Цинк - Свойства

ЦИНК
Пореден № 30
Атомна маса 65.39

І. РАЗПРОСТРАНЕНИЕ
Цинкът принадлежи към ІІ Б група на периодичната система , заедно с химичните елементи кадмий и живак. Цинкът отдавна е познат на човечеството. Данни за неговото получаване и употреба има от ХІІІ век пр.н.е Той спада към средно разпространените по земната кора елементи. Среща се в редица полиметални руди, а също и като минерала сфалерит( ZnS). Други негови минерали с промишлено значение са смитсонитът(ZnCO3)и цинкитът(ZnO).

ІІ. Строеж на атома
Поредния номер на цинкът е 30, това означава, че в ядрото си има 30 протона, а електронната му обвивка съдържа 30 електрона. Електронната му конфигурация има вида:
1s22s22p63s23p64s23d10
Атомите на елементите от ІІ Бгрупа се отличават с устойчива d 10 конфигурация в предпоследния електронен слой и с 2s-електрона в последния. Поради стабилността на d10 конфигурацията характерната степен на окисление на тези елементи е +2. Химичните връзки се образуват с участието на двата s-електрона.Цинкът както и останалите елементи от групата имат подчертана склонност към комплексообразуване.

ІІІ. Физични свойства
Цинкът е сребристобял метал. Той е крехък и не може да се обработва механически, при повишаване на температурата става ковък, при 100-150 °С е толкова мек, че може да се валцува и изтегля на жица. Над 200°С става отново крехък и към 300°С може да се стрива на прах.
Цинкът се топи при 420°С, кипи при 907°С. Естествените изотопи на цинка са пет на брой: 64Zn, 66Zn, 67Zn, 68Zn, 70Zn .
ІV. Химични свойства
На въздуха бързо се покрива с оксидна корица, която го предпазва от по-нататъшно окисление. Цинкът има голям афинитет към кислорода. Загрят на въздуха при достатъчно висока температура, той изгаря със синкаво-зелен пламък.
С водата не взаимодейства. Цинкът е добър редуктор и се разтваря в киселини, а при загряване и в основи.
Zn + 2H3O + + 2H2O  Zn(H2O) 4 2+ + H2
Zn + 2OH- + 2H2O Zn(OH)4 2- + H2
При взаимодействието с киселини, които са и силни окислители, цинкът се отнася като по-силен редуктор. С разредената азотна киселина се извършва взаимодействието:
4Zn + 10HNO3  4 Zn( NO3)2 + NH4NO3 + 3 H2O
и част от азотната киселина се редуцира до амониев йон. При нагряване реагира с повечето неметали. Когато цинкът е примесен с метали, които се намират след него в реда на относителна активност, в зависимост от тяхната природа скоростта на разтваряне на цинка в киселина се увеличава. Цинкът не реагира с вода тъй като се образува корица от цинков хидроксид.Взаимодейства с амоняк:
3Zn + 2NH3  Zn3N + 3H2
Цинкът не е токсичен, но неговите соли притежават известна токсичност.Същевременно с това е необходим за нормалното функциониране на клетъчните системи. Човешкото тяло съдържа около 2 грама цинк. Той е съсредоточен предимно в състава на някои ензими. Карбонанхидразата например ускорява достигането на равновесието:
CO2 + H2O  HCO-3 + H+
Правата реакция протича в тъканите, докато обратната се извършва в белите дробове и води до отделянето на въглеродния диоксид от кръвта. Без действието на този фермент не би било възможно дишането. Цинкът е в състава и на хормона инсулин, който регулира съдържанието на глюкозата в кръвта и усилва действието на хормоните на хипофизата.
V. Практическо приложение
Практическото използване на цинка е широко и разнообразно:
- Цинка се използва като антикорозионно покритие на желязото
- Цинков прах намира приложение като редуктор
- Поради своята трошливост цинка не е подходящ като конструкционен материал. В това отношение обаче редица негови сплави с медта, алуминия и никела имат отлични качества
- Цинка се използва и при производството на сухи елементи.Въглерод-цинковия елемент е конструиран през 1866 година от Г.Лекланше.Положителния полюс е въглерод, обкръжен от манганов диоксид, а отрицателният от цинк.Електролит е амониевия хлорид, с който се пропива обикновено пясък. При работа на елемента се извършват процесите:
На отрицателния полюс Zn Zn2+ +2e-
На положителния полюс 2MnO2 + 2H2O + 2e- 2MnO(OH) + 2OH-
В електролита Zn2+ + 2NH4Cl + 2OH- Zn(NH3)2Cl2 + 2H2O
Или сумарно: Zn + 2MnO2 + 2NH4Cl Zn(NH3)2Cl2 + 2MnO(OH)
Т.е електрическата енергия се получава за сметка на окислението на цинка от пиролузита.
Живачния галваничен елемент има като отрицателен полюс също цинк.Цинкът е отрицателен полюс и при алкално-мангановия галваничен елемент.Окислително-редукционния процес е взаимодействието на цинка с мангановия диоксид.Електролит е калиевата основа.

VІ.Получаване
Цинкът се получава от неговите сулфидни руди при пиро- или хидрометалургична преработка.Сулфидът най-напред се пържи
2ZnS + O2 2ZnO + 2SO2
Полученият цинков оксид се редуцира с въглища
ZnO + C  Zn + CO
Или се разтваря с разредена сярна киселина и се подлага на електролиза. Електролитът е цинков сулфат, анодите са оловни, а катодите алуминиеви. Поради значителния си парен натиск цинка лесно се пречиства чрез дестилация. Така се получава мета с чистота 99,99%

VІІ. Съединения на цинка
1)Оксиди- получават се при пряко взаимодействие между цинка и кислорода при загряване. Цинковия оксид е бяло твърдо вещество, неразтворимо във вода. Цветът на оксидите се мени при промяна на температурата. Цинковия оксид е жълтеникав на горещо и бял на студено. Тази промяна в цвета се дължи на наличието на дефекти в кристалната решетка на оксидите . Броят на дефектите нараства с повишаване на температурата, а това води до углъбяване на цвета. Цинковия оксид е амфотерен, разтваря се и в киселини и в основи, известен е под наименованието цинквайс и се използва ката бяла минерална боя.
2)Хидриди- взаимодействието с водорода не е типично.
3)Соли - при взаимодействие на цинк и сяра се получава ZnS- твърдо, неразтворимо във вода вещество с бял цвят, разтворим е в минерални киселини. ZnS е най-известния и най-използвания луминофор.
При взаимодействие с халогенните елементи се получават халогениди. Те са твърди, с висока температура на топене вещества и с йонна или молекулна кристална решетка.
ZnCl2 e силно хигроскопично бяло кристално вещество. Използва се в текстилната промишленост, при повърхностна обработка на хартия, за почистване на метални повърхности. Съединения на цинка с неметалите въглерод и азот не са характерни.