Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Cynk lub cynk jest 30 elementem układu okresowego pierwiastków chemicznych Mendelejewa i jest oznaczony symbolem Zn. Stosowany jest głównie do tworzenia zdeformowanych półproduktów oraz w składzie różnych rodzajów mieszanek. W czystej postaci wygląda jak kruchy metal o niebieskawo-srebrnym kolorze, szybko utlenia się i zostaje pokryty ochronnym filmem (tlenkiem), dzięki czemu staje się zauważalnie tępy.

Wydobywa się go w Kazachstanie, Australii, Iranie i Boliwii. Ze względu na trudności w określeniu metalu często nazywa się go „zaczepieniem” .

Tło historyczne

Nazwa „cynk” została po raz pierwszy wymieniona w książce „Liber Mineralium” Paracelsusa. Według niektórych raportów oznaczało to „prong”. Stop cynku z miedzią lub mosiądzem jest od dawna znany. Użyto go w starożytnej Grecji, Indiach i starożytnym Egipcie, później materiał ten stał się znany w Chinach.

Czysty metal uzyskano dopiero w pierwszej połowie XVIII wieku w 1738 roku w Wielkiej Brytanii, stosując metodę destylacji. William the Champion został jego odkrywcą. Produkcja przemysłowa rozpoczęła się po 5 latach, aw 1746 roku w Niemczech chemik Andreas Sigismund Marggraf opracował i szczegółowo opisał własną metodę produkcji cynku . Zaproponował zastosowanie metody kalcynowania mieszaniny tlenku metalu z węglem w ogniotrwałych retortach wykonanych z gliny bez powietrza. Kolejna kondensacja pary miała mieć miejsce w lodówce. Ze względu na szczegółowy opis i żmudny rozwój Marggraf często nazywany jest odkrywcą materii.

Na początku XIX wieku znaleziono metodę izolowania metalu przez walcowanie w temperaturze 100 ° C około -150 ° C. Na początku następnego stulecia nauczyli się ekstrahować cynk elektrolitycznie. W Rosji pierwszy metal otrzymał dopiero w 1905 roku.

Właściwości fizyczne

  • Liczba atomowa: 30.
  • Masa atomowa: 65, 37.
  • Objętość atomowa: 9, 15
  • Gęstość: 7, 133 g / cm3.
  • Temperatura topnienia: 419, 5 ° C
  • Temperatura wrzenia: 906 ° C.
  • Energia powierzchniowa: 105 mJ / m 2 .
  • Przewodność elektryczna: 16, 2 * 10 -6 S / m.
  • Molowa pojemność cieplna: 25, 4 J / (K * mol).
  • Objętość molowa: 9, 2 cm 3 / mol.

Cynk ma słabe właściwości mechaniczne, w normalnej temperaturze łatwo pęka i kruszy się, ale w temperaturze 100 ° C około -150 ° C staje się raczej bolesny i łatwo ulega deformacji: jest kuty, zwijany w arkusze. Prosta woda na metal jest bezpieczna, a kwasy i zasady łatwo ulegają korozji. Z tego powodu czysty cynk nie jest używany do produkcji części, tylko stopów.

Właściwości chemiczne

Zewnętrzna konfiguracja elektronów pojedynczego atomu cynku może być zapisana jako 3 d 10 4 s 2 . Metal jest aktywny i jest energetycznym środkiem redukującym. W temperaturze 100 ° C na wolnym powietrzu jest pokryta warstwą składającą się z zasadowych węglanów i staje się bardzo nudna. Pod wpływem dwutlenku węgla i wysokiej wilgotności element zaczyna się rozpadać. W atmosferze tlenu lub zwykłego środowiska z silnym ogrzewaniem cynk spala się, tworząc niebieskawy płomień i biały dym, który składa się z tlenku cynku. Łatwopalny wpływ na suche elementy cynkowe fluoru, bromu i chloru, ale tylko z udziałem pary wodnej.

Gdy łączy się metal i silne kwasy mineralne, pierwsze rozpuszcza się, zwłaszcza jeśli mieszanina jest ogrzewana, tworzą się odpowiednie sole . Alkalia, stopy i roztwory utleniają substancję, w wyniku czego cynkity rozpuszczają się w wodzie i uwalnia się wodór. Intensywność działania kwasów i zasad zależy od obecności zanieczyszczeń w cynku. Im bardziej „czysty” metal, tym słabszy oddziałuje z powodu przepięcia wodoru.

