Хлорид цинка

Хлорид цинка (ZnCl₂) — это бинарное неорганическое соединение цинка и хлора, представляющее собой белое кристаллическое вещество, гигроскопичное и хорошо растворимое в воде. Относится к классу солей соляной кислоты. Обладает широким спектром промышленного применения, включая использование в качестве флюса при пайке, компонента электролитов в гальванических элементах, антисептика для древесины и катализатора в органическом синтезе.

Физические свойства

Хлорид цинка представляет собой белые или бесцветные кристаллы с гексагональной кристаллической решёткой (α-модификация). При нагревании до температуры плавления (около 290 °C) образует вязкую прозрачную жидкость. Температура кипения составляет около 732 °C. Вещество чрезвычайно гигроскопично: на воздухе оно быстро поглощает влагу, расплываясь и образуя концентрированные растворы. Плотность безводного хлорида цинка — около 2,91 г/см³.

Хлорид цинка хорошо растворим в воде (при 20 °C растворимость составляет около 432 г на 100 г воды), а также в этаноле, ацетоне, глицерине и эфире. Растворение в воде сопровождается сильным экзотермическим эффектом (выделением тепла). Водные растворы хлорида цинка имеют кислую реакцию (pH около 1–2 для 1 М раствора) вследствие гидролиза. Концентрированные растворы обладают высокой плотностью и вязкостью.

Химические свойства

Хлорид цинка проявляет свойства типичной соли, образованной слабым основанием (гидроксидом цинка) и сильной кислотой (соляной кислотой). В водных растворах он подвергается гидролизу, что обусловливает кислую среду. При взаимодействии с щелочами образует гидроксид цинка, который в избытке щелочи растворяется с образованием цинкатов (например, Na₂ZnO₂). Аналогично, хлорид цинка реагирует с аммиаком, образуя комплексные соединения, такие как [Zn(NH₃)₄]Cl₂.

Важной особенностью хлорида цинка является его способность образовывать комплексные соединения с галогенидами, например, с хлоридом калия или аммония, давая соли типа K₂ZnCl₄ или (NH₄)₂ZnCl₄. В расплавленном состоянии хлорид цинка является слабым электролитом. Он способен растворять оксиды многих металлов, что используется в процессах флюсования. При нагревании с углеродом в инертной атмосфере хлорид цинка восстанавливается до металлического цинка.

Получение

В промышленности хлорид цинка получают несколькими основными способами:

• Растворение цинка или его оксида в соляной кислоте: Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑ или ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O. Полученный раствор упаривают до получения кристаллогидрата или безводной соли.
• Взаимодействие цинка с хлором: Zn + Cl₂ → ZnCl₂. Метод используется для получения особо чистого безводного продукта.
• Как побочный продукт производства: при получении цинка из руд, содержащих хлор, или при переработке вторичного цинкового сырья (например, оцинкованного металлолома) в соляной кислоте.

Безводный хлорид цинка получают прокаливанием кристаллогидрата в токе хлороводорода или хлора для предотвращения гидролиза.

Применение

Хлорид цинка находит применение в различных отраслях промышленности и науки.

Металлургия и пайка

Одно из наиболее известных применений — использование в качестве флюса при пайке и лужении металлов. Хлорид цинка (часто в смеси с хлоридом аммония) эффективно удаляет оксидную плёнку с поверхности металла, обеспечивая хорошее смачивание припоем. Традиционно для этих целей используют «паяльную кислоту» — раствор хлорида цинка в соляной кислоте.

Древесина

Хлорид цинка применяется как антисептик для пропитки древесины, защиты её от гниения и поражения грибками. Пропитка раствором хлорида цинка также повышает огнестойкость древесины (антипирен). Однако из-за высокой гигроскопичности и вымываемости в настоящее время его использование в качестве антисептика сокращается в пользу более современных составов.

Химическая промышленность

В органическом синтезе хлорид цинка используется как катализатор в реакциях алкилирования, ацилирования, дегидратации и конденсации (например, в реакции Фриделя — Крафтса). Он также применяется для получения других соединений цинка, в качестве осушителя (в безводном виде) и в производстве вискозного волокна (как компонент осадительной ванны).

Гальванические элементы

Хлорид цинка является компонентом электролита в некоторых типах гальванических элементов, в частности, в солевых (угольно-цинковых) и щелочных батарейках. В солевых элементах он используется в смеси с хлоридом аммония.

Медицина

В медицине хлорид цинка применяется в качестве антисептического и вяжущего средства в стоматологии (для пломбировочных материалов) и дерматологии (в составе примочек и мазей). В прошлом использовался для лечения бородавок и мозолей. Также входит в состав некоторых жидкостей для полоскания рта.

Другие области

• Текстильная промышленность: используется для мерсеризации хлопка, при крашении и печатании тканей.
• Нефтяная промышленность: как компонент буровых растворов для увеличения плотности и стабилизации скважин.
• Пиротехника: используется для получения дымовых составов (белый дым).
• Аналитическая химия: применяется для осаждения сульфидов, в качестве стандартного раствора для комплексонометрического титрования.

Безопасность

Хлорид цинка является токсичным веществом. Он относится к веществам 2-го класса опасности (высокоопасные). При попадании на кожу вызывает раздражение, ожоги и язвы (особенно в концентрированном виде). При вдыхании пыли или аэрозоля поражает слизистые оболочки дыхательных путей, вызывая кашель, удушье и отёк лёгких. При попадании внутрь вызывает сильное отравление, тошноту, рвоту, боли в животе и может привести к летальному исходу. Работа с хлоридом цинка требует использования средств индивидуальной защиты (респираторы, защитные очки, перчатки). Предельно допустимая концентрация (ПДК) в воздухе рабочей зоны составляет 0,5 мг/м³ (по цинку).

Интересные факты

• Концентрированные растворы хлорида цинка обладают способностью растворять крахмал, целлюлозу и даже шёлк, что используется в производстве вискозы.
• В XIX веке хлорид цинка использовался в качестве консерванта для биологических образцов и для пропитки деревянных шпал на железных дорогах.
• Расплавленный хлорид цинка может растворять оксиды многих металлов, что делает его эффективным, но агрессивным флюсом.

Источники

• Химическая энциклопедия: в 5 т. / Редкол.: Кнунянц И. Л. (гл. ред.) и др. — М.: Советская энциклопедия, 1990. — Т. 2. — С. 531-532.
• Лидин Р. А., Молочко В. А., Андреева Л. Л. Химические свойства неорганических веществ. — М.: Химия, 2000. — С. 258-260.
• Карапетьянц М. Х., Дракин С. И. Общая и неорганическая химия. — М.: Химия, 1994. — С. 512-513.
• ГОСТ 7345-78. Реактивы. Цинк хлористый. Технические условия.
• Вредные вещества в промышленности. Справочник / Под ред. Н. В. Лазарева и Э. Н. Левиной. — Л.: Химия, 1976. — Т. 3. — С. 144-146.