Большая Советская Энциклопедия


Поисковый запрос:

ЦИНК (лат. Zincum), Zn, химич. элемент II гр. периодич. системы Менделеева; ат. н. 30, ат. м. 65, 38, синевато-белый металл. Известно 5 стабильных изотопов с массовыми числами 64, 66, 67, 68 и 70; наиболее распространён 64Zn (48, 89%). Искусственно получены 9 радиоактивных изотопов, среди к-рых наиболее долгоживущий 65Zn с периодом полураспада Т1/2 = 245 сут; применяется как изотопный индикатор.

Историческая справка. Сплав Ц. с медью - латунь - был известен ещё древним грекам и египтянам. Чистый Ц. долгое время не удавалось выделить. В 1746 А. С. Маргграф разработал способ получения металла прокаливанием смеси его окиси с углём без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров Ц. в холодильниках. В промышленном масштабе выплавка Ц. началась в 17 в.

Распространение в природе. Ср. содержание Ц. в земной коре (кларк) - 8, 3-10-3% по массе, в основных изверженных породах его несколько больше (1, 3*10-2%), чем в кислых (6-10-3%). Известно 66 минералов Ц., важнейшие из них - цинкит, сфалерит, виллемит, каламин, смитсонит, франк-линит ZnFe2O4. Ц.- энергичный водный мигрант; особенно характерна его миграция в термальных водах вместе с Рb; из этих вод осаждаются сульфиды Ц., имеющие важное пром. значение (см. Полиметаллические руды). Ц. также энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах; гл. осадителем для него является H2S, меньшую роль играет сорбция глинами и др. процессы. Ц.-важный биогенный элемент; в живом веществе содержится в среднем 5 • 10-4 % Ц., но имеются и организмы-концентраторы (напр., нек-рые фиалки).

Физические и химические свойства. Ц.- металл средней твёрдости. В холодном состоянии хрупок, а при 100-150 °С весьма пластичен и легко прокатывается в листы и фольгу толщиной ок. сотых долей миллиметра. При 250 °С вновь становится хрупким. Полиморфных модификаций не имеет. Кристаллизуется в гексагональной решётке с параметрами а = 2, 6594А, с = 4, 9370А. Атомный радиус 1, 37А; ионный Zn2+ -0, 83А. Плотность твёрдого Ц. 7, 133 г/см3 (20 °С), жидкого 6, 66 г/см3(419, 5 °С); (tпл 419, 5 0С; tкип 906 °С. Температурный коэффициент линейного расширения 39, 7-10-3 (20-250 °С), коэфф. теплопроводности 110, 950 вт!(м *К) 0, 265 кал/см*сек -°С (20 °С), удельное электросопротивление 5, 9 • 10-6 ом • см (20 °С), удельная теплоёмкость Ц. 25, 433 кдж/(кг-К.) [6, 07 кал/(г-°С)]. Предел прочности при растяжении 200-250 Мн/м1(2000-2500 кгс/см2), относительное удлинение 40-50% , твёрдость по Бринеллю 400-500 Мн/м2(4000-5000 кгс/см2). Ц. диамагнитен, его удельная магнитная восприимчивость -0, 175-10~6.

Внешняя электронная конфигурация атома Zn3d104s2. Степень окисления в соединениях + 2. Нормальный окислительно-восстановительный потенциал, равный 0, 76 в, характеризует Ц. как активный металл и энергичный восстановитель. На воздухе при темп-ре до 100 0С Ц. быстро тускнеет, покрываясь поверхностной плёнкой основных карбонатов. Во влажном воздухе, особенно в присутствии СО2, происходит разрушение металла даже при обычных темп-pax. При сильном нагревании на воздухе или в кислороде Ц. интенсивно сгорает голубоватым пламенем с образованием белого дыма цинка окиси ZnO. Сухие фтор, хлор и бром не взаимодействуют с Ц. на холоду, но в присутствии паров воды металл может воспламениться, образуя, напр., ZnCb. Нагретая смесь порошка Ц. с серой даёт сульфид Ц. ZnS. Сульфид Ц. выпадает в осадок при действии сероводорода на слабокислые или аммиачные водные растворы солей Zn. Гидрид ZnH2 получается при взаимодействии LiА1Н4 с Zn(CH3)2 и др. соединениями Ц.; металлоподобное вещество, разлагающееся при нагревании на элементы. Нитрид Zn3N2 - чёрный порошок, образуется при нагревании до 600 °С в токе аммиака; на воздухе устойчив до 750 °С, вода его разлагает. Карбид Ц. ZnC2 получен при нагревании Ц. в токе ацетилена. Сильные минеральные кислоты энергично растворяют Ц., особенно при нагревании, с образованием соответствующих солей. При взаимодействии с разбавл. НС1 и H2SO4 выделяется Н2, а с НМОз - кроме того, NO, NO2, NH3. С концентриров. НС1, H2SO4 и HNO3 Ц. реагирует, выделяя соответственно Н2, SO2, NO и NO2. Растворы и расплавы щелочей окисляют Ц. с выделением Н2 и образованием растворимых в воде цинкитов. Интенсивность действия к-т и щелочей на Ц. зависит от наличия в нём примесей. Чистый Ц. менее реакционноспособен по отношению к этим реагентам из-за высокого перенапряжения на нём водорода. В воде соли Ц. при нагревании гидролизуются, выделяя белый осадок гидроокиси Zn(OH)2 (см. Амфотерностъ). Известны комплексные соединения, содержащие Ц., например [Zn(NH3)4]SО4 и др.

