Zink | ||||
---|---|---|---|---|
← Kobber | Gallium → | ||||
| ||||
Udseende af et simpelt stof | ||||
Oprensede zinkprøver | ||||
Atom egenskaber | ||||
Navn, symbol, nummer | Zink / Zink (Zn), 30 | |||
Gruppe , punktum , blok |
12 (forældet 2), 4, d-element |
|||
Atommasse ( molær masse ) |
65.38(2) [1] a. e. m. ( g / mol ) | |||
Elektronisk konfiguration |
[Ar] 3d 10 4s 2 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 |
|||
Atomradius | 138 kl | |||
Kemiske egenskaber | ||||
kovalent radius | 125 kl | |||
Ion radius | (+2e) 74 kl | |||
Elektronegativitet | 1,65 (Pauling-skala) | |||
Elektrodepotentiale | -0,76 V | |||
Oxidationstilstande | 0, +2 | |||
Ioniseringsenergi (første elektron) |
905,8 (9,39) kJ / mol ( eV ) | |||
Termodynamiske egenskaber af et simpelt stof | ||||
Tæthed ( i.a. ) | 7,133 g/cm³ | |||
Smeltetemperatur | 419,6°C | |||
Kogetemperatur | 906,2°C | |||
Oud. fusionsvarme | 7,28 kJ/mol | |||
Oud. fordampningsvarme | 114,8 kJ/mol | |||
Molær varmekapacitet | 25,4 [2] J/(K mol) | |||
Molært volumen | 9,2 cm³ / mol | |||
Krystalgitteret af et simpelt stof | ||||
Gitterstruktur | Sekskantet | |||
Gitterparametre | a = 2,6648, c = 4,9468 Å | |||
c / a -forhold | 1.856 | |||
Debye temperatur | 234K _ | |||
Andre egenskaber | ||||
Varmeledningsevne | (300 K) 116 W/(m K) | |||
CAS nummer | 7440-66-6 |
tredive | Zink |
Zn65,38 | |
3d 10 4s 2 |
Zink ( kemisk symbol - Zn , fra lat. Zincum ) - et kemisk element af den 12. gruppe (ifølge den forældede klassificering - en sekundær undergruppe af den anden gruppe, IIB), den fjerde periode af det periodiske system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev med atomnummer 30.
Det simple stof zink er under normale forhold et skørt blåligt-hvidt overgangsmetal (det pletteres i luft og bliver dækket af et tyndt lag zinkoxid ).
En legering af zink med kobber - messing - var kendt i det antikke Grækenland , det gamle Egypten , Indien ( VII århundrede ), Kina ( XI århundrede ). I lang tid var det ikke muligt at isolere rent zink. I 1738 i England patenterede William Champion en destillationsmetode til at opnå zink [3] . I industriel skala begyndte zinksmeltning også i det 18. århundrede : i 1743 begyndte det første zinkanlæg, grundlagt af William Champion, at operere i Bristol , hvor zink blev opnået ved destillation [4] [5] :15 . I 1746 udviklede A. S. Marggraf i Tyskland en lignende metode til at opnå ren zink ved at kalcinere en blanding af dets oxid med kul uden luft i ildfaste lerretorter , efterfulgt af kondensering af zinkdamp i køleskabe . Marggraf beskrev sin metode i detaljer og lagde dermed grundlaget for teorien om zinkproduktion. Derfor kaldes han ofte for opdageren af zink [4] .
I 1805 patenterede Charles Hobson og Charles Sylvester fra Sheffield en metode til bearbejdning af zinkvalsning ved 100-150 °C [5] :28 . Den første zink i Rusland blev opnået på Alagir -fabrikken den 1. januar 1905 [5] :86 . De første anlæg, hvor zink blev opnået ved elektrolytisk metode, dukkede op i 1915 i Canada og USA [5] :82 .
Ordet "zink" findes først i Paracelsus ' skrifter , som kaldte dette metal ordet lat. zincum eller zinken i Liber Mineralium II [6] . Dette ord går sandsynligvis tilbage til ham. Zinke , der betyder "tand" (zinkmetalkrystallitter ligner nåle) [7] .
