогою коксу або вугілля при впливі температури в 1200-1300 C о. Під час реакції утворюються пари металу, який конденсують і розливають у виливниці. Чистота цинку досягає 98, 7%, після можна підвищити її до 99, 995% за допомогою ректифікації, але останній спосіб досить дорогий і складний.
  2. Електролітичний або гідрометалургійний. Обпалені концентрати обробляють сірчаною кислотою, розчин очищають від домішок за допомогою цинкового пилу і піддають електролізу в викладених зсередини свинцем або вініпласт ваннах. Цинк осідає на алюмінієвих катодах, звідки його збирають і плавлять в індукційних печах. Чистота металу, отриманого цим способом, досягає 99, 95%.

Суміші і сплави

Для посилення міцності і збільшення температури плавлення метал змішують з міддю, алюмінієм, оловом, магнієм і свинцем.

Найвідомішим і затребуваним сплавом є латунь. Це суміш міді з додаванням цинку, іноді зустрічаються і олово, нікель, марганець, залізо, свинець. Щільність латуні досягає 8700 кг / м 3. Температура, потрібна для плавлення, тримається на позначці 880 C про - 950 C про: чим більше в ній вміст цинку, тим вона нижче. Сплав відмінно чинить опір несприятливому зовнішньому середовищі, хоч і чорніє на повітрі, якщо не покрита лаком, прекрасно полірується і зварюється контактним зварюванням.

Існує два види латуні:

  1. Альфа-латунь: більш пластична, добре гнеться в будь-якому стані, але сильніше зношується.
  2. Альфа + бета-латунь: деформується тільки при нагріванні, при цьому більш зносостійка. Часто сплавляють з магнієм, алюмінієм, свинцем і залізом. Це дозволяє збільшити міцність, але зменшує пластичність.

Сплав Zamak або Zamac складається з цинку, алюмінію, міді і магнію. Сама назва утворена з перших букв латинських назв: Zink - Aluminium - Magnesium - Kupfer / Cuprum (Цинк-Алюміній-Магній-Мідь). В СРСР сплав був відомий як ЦАМ: Цинк-Алюміній-Мідь. Активно застосовується в лиття під тиском, плавлення починається при низькій температурі (381 C про - 387 C о) і має низький коефіцієнт тертя (0, 07). Має підвищену міцність, що дозволяє отримувати вироби складної форми, які не бояться зламатися: дверні ручки, ключки для гольфу, затвори вогнепальної зброї, будівельну фурнітуру, застібки різних видів і рибальські снасті.

Невеликий відсоток цинку (не більше 0, 01%) міститься в гартових сплавах, що застосовуються в поліграфії для відливання друкарських шрифтів і лінійок, друкованих форм і машинного набору. Це застарілі суміші, на місце яких прийшов чистий цинк з невеликим додаванням домішок.

Невисока температура, яка потрібна для плавлення цинку, часто компенсується за рахунок сплавів з іншими металами, але буває і навпаки. Якщо температура, необхідна для плавлення «чистого» металу, становить 419, 5 C о, то сплав з оловом знижується до 199 C о, а з оловом і свинцем - до 150 C о. І хоча такі сплави можна паяти і варити, найчастіше суміші з цинком застосовують тільки для закладення наявних дефектів через їх слабкої міцності. Наприклад, сплав олова, свинцю і цинку рекомендується застосовувати тільки на нікельованих виробах.

Найчастіше цинкові сплави застосовують для створення карбюраторів, рам спідометрів, радіаторних решіток, гідравлічних гальм, насосів і декоративних елементів, деталей для пральних машин, міксерів та кухонного обладнання, годинникових корпусів, друкарських машинок, касових апаратів і побутової техніки. Ці деталі можна застосовувати в промисловому виробництві: при підвищенні температури до 100 C про міцність виробу знижується на третину, а твердість - майже на 40%. При зниженні температури до 0 C про цинк стає дуже крихким, що може привести до поломки.

застосування

Цинк є одним з найбільш затребуваних металів в світі: він знаходиться на третьому місці за обсягом видобутку серед кольорових металів, поступаючись тільки міді і алюмінію. Цьому сприяє і його невисока ціна. Найчастіше його застосовують для захисту від корозії і в якості частини сплаву, наприклад, латуні.