Получение. Ц. добывают из поли-металлич. руд, содержащих 1-4% Zn в виде сульфида, а также Си, Pb, Ag, Аu, Cd, Bi. Руды обогащают селективной флотацией, получая цинковые концентраты (50-60% Zn) и одновременно свинцовые, медные, а иногда также пиритные концентраты. Цинковые концентраты обжигают в печах в кипягцем слое, переводя сульфид Ц. в окись ZnO; образующийся при этом сернистый газ SO2 расходуется на произ-во серной кислоты. От ZnO к Zn идут двумя путями. По пирометал-лургич. (дистилляционному) способу, существующему издавна, обожжённый концентрат подвергают спеканию для придания зернистости и газопроницаемости, а затем восстанавливают углём или коксом при 1200-1300 0С: ZnO + С = = Zn + CO. Образующиеся при этом пары металла конденсируют и разливают в изложницы. Сначала восстановление проводили только в ретортах из обожжённой глины, обслуживаемых вручную, позднее стали применять вертикальные механизированные реторты из карборунда (см. Огнеупоры), затем - шахтные и дуговые электропечи; из свинцово-цинко-вых концентратов Ц. получают в шахтных печах с дутьём. Производительность постепенно повышалась, но Ц. содержал до 3% примесей, в т. ч. ценный кадмий. Дистилляционный Ц. очищают ликвацией (т. е. отстаиванием жидкого металла от железа и части свинца при 500 0С), достигая чистоты 98, 7%. Применяющаяся иногда более сложная и дорогая очистка ректификацией даёт металл чистотой 99, 995% и позволяет извлекать кадмий.

Осн. способ получения Ц.- электроли-тич. (гидрометаллургич.). Обожжённые концентраты обрабатывают серной к-той; получаемый сульфатный раствор очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу в ваннах, плотно выложенных внутри свинцом или винипластом. Ц. осаждается на алюминиевых катодах, с к-рых его ежесуточно удаляют (сдирают) и плавят в индукционных печах. Обычно чистота электролитного Ц. 99, 95%, полнота извлечения его из концентрата (при учёте переработки отходов) 93-94% . Из отходов произ-ва получают цинковый купорос, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; иногда также In, Ga, Ge, Tl.

Применение. Около половины производимого Ц. расходуется на защиту стали от коррозии (см. Цинкование).

Поскольку Ц. в ряду напряжений стоит до железа, то при попадании оцинкованного железа в коррозионную среду разрушению подвергается Ц. Благодаря хорошим литейным качествам и низкой темп-ре плавления из Ц. отливают под давлением различные мелкие детали самолётов и др. машин. Сплавы меди с Ц.-латунь, нейзильбер, а также Ц. со свинцом и др. металлами широко применяются в технике (см. Цинковые сплавы). Ц. даёт с золотом и серебром интерметал-лиды (нерастворимые в жидком свинце) и поэтому Ц. применяется для рафинирования свинца от благородных металлов. В виде порошка Ц. служит восстановителем в ряде химико-технологич. процессов: в произ-ве гидросульфита, при осаждении золота из пром. цианистых растворов, меди и кадмия при очистке растворов цинкового купороса и др. Мн. соединения Ц. являются люминофорами, напр, три основных цвета на экране кинескопа зависят от ZnS • Ag (синий цвет), ZnSe*Ag (зелёный цвет) и Zn3(PO4)2-Mn (красный цвет). Важными полупроводниковыми материалами служат соединения Ц. типа AIIBVI -- ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO. Магнитно-мягкими ферритами отечеств, марок МН и НН являются соответственно марганец- и никель-цинковые шпинели.

Наиболее распространённые хим. источники тока (напр., Лекланше элемент, окиснортутный элемент) имеют в качестве отрицательного электрода Ц. Н. Н. Севрюков.