Der er 66 zinkmineraler kendt, især zincit , sphalerit , willemite , calamin , smithsonite , franklinit . Det mest almindelige mineral er sphalerit eller zinkblanding. Mineralets hovedbestanddel er zinksulfid ZnS, og forskellige urenheder giver dette stof alle mulige farver. På grund af vanskeligheden ved at identificere dette mineral, kaldes det blende ( gammelgræsk σφαλερός - vildledende). Zinkblanding betragtes som det primære mineral, hvorfra andre zinkmineraler blev dannet. : smithsonite ZnCO 3 , zincite ZnO, calamin 2ZnO SiO 2 H 2 O. I Altai kan du ofte finde stribet "chipmunk" malm - en blanding af zinkblanding og brun spartel . Et stykke af en sådan malm på afstand ligner virkelig et skjult stribet dyr[ stil ] .
Det gennemsnitlige indhold af zink i jordskorpen er 8,3⋅10−3 % , i de vigtigste magmatiske bjergarter er det noget højere (1,3⋅10−2 % ) end i sure (6⋅10−3 % ). Zink er en energisk vandmigrant, især karakteristisk for dens migration i termiske farvande sammen med bly . Fra disse farvande udfældes zinksulfider, som er af stor industriel betydning. Zink migrerer også kraftigt i overflade- og underjordiske vand, hovedudfældningsmidlet for det er svovlbrinte , sorption af ler og andre processer spiller en mindre rolle.
Zink er et vigtigt biogent element; levende organismer indeholder i gennemsnit 5⋅10 −4 % zink. Men der er undtagelser - de såkaldte hub-organismer (for eksempel nogle violer ).
Zinkforekomster er kendt i Iran , Australien , Bolivia , Kasakhstan [8] . I Rusland er den største producent af bly-zink-koncentrater JSC "MMC Dalpolimetall " [9] . På Krasnoyarsk-territoriet i Nedre Angara-regionen udvikles en unik Gorevskoye polymetalforekomst med zinkreserver på 1004,5 tusinde tons i kategorierne A + B + C1 og 798,4 tusinde tons i kategori C2. Forekomsten blev opdaget i 1956, udnyttelsen begyndte i 1975, men de første oplysninger om forekomsten af malme i de omkringliggende områder går tilbage til 1770'erne. I 2012 udgjorde zinkproduktionen 25,8 tusinde tons. Feltet udvikles af en gruppe virksomheder. Partizanskoye- og Surovoye-aflejringerne i den vestlige del af Taimyr-halvøen er også blevet udforsket. Forventet ressourcer af zink - 500 tusinde tons. [ti]
Zink har fem stabile isotoper ( 64Zn , 66Zn , 67Zn , 68Zn og 70Zn ).
Zink findes ikke i naturen som et naturligt metal.
Zink udvindes fra polymetalliske malme indeholdende 1-4% Zn i form af sulfid, samt Cu , Pb , Ag , Au , Cd , Bi . Malme beriges ved selektiv flotation, hvorved man opnår zinkkoncentrater (50-60% Zn) og samtidig bly-, kobber- og nogle gange også pyritkoncentrater. Zinkkoncentrater brændes i fluidiseret lejeovne, hvorved zinksulfid omdannes til ZnO-oxid; den resulterende svovldioxid SO 2 bruges til at fremstille svovlsyre . Ren zink fra ZnO-oxid opnås på to måder. Ifølge den pyrometallurgiske (destillations) metode, som har eksisteret i lang tid, sintres det kalcinerede koncentrat for at give kornethed og gaspermeabilitet og reduceres derefter med kul eller koks ved 1200–1300 °C: ZnO + C → Zn + CO . De resulterende metaldampe kondenseres og hældes i forme. Til at begynde med blev restaureringen kun udført i håndbetjente brændt ler-retorter, senere blev der brugt lodrette mekaniserede carborundum -retorter , derefter skakt- og lysbueovne; fra bly-zink-koncentrater fås zink i skaktovne med blæst . Produktiviteten steg gradvist, men zink indeholdt op til 3 % urenheder, inklusive værdifuldt cadmium . Destillationszink renses ved adskillelse (det vil sige ved at sedimentere det flydende metal fra jern og en del af bly ved 500 ° C), og når en renhed på 98,7%. Den nogle gange mere komplekse og dyre oprensning ved rektifikation, som nogle gange anvendes, giver metallet en renhed på 99,995 % og tillader udvinding af cadmium.