Treść w naturze

Jako element niezależny, cynk nie występuje w naturze. Może być pozyskiwany z 66 minerałów, w tym sfalerytu, kalaminy, franklinitu, cynkitu, willemitu, smithsonitu. Pierwszy jest najczęstszym źródłem metalu, często określanym jako „mieszanka cynku”. Składa się z siarczku cynku i zanieczyszczeń, które nadają minerałowi różne kolory. To komplikuje jego wyszukiwanie i poprawną definicję.

Cynk można znaleźć w skałach kwaśnych i magmowych - w tym drugim jest trochę więcej. Często metal w postaci siarczku, razem z ołowiem, znajduje się w wodach termicznych, migruje w źródłach powierzchniowych i podziemnych.

Funkcje wytapiania

Temperatura wymagana do topienia cynku powinna być niższa niż 419 ° C, ale nie wyższa niż 480 ° C. W przeciwnym razie wzrośnie marnotrawstwo metalu i wzrośnie zużycie ścian wanny, która jest standardowo wykonana z żelaza. W stanie stopionym dopuszcza się nie więcej niż 0, 05% zanieczyszczeń żelazem, w przeciwnym razie temperatura wymagana podczas topienia zacznie rosnąć. Jeśli procent zawartości żelaza przekracza 0, 2%, cynku nie można zwijać.

Cynk otrzymuje się z rud polimetalicznych, które mogą zawierać do 4% pierwiastka . Jeśli rudy zostały wzbogacone selektywną flotacją, można uzyskać z nich do 60% koncentratów cynku, reszta zostanie zajęta przez koncentraty innych metali. Koncentraty cynku są spalane w piecach w złożu fluidalnym, po czym siarczek cynku przekształca się w tlenek, a dwutlenek siarki zostaje uwolniony. Ten ostatni idzie na koszt: z niego otrzymuje się kwas siarkowy.

Aby przenieść tlenek cynku do samego metalu, stosuje się dwie metody.

  1. Destylacja lub pirometalurgia. Koncentrat jest spalany, a następnie spiekany, w celu uzyskania przepuszczalności gazu i ziarnistości, i redukowany za pomocą koksu lub węgla, gdy wystawiony jest na działanie temperatury 1200-1300 ° C. Podczas reakcji tworzą się opary metalu, które są skraplane i wlewane do form. Czystość cynku sięga 98, 7%, po czym można go zwiększyć do 99, 995% za pomocą rektyfikacji, ale ta druga metoda jest raczej droga i skomplikowana.
  2. Elektrolityczny lub hydrometalurgiczny. Kalcynowane koncentraty traktuje się kwasem siarkowym, roztwór oczyszcza się z zanieczyszczeń za pomocą pyłu cynkowego i poddaje elektrolizie w kąpielach wyłożonych ołowiem lub winylem. Cynk osadza się na katodach aluminiowych, skąd jest zbierany i topiony w piecach indukcyjnych. Czystość metalu uzyskanego w ten sposób osiąga 99, 95%.

Mieszaniny i stopy

Aby zwiększyć wytrzymałość i zwiększyć temperaturę topnienia metalu, miesza się go z miedzią, aluminium, cyną, magnezem i ołowiem.

Najbardziej znanym i poszukiwanym stopem jest mosiądz. Jest to mieszanka miedzi z dodatkiem cynku, czasami są też cyna, nikiel, mangan, żelazo, ołów. Gęstość mosiądzu osiąga 8700 kg / m3 . Temperatura wymagana do topienia jest utrzymywana na poziomie około 880 ° C - 950 ° C: im wyższa zawartość cynku, tym niższa. Stop doskonale odporny na niekorzystne warunki zewnętrzne, choć zmienia kolor na czarny w powietrzu, jeśli nie jest pokryty lakierem, jest doskonale polerowany i spawany przez zgrzewanie oporowe.

Istnieją dwa rodzaje mosiądzu:

  1. Mosiądz alfa: bardziej plastyczny, dobrze się wygina w każdych warunkach, ale zużywa się mocniej.
  2. Alfa + beta-mosiądz: odkształca się tylko po podgrzaniu, a jednocześnie jest bardziej odporny na zużycie. Często stopiony magnezem, aluminium, ołowiem i żelazem. Pozwala to zwiększyć siłę, ale zmniejsza ciągliwość.