Ц. в о р г а н и з м е. Ц. как один из биогенных элементов постоянно присутствует в тканях растений и животных. Ср. содержание Ц. в большинстве наземных и мор. организмов - тысячные доли процента. Богаты Ц. грибы, особенно ядовитые, лишайники, хвойные растения и нек-рые беспозвоночные мор. животные, напр, устрицы (0, 4% сухой массы). В зонах повышенных содержаний Ц. в горных породах встречаются концентрирующие Ц. т. н. галмейные растения. В организм растений Ц. поступает из почвы и воды, животных - с пищей. Суточная потребность человека в Ц. (5-20 мг) покрывается за счёт хлебопродуктов, мяса, молока, овощей; у грудных детей потребность в Ц. (4-6 мг) удовлетворяется за счёт грудного молока.

Биологич. роль Ц. связана с его участием в ферментативных реакциях, протекающих в клетках. Он входит в состав важнейших ферментов: карбоангидразы, различных дегидрогеназ, фосфатаз, связанных с дыханием и др. физиол. процессами, протеиназ и пептидаз, участвующих в белковом обмене, ферментов нуклеинового обмена (РНК- и ДНК-по-лимераз) и др. Ц. играет существенную роль в синтезе молекул информационной РНК на соответствующих участках ДНК (транскрипция), в стабилизации рибо-сом и биополимеров (РНК, ДНК, нек-рые белки).

В растениях наряду с участием в дыхании, белковом и нуклеиновом обменах Ц. регулирует рост, влияет на образование аминокислоты триптофана, повышает содержание гиббереллинов. Ц. стабилизирует макромолекулы различных биоло-гич. мембран и может быть их интегральной частью, влияет на транспорт ионов, участвует в надмолекулярной организации клеточных органелл. В присутствии Ц. в культуре Ustilago sphaerogena формируется большее число митохондрий, при недостатке Ц. у Euglena gracilis исчезают рибосомы. Ц. необходим для развития яйцеклетки и зародыша (в его отсутствии не образуются семена). Он повышает засухо-, жаро- и холодостойкость растений. Недостаток Ц. ведёт к нарушению деления клеток, различным функциональным болезням - по-белению верхушек кукурузы, роэеточ-ности растений и др. У животных, помимо участия в дыхании и нуклеиновом обмене, Ц. повышает деятельность половых желез, влияет на формирование скелета плода. Показано, что недостаток Ц. у грудных крыс уменьшает содержание РНК и синтез белка в мозге, замедляет развитие мозга. Из слюны околоушной железы человека выделен цинксодержа-щий белок; предполагается, что он стимулирует регенерацию клеток вкусовых луковиц языка и поддерживает их вкусовую функцию. Ц. играет защитную роль в организме при загрязнении среды кадмием. М. Я. Школьник.

Мед. значение Ц. Дефицит Ц. в организме ведёт к карликовости, задержке полового развития; при его избыточном поступлении в организм возможны (по экспериментальным данным) канцерогенное влияние и токсич. действие на сердце, кровь, гонады и др. Производств, вредности могут быть связаны с неблагоприятным воздействием на организм как металлич. Ц., так и его соединений. При плавке цинкосодержащих сплавов возможны случаи литейной лихорадки. Препараты Ц. в виде растворов (сульфат Ц.) и в составе присыпок, паст, мазей, свечей (окись Ц.) применяют в медицине как вяжущие и дезинфицирующие средства.

А. А. Каспаров, Г. Н. Красовский.

Лит.: Краткая химическая энциклопедия, т. 5, М., 1967; Лакерник М. М., П а-х о м о в а Г. Н., Металлургия цинка и кадмия, М., 1969; С е в р ю к о в Н. Н., Кузьмин Б. А., Челищев Е. В., Общая металлургия, М., 1976; Парибок Т. А., О роли цинка в метаболизме, в сб.: Биологическая роль микроэлементов и их применение в сельском хозяйстве и медицине, М., 1974; Ковальский В. В., Геохимическая экология, М., 1974; Школьник М. Я., Микроэлементы в жизни растений, Л., 1974; П е и в е Я. В., Микроэлементы и ферменты, в сб.: Физиологическая роль и практическое применение микроэлементов, Рига, 1976; В о w е п Н. J. М., Trace elements in biochemistry, L. -N. Y., 1966; Движков П. П., Соединения цинка, в кн.: Многотомное руководство по патологической анатомии, под ред. А. И. Струкова, т. 8, кн.1, М., 1962; Вредные вещества в промышленности, под ред. Н. В. Лазарева, [т.] 2, М.-Л., 1965.

Подробнее...


Искать: « большая историческая энциклопедия скачать » во всех доступных словарях и справочниках
Большая Советская Энциклопедия
Copyright © 2019    ·    О проекте: «Рефераты, Энциклопедии, Словари On-Line»    ·