Den vigtigste metode til at opnå zink er elektrolytisk (hydrometallurgisk). Kalcinerede koncentrater behandles med svovlsyre; den resulterende sulfatopløsning renses for urenheder (ved aflejring med zinkstøv) og udsættes for elektrolyse i bade, der er tæt foret indvendigt med bly eller vinylplast . Zink aflejres på aluminiumskatoder, hvorfra det dagligt fjernes (strippes af) og smeltes i induktionsovne. Normalt er renheden af elektrolytisk zink 99,95%, fuldstændigheden af dens udvinding fra koncentratet (under hensyntagen til behandlingen af affald) er 93-94%. Produktionsaffald producerer zinksulfat, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; undertiden ogsaa In, Ga, Ge, Tl.
I sin rene form er det et ret duktilt sølvhvidt metal . Den har et sekskantet gitter med parametre a \u003d 0,26649 nm, c \u003d 0,49431 nm, rumgruppe P 6 3 / mmc, Z \u003d 2. Ved stuetemperatur er det skørt, når pladen bøjes, høres en revne fra friktionen af krystallitter (normalt stærkere end " blikkets skrig "). Ved 100–150 °C er zink plastik. Urenheder, selv mindre, øger kraftigt zinkens skrøbelighed . Den iboende koncentration af ladningsbærere i zink er 13,1⋅10 28 m −3 .
Et typisk eksempel på et metal, der danner amfotere forbindelser. Zinkforbindelserne ZnO og Zn(OH) 2 er amfotere . Standardelektrodepotentialet er -0,76 V, i rækken af standardpotentialer er det placeret før jern.
I luft er zink dækket af en tynd film af ZnO-oxid. Når det opvarmes kraftigt, brænder det ud med dannelsen af amfotert hvidt oxid ZnO:
Zinkoxid reagerer begge med syreopløsninger:
og med alkalier:
Zink af almindelig renhed reagerer aktivt med sure opløsninger:
og alkaliske opløsninger:
danner hydroxo-zinkater. Meget ren zink reagerer ikke med opløsninger af syrer og baser. Interaktionen begynder med tilsætning af nogle få dråber af en opløsning af kobbersulfat CuSO 4 .
Ved opvarmning reagerer zink med halogener og danner ZnHal 2 -halogenider . Med fosfor danner zink fosfiderne Zn 3 P 2 og ZnP 2 . Med svovl og dets analoger - selen og tellur - forskellige chalcogenider, ZnS, ZnSe, ZnSe 2 og ZnTe.
Med brint , nitrogen , kulstof , silicium og bor reagerer zink ikke direkte. Nitrid Zn 3 N 2 opnås ved omsætning af zink med ammoniak ved 550-600 °C.
I vandige opløsninger danner zinkioner Zn 2+ akvakomplekser [Zn(H 2 O) 4 ] 2+ og [Zn(H 2 O) 6 ] 2+ .
Ren metallisk zink bruges til at genvinde ædelmetaller udvundet ved underjordisk udvaskning ( guld , sølv ). Derudover bruges zink til at udvinde sølv, guld (og andre metaller) fra rå bly i form af zink-sølv-guld intermetalliske forbindelser (det såkaldte "sølvskum"), som derefter forarbejdes ved konventionelle raffineringsmetoder .
Det bruges til at beskytte stål mod korrosion ( zinkbelægning af overflader, der ikke er udsat for mekanisk belastning, eller metallisering - til broer, tanke, metalkonstruktioner).
Zink bruges som materiale til den negative elektrode i kemiske strømkilder , det vil sige i batterier og akkumulatorer , for eksempel: mangan-zink-celle , sølv-zink-batteri (1,85 V , 150 W h /kg, 650 W h/dm) 3 , lav modstand og kolossale udladningsstrømme), kviksølv-zink-element (1,35 V, 135 W h / kg, 550-650 W h / dm 3 ), dioxysulfat-kviksølv element , iod-zink element , kobberoxid galvanisk celle ( 0,7-1,6 V, 84-127 W h / kg, 410-570 W h / dm 3 ), krom-zink-celle , zink-sølvklorid-celle , nikkel-zink-batteri (1, 82 V, 95-118 W h / kg, 230-295 W h/dm 3 ), bly-zink-celle , zink-klor-batteri , zink-brom-batteri mv.
