Цинк как химический элемент¶

Цинк — химический элемент с атомным номером 30, расположенный в 12-й группе (побочной подгруппе II группы) четвёртого периода периодической системы Д. И. Менделеева. Обозначается символом Zn (от лат. Zincum). Относится к переходным металлам, при нормальных условиях представляет собой хрупкий металл голубовато-серебристого цвета, тускнеющий на воздухе из-за образования оксидной плёнки. Атомная масса — 65,38 а. е. м. Простое вещество цинк — типичный металл средней активности, важный как в промышленности, так и в биологии.

¶История

Сплавы цинка с медью — латунь — были известны ещё в древности: их получали в Индии, Китае, Греции и Риме, хотя сам металл в чистом виде тогда выделять не умели. Считается, что цинк как самостоятельный металл начали выплавлять в Индии около XII–XIII веков, а в Европу он попал через торговлю с Востоком.

В 1746 году немецкий химик Андреас Маргграф разработал способ промышленного получения цинка путём прокаливания его оксида с углём в закрытых сосудах, что положило начало научному изучению элемента. В России цинковые руды начали осваивать в XVIII–XIX веках, а промышленное производство цинка развилось в конце XIX — начале XX века, в том числе на Урале и в Сибири.

¶Физические и химические свойства

Цинк — довольно мягкий металл, его твёрдость по Моосу около 2,5. Температура плавления составляет 419,5 °C, температура кипения — 906 °C. Плотность — 7,13 г/см³. При нагреве выше 100–150 °C металл становится пластичным и поддаётся прокатке.

Химически цинк активен: на воздухе покрывается тонкой защитной плёнкой оксида ZnO, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. При нагревании реагирует с кислородом, галогенами, серой. Взаимодействует с разбавленными кислотами, вытесняя водород, и с щелочами, образуя цинкаты. Цинк — восстановитель, стоящий в ряду напряжений до водорода, что определяет его применение в защите других металлов от коррозии.

¶Нахождение в природе

В земной коре содержание цинка оценивается примерно в 0,008 % по массе. В самородном виде он практически не встречается. Основные минералы — сфалерит (цинковая обманка ZnS), смитсонит (ZnCO₃), каламин и цинкит. Крупные месторождения имеются в Австралии, Китае, Перу, Канаде, США. В России цинк добывают преимущественно как компонент полиметаллических руд — на Урале, в Забайкалье, на Северном Кавказе и в других регионах.

¶Получение

Основной промышленный метод — пирометаллургический: обжиг сульфидных концентратов с переводом цинка в оксид, затем восстановление углём при высокой температуре с отгонкой паров металла. Применяется и гидрометаллургический (электролитический) способ, при котором цинк выщелачивают из обожжённого концентрата серной кислотой и осаждают электролизом. Электролитический цинк отличается высокой чистотой.

¶Применение

Цинк — один из важнейших технических металлов. Основные направления использования:

Антикоррозионная защита. Цинкование стали (горячее, гальваническое, термодиффузионное) — самый массовый способ применения; цинк как протектор защищает железо электрохимически.
Сплавы. Латунь (с медью), бронза, цинковые литейные сплавы применяются в машиностроении, приборостроении, для литья под давлением.
Химические источники тока. Цинк служит анодом в солевых и щелочных элементах питания (батарейки), а также в резервных источниках.
Оксид цинка. Используется в резиновой промышленности (активатор вулканизации), в производстве красок (цинковые белила), в стекле, керамике, косметике и медицине как подсушивающее и антисептическое средство.
Металлургия. Цинк применяют для извлечения благородных металлов из свинца (обессеребрение), в процессах рафинирования.

¶Биологическая роль

Цинк — незаменимый микроэлемент для живых организмов. Он входит в состав более 300 ферментов, участвует в синтезе белков и нуклеиновых кислот, в работе иммунной системы, в процессах роста и заживления тканей. Суточная потребность человека составляет около 10–15 мг. Недостаток цинка проявляется нарушением роста, выпадением волос, ослаблением иммунитета, ухудшением вкусовой и обонятельной чувствительности; избыток токсичен. Богаты цинком мясо, печень, морепродукты, орехи, бобовые, зерновые.

¶Влияние на здоровье и безопасность

Вдыхание паров оксида цинка при сварке или литье может вызвать так называемую «литейную лихорадку» — состояние, сопровождающееся ознобом, повышением температуры и слабостью. Соединения цинка в повышенных концентрациях загрязняют почвы и водоёмы, поэтому выбросы цинковых производств нормируются. Металлический цинк и его оксид при бытовом использовании малотоксичны.

¶Интересные факты

Название «цинк», вероятно, происходит от немецкого Zink, связанного со словом Zinke («зубец», «остриё») — из-за формы кристаллов при плавке.
Цинк входит в состав более 300 ферментов, что делает его одним из самых «востребованных» микроэлементов в организме.
Оцинкованное ведро или кровля служат десятилетиями именно благодаря жертвенной коррозии цинкового покрытия.
Латунь, сплав цинка и меди, была известна задолго до того, как сам цинк научились выделять в чистом виде.

Источники: Большая российская энциклопедия; Химическая энциклопедия; учебные курсы по неорганической химии; материалы по металлургии цветных металлов.