Stop Zamak lub Zamac składa się z cynku, aluminium, miedzi i magnezu . Sama nazwa składa się z pierwszych liter łacińskich nazw: Zink - Aluminium - Magnez - Kupfer / Cuprum (Cynk-Aluminium-Magnez-Miedź). W ZSRR stop był znany jako TsAM: cynk-aluminium-miedź. Aktywnie stosowany w formowaniu wtryskowym, topienie rozpoczyna się w niskiej temperaturze (381 ° C - 387 ° C) i ma niski współczynnik tarcia (0, 07). Ma zwiększoną wytrzymałość, co pozwala uzyskać produkty o skomplikowanym kształcie, które nie boją się złamać: klamki, kije golfowe, żaluzje na broń palną, akcesoria budowlane, różnego rodzaju elementy złączne i sprzęt wędkarski.

Niewielki procent cynku (nie więcej niż 0, 01%) jest zawarty w standardowych stopach stosowanych w przemyśle poligraficznym do odlewania czcionek i linii typograficznych, płyt drukarskich i zestawów maszyn. Są to przestarzałe mieszaniny, w miejsce których pojawił się czysty cynk z niewielkim dodatkiem zanieczyszczeń.

Niska temperatura wymagana do stopienia cynku jest często kompensowana przez stopy z innymi metalami, ale dzieje się to również na odwrót. Jeśli temperatura wymagana do stopienia „czystego” metalu wynosi 419, 5 C o, to stop z cyną spada do 199 C o, a cyny i prowadzi do 150 C o . I chociaż takie stopy można lutować i gotować, najczęściej mieszaniny z cynkiem stosuje się tylko do uszczelniania istniejących wad z powodu ich słabej wytrzymałości. Na przykład zaleca się stosowanie stopu cyny, ołowiu i cynku tylko na produktach niklowanych.

Najczęściej stopy cynku są używane do tworzenia gaźników, ramek prędkościomierzy, kratek chłodnicy, hamulców hydraulicznych, pomp i elementów dekoracyjnych, części do pralek, mikserów i sprzętu kuchennego, obudów zegarków, maszyn do pisania, kas fiskalnych i sprzętu gospodarstwa domowego. Części tych nie można stosować w produkcji przemysłowej: gdy temperatura wzrasta do 100 ° C, wytrzymałość produktu zmniejsza się o jedną trzecią, a twardość o prawie 40%. Gdy temperatura spada do 0 ° C , cynk staje się zbyt kruchy, co może prowadzić do pęknięcia.

Aplikacja

Cynk jest jednym z najbardziej poszukiwanych metali na świecie: zajmuje trzecie miejsce pod względem produkcji wśród metali nieżelaznych, ustępując jedynie miedzi i aluminium. Przyczynia się to do jego niskiej ceny. Najczęściej jest stosowany do ochrony przed korozją i jako część stopu, takiego jak mosiądz.

  1. W metalurgii cynk jest szczególnie cenny. Jest nakładany cienką warstwą na stalową powierzchnię wielu metalowych konstrukcji, aby w pełni chronić je przed rdzą na poziomie mechanicznym i chemicznym. Zużywa do 40% całej produkcji. Ponieważ cynk, w przeciwieństwie do niklu, kobaltu, cyny i kadmu, jest bardziej aktywny niż żelazo, najpierw kontaktuje się z nieprzyjaznym środowiskiem zewnętrznym, całkowicie chroniąc podstawę.
  2. Czysty metal jest używany do odzyskiwania metali szlachetnych po wydobyciu przez ługowanie. Również z jego pomocą wydobywane jest złoto i srebro z surowego ołowiu.
  3. Cynk jest najbardziej elektropozytywnym metalem, praktycznie nie reagującym na wodę. Umożliwiło to stworzenie dużej liczby różnych źródeł prądu chemicznego: powietrze-cynk, srebro-cynk, cynk-rtęć, „suche” elementy Leclanche.
  4. Pył cynkowy jest używany w fajerwerkach i materiałach pirotechnicznych do tworzenia niebieskiego ognia, w farbie, szczególnie w bieli cynkowej - dla ochrony antykorozyjnej i lepszej przyczepności do podłoża. Jest również stosowany do wypierania metali szlachetnych z roztworów cyjanku i oczyszczania roztworu siarczanu cynku z kadmu i miedzi.
  5. W druku cynk jest używany do odlewania czcionek i drukowania ilustracji: cynkografia jest używana od XIX wieku. Jednocześnie klisza typograficzna jest przygotowywana na bazie cynku z niewielkim dodatkiem innych metali - nie więcej niż 5%. Przed każdym trawieniem płyta jest wyżarzana i walcowana w stanie rozgrzanym.
  6. W medycynie tlenek cynku stosuje się jako środek antyseptyczny w maściach „Paste Lassara”, „Sudokrem”, „Maść cynkowa”, a także jako proszek, pasty do zębów i materiał do cementowania zębów. Nakładaj metal, aby stworzyć bakteriobójcze sufity i samoczyszczące powierzchnie. Wcześniej cynk stosowano do fotokatalitycznego oczyszczania wody na skalę przemysłową.