Zinks rolle er meget vigtig i zink-luft-batterier , som er karakteriseret ved et meget højt specifikt energiforbrug . De er lovende for startmotorer (blybatteri - 55 W h / kg, zink-luft - 220-300 W h / kg) og for elektriske køretøjer (kilometertal op til 900 km).
Zinkplader bruges i vid udstrækning til trykning , især til trykning af illustrationer i publikationer med stor oplag. Hertil har man brugt zinkografi siden 1800-tallet - fremstilling af klichéer på en zinkplade ved at ætse mønstret i den med syre. Urenheder, med undtagelse af en lille mængde bly, forringer ætseprocessen. Inden bejdsning udglødes zinkpladen og rulles i opvarmet tilstand [5] :30-31 .
Zink tilsættes mange loddelegeringer for at sænke deres smeltepunkt.
Zinkoxid er meget udbredt i medicin som et antiseptisk og antiinflammatorisk middel . Zinkoxid bruges også til fremstilling af maling - zinkhvid .
Zink er en vigtig bestanddel af messing . Zinklegeringer med aluminium og magnesium (TsAM, ZAMAK ) er på grund af deres relativt høje mekaniske og meget høje støbekvaliteter meget udbredt i teknik til præcisionsstøbning. Især i våbenbranchen støbes pistolbolte nogle gange af ZAMAK (-3, -5) legeringen , især dem, der er designet til brug af svage eller traumatiske patroner. Desuden er alle former for teknisk beslag støbt af zinklegeringer, såsom bilhåndtag, karburatorhuse, skalamodeller og alle slags miniaturer, samt alle andre produkter, der kræver præcisionsstøbning med acceptabel styrke.
Zinkchlorid er et vigtigt flusmiddel til lodning af metaller og en komponent i fiberproduktion .
Zinksulfid bruges til fremstilling af kort efterglødende fosfor og andre luminescerende forbindelser , sædvanligvis blandinger af ZnS og CdS aktiveret med andre metalioner. Fosfor baseret på zink og cadmiumsulfider anvendes også i elektronikindustrien til fremstilling af lysende fleksible paneler og skærme som elektroluminoforer og forbindelser med kort glødetid .
Tellurid , selenid , phosphid , zinksulfid er meget udbredte halvledere . Zinksulfid er en integreret del af mange phosphorstoffer . Zinkphosphid bruges som gnavergift .
Zinkselenid bruges til at fremstille optiske briller med meget lav mid -infrarød absorption , såsom i kuldioxidlasere .
De forskellige anvendelser af zink tegner sig for:
Zink er det fjerde mest anvendte metal i verden efter jern, aluminium og kobber, og det tredje blandt ikke-jernholdige metaller. Verdens zinkproduktion i 2009 beløb sig til 11,277 millioner tons, hvilket er 3,2 % mindre end i 2008 [11] Verdens zinkproduktion kan stige i 2024 til 14 millioner tons om året. [12] Prisen på zink steg i oktober 2021 i London til 3528,5 USD/t, +3,7 %. [13]
Liste over lande efter zinkproduktion i 2006 (baseret på United States Geological Survey) [14] :
Placere | Land | Produktivitet (tons) |
---|---|---|
— | ![]() |
10.000.000 |
en | Kina | 2.600.000 [15] |
2 | Australien | 1.380.000 |
3 | Peru | 1 201 794 |
fire | USA | 727.000 |
5 | Canada | 710.000 |
6 | Mexico | 480.000 [15] |
7 | Irland | 425 700 |
otte | Indien | 420 800 |
9 | Kasakhstan | 400.000 [15] |
ti | Sverige | 192 400 |
elleve | Rusland | 190.000 [15] |
12 | Brasilien | 176.000 [15] |
13 | Bolivia | 175.000 [15] |
fjorten | Polen | 135 600 |
femten | Iran | 130.000 [15] |
16 | Marokko | 73.000 [15] |
17 | Namibia | 68.000 [15] |
atten | Nordkorea | 67.000 [15] |
19 | Kalkun | 50.000 [15] |
tyve | Vietnam | 48.000 [15] |
21 | Thailand | 45.000 [15] |
22 | Honduras | 37 646 |
23 | Finland | 35.700 |
24 | Sydafrika | 34 444 |
25 | Chile | 31 725 |
26 | Argentina | 30 300 [15] |
27 | Bulgarien | 17 300 [15] |
28 | Rumænien | 9600 [15] |
29 | Japan | 7 169 |