  1. У металургії цинк особливо цінний. Його наносять тонким шаром на сталеву поверхню багатьох металоконструкцій, щоб повністю захистити їх від іржі на механічному і хімічному рівні. На це витрачається до 40% від усього видобутку. Оскільки цинк, на відміну від нікелю, кобальту, олова і кадмію, активніше заліза, він першим починає контактувати з недружньої зовнішнім середовищем, повністю захищаючи основу.
  2. Чистий метал використовують для відновлення благородних металів після видобутку шляхом вилуговування. Також з його допомогою відбувається видобуток золота і срібла з чорнового свинцю.
  3. Цинк є найбільш електропозитивні металом, практично не реагує на воду. Це дозволило створити велику кількість різноманітних хімічних джерел струму: повітряно-цинкові, срібно-цинкові, ртутно-цинкові, «сухі» елементи Лекланше.
  4. Цинкову пил використовують в феєрверки і піротехніці для створення блакитного вогню, в фарбі, особливо в цинкових білил - для антикорозійного захисту і кращого прилипання до основи. Вона ж застосовується для витіснення дорогоцінних металів з ціаністих розчинів і для очищення розчину сульфату цинку від кадмію і міді.
  5. У поліграфії цинк застосовують для відливання шрифтів і друк ілюстрацій: цинкографія застосовується з XIX століття. При цьому кліше готується на цинковій основі з невеликим - не більше 5% - додаванням інших металів. Перед кожним травленням пластину отжигают і прокочують в нагрітому стан.
  6. У медицині оксид цинку використовують як антисептик в мазі «Паста Лассара», «Судокрем», «Цинкова мазь», а також в якості присипки, зубних паст і матеріалу для цементування зубів. Застосовують метал для створення бактерицидних стель і самоочищаються поверхонь. Раніше цинк застосовували для фотокаталітичною очищення води в промислових масштабах.

В живих організмах

У тілі людини міститься близько 2 грамів цинку, близько 400 ферментів містять його. До останніх відносяться ферменти, що каталізують гідроліз білків, складних ефірів і лептідов, полімеризацію РНК і ДНК, освіту альдегідів. Чистий елемент міститься в м'язах, підшлунковій залозі і печінці. У день чоловікам потрібно 11 мг цинку, жінкам - 8 мг.

В організмі цинк виконує наступні функції:

  1. Нормалізує діяльність простати;
  2. Сприяє метаболізму вітаміну Е;
  3. Бере участь в синтезі анаболічних гормонів: гормон росту, інсулін, тестостерон і інших;
  4. Бере участь в продукції чоловічих гормонів і сперми;
  5. Допомагає розщепити алкоголь в організмі.

При нестачі елемента в організмі спостерігається швидка стомлюваність, дратівливість, втрата пам'яті, зниження зору і ваги без об'єктивної причини, напади алергії, депресивний стан. Відбувається зниження рівня інсуліну і накопичення в тілі деяких елементів: заліза, свинцю, міді, кадмію.

У продуктах харчування

Елемент є в м'ясі, сирі, кунжуті, устрицях, шоколаді, бобових, вівсянці, соняшникових і гарбузовому насінні, часто присутня в мінеральній воді. Найбільший відсоток цинку міститься в таких продуктах (з розрахунку на 100 грам):

  1. Устриці (до 40 мг), анчоуси (1, 72 мг), восьминіг (1, 68 мг), короп (1, 48 мг), ікра (до 1 мг), оселедець (близько 1 мг).
  2. Гарбузове насіння (10 мг), кунжут (7 мг), соняшникове насіння (5, 3 мг), арахіс (4 мг), волоські горіхи (3 мг), мигдаль (3 мг).
  3. Яловичина (до 8, 4 мг), баранина (до 6 мг), яловича печінка (4 мг), свинина (до 3, 5 мг), курка (до 3, 5 мг).
  4. Какао-порошок без цукру і підсолоджувачів (6, 81 мг), чистий гіркий шоколад (2, 3 мг), шоколадні цукерки (до 2 мг в залежності від кількості та виду шоколаду).
  5. Сочевиця (4, 78 мг), овес (3, 97 мг), пшениця (3, 46 мг), соєві боби (3 мг), жито (2, 65 мг), хліб (до 1, 5 мг), зелений горошок (1, 24 мг), горох (1, 2 мг), паростки бамбука (1, 1 мг), рис (1 мг), злакова печиво (до 1 мг).
  6. Твердий сир (до 4 мг).

Небезпека для людини

Отруєння цинком зазвичай відбувається при тривалому вдиханні його парів. Першими ознаками є сильна спрага, втрата апетиту, солодкуватий присмак у роті. Нерідко з'являється втома, сонливість, сухий кашель, відчуття розбитості, що давить біль в грудній клітці. Тривала дія може привести до безпліддя, недокрів'я, затримку в розвиток. У побуті небезпеку становить оцинкована посуд, в якій тривалий час зберігається їжа.

Допоможіть розробці сайту, ділитися статтею з друзями!

Категорія:

Металообробка