W organizmach żywych

Ludzkie ciało zawiera około 2 g cynku, zawiera go około 400 enzymów. Te ostatnie obejmują enzymy katalizujące hydrolizę białek, estrów i leptyn, polimeryzację RNA i DNA, tworzenie aldehydów. Czysty pierwiastek znajduje się w mięśniach, trzustce i wątrobie. Mężczyźni potrzebują 11 mg cynku dziennie, kobiety 8 mg.

W ciele cynk spełnia następujące funkcje:

  1. Normalizuje aktywność prostaty;
  2. Wspomaga metabolizm witaminy E;
  3. Bierze udział w syntezie hormonów anabolicznych: hormonu wzrostu, insuliny, testosteronu i innych;
  4. Uczestniczy w produkcji męskich hormonów i plemników;
  5. Pomaga rozkładać alkohol w organizmie.

Brak elementu w organizmie powoduje szybkie zmęczenie, drażliwość, utratę pamięci, utratę wzroku i wagi bez obiektywnej przyczyny, ataki alergiczne i stan depresyjny. Zmniejsza się poziom insuliny i akumulacji w organizmie niektórych elementów: żelaza, ołowiu, miedzi, kadmu.

W jedzeniu

Pierwiastek znajduje się w mięsie, serze, sezamie, ostrygach, czekoladzie, roślinach strączkowych, płatkach owsianych, słoneczniku i pestkach dyni, często obecnych w wodzie mineralnej. Najwyższy procent cynku jest zawarty w następujących produktach (w oparciu o 100 gramów):

  1. Ostrygi (do 40 mg), anchois (1, 72 mg), ośmiornice (1, 68 mg), karp (1, 48 mg), kawior (do 1 mg), śledzie (około 1 mg).
  2. Nasiona dyni (10 mg), sezam (7 mg), nasiona słonecznika (5, 3 mg), orzeszki ziemne (4 mg), orzechy włoskie (3 mg), migdały (3 mg).
  3. Wołowina (do 8, 4 mg), jagnięcina (do 6 mg), wątroba wołowa (4 mg), wieprzowina (do 3, 5 mg), kurczak (do 3, 5 mg).
  4. Proszek kakaowy bez cukru i substancji słodzących (6, 81 mg), czysta czekolada gorzka (2, 3 mg), czekoladki (do 2 mg w zależności od ilości i rodzaju czekolady).
  5. Soczewica (4, 78 mg), owies (3, 97 mg), pszenica (3, 46 mg), soja (3 mg), żyto (2, 65 mg), chleb (do 1, 5 mg), zielony groszek (1, 24 mg), groch (1, 2 mg), pędy bambusa (1, 1 mg), ryż (1 mg), herbatniki zbożowe (do 1 mg).
  6. Twardy ser (do 4 mg).

Zagrożenie dla ludzi

Zatrucie cynkowe zwykle występuje przy długotrwałym wdychaniu jego oparów . Pierwsze oznaki to intensywne pragnienie, utrata apetytu, słodki smak w ustach. Często występuje zmęczenie, senność, suchy kaszel, uczucie osłabienia, ucisk w klatce piersiowej. Długotrwałe narażenie może prowadzić do niepłodności, niedokrwistości, opóźnienia rozwoju. W życiu niebezpieczeństwem są galwanizowane naczynia, w których żywność jest przechowywana przez długi czas.

Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!

Kategoria:

Obróbka metalu