tredive | Algeriet | 5.000 [15] |
31 | Saudi Arabien | 1500 [15] |
32 | Georgien | [15] | 400
33 | Bosnien-Hercegovina | [15] | 300
34 | Myanmar | [15] | 100
En voksens krop indeholder i gennemsnit omkring 2 g zink i form af dets forbindelser, som hovedsageligt er koncentreret i prostata, muskler, lever og bugspytkirtel. 50 milliliter menneskelig sæd indeholder omkring 10 milligram zink. Mere end 400 enzymer indeholder zink. Blandt dem er enzymer , der katalyserer hydrolysen af peptider, proteiner og estere, dannelsen af aldehyder, polymeriseringen af DNA og RNA . Zn 2+ ioner i enzymer forårsager polarisering af vand og organiske molekyler, hvilket letter deres deprotonering i henhold til reaktionen
Zn2 + + H2O \u003d ZnOH + + H +Det mest undersøgte enzym er kulsyreanhydrase, et protein, der indeholder zink og består af cirka 260 aminosyrerester. Dette enzym findes i røde blodlegemer og bidrager til omdannelsen af kuldioxid dannet i vævene under deres livsaktivitet til bikarbonat-ioner og kulsyre, som transporteres af blodet til lungerne, hvor det udskilles fra kroppen i form for kuldioxid. I mangel af enzymet forløber omdannelsen af CO 2 til anionen HCO 3 - med en meget lav hastighed. I kulsyreanhydrasemolekylet er zinkatomet bundet til tre imidazolgrupper af histidinaminosyrerester og et vandmolekyle, som let deprotoneres og bliver til et koordineret hydroxid. Kulstofatomet i kuldioxidmolekylet, som har en delvis positiv ladning, interagerer med oxygenatomet i hydroxylgruppen. Det koordinerede CO 2 molekyle omdannes således til en bicarbonatanion, som forlader enzymets aktive sted, og erstattes af et vandmolekyle. Enzymet fremskynder denne hydrolysereaktion 10 millioner gange.
Zink
Det anbefalede daglige indtag af zink i kosten er 11 mg for mænd og 8 mg for kvinder [17] . I perioder med aktivt seksualliv stiger det daglige behov for zink hos mænd og beløber sig til 30-70 mg. Blandt de fødevarer, der indtages af mennesker, er det højeste indhold af zink i østers , græskar- og solsikkefrø , sesamfrø , kød, ost, havregryn, bælgfrugter, chokolade.
Indholdet af zink i produkter pr. 100 g [18] :
Zink kan også være til stede i mineralvand.
Manglen på zink i kroppen fører til en række lidelser. Blandt dem er irritabilitet, træthed, hukommelsestab, depressive tilstande, nedsat synsstyrke, vægttab, ophobning af visse elementer i kroppen ( jern , kobber , cadmium , bly ), nedsat insulinniveau , allergiske sygdomme, anæmi og andre [19] .
For at vurdere indholdet af zink i kroppen bestemmes dets indhold i håret, blodet og dets serum.
Ved langvarig indtagelse i kroppen i store mængder af alle zinksalte, især sulfater og chlorider, kan de forårsage forgiftning på grund af toksiciteten af Zn 2+ ioner . 1 gram zinksulfat ZnSO 4 er nok til at forårsage alvorlig forgiftning. I hverdagen kan der dannes klorider, sulfater og zinkoxid, når fødevarer opbevares i zink og galvaniserede redskaber.
ZnSO 4 -forgiftning fører til anæmi, væksthæmning, infertilitet.
Zinksulfatforgiftning opstår ved indånding af dets fine partikler (støv). Det manifesterer sig i udseendet af en sødlig smag i munden, et fald eller fuldstændigt tab af appetit, alvorlig tørst. Der er træthed, en følelse af svaghed, stramhed og trykkende smerter i brystet, døsighed, tør hoste.
![]() | ||||
---|---|---|---|---|
Ordbøger og encyklopædier |
| |||
|
Periodisk system af kemiske elementer af D. I. Mendeleev | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Elektrokemisk aktivitet serie af metaller | |
---|---|
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 , |
møntmetaller | |
---|---|
Metaller | |
Legeringer |
|
Møntgrupper | |
Metal grupper | |
se også |
|