Цинк – значение для организма и здоровья + 30 лучших источников

Что такое цинк? Цинк – серебристо-белый металл с голубоватым оттенком. В чистом виде в природе цинк, как химический элемент, практически не встречается. Согласно таблице Менделеева
Цинк — химический элемент 12-й группы (по устаревшей классификации — побочной подгруппы второй группы), четвёртого периода периодической системы, Символ обозначения Zn (лат. Zincum)
В настоящее время хорошо исследованы пять стабильных изотопов цинка, с массовыми числами соответственно 64,66,67,68,70. Самым распространённым среди стабильных изотопов цинка считается Zn 64 (48.89%). Девять радиоактивных цинковых изотопов получены искусственным путем. К ним относится 65 Zn. Это самый долгоживущий цинковый изотоп, период полураспада которого составляет 245 суток, поэтому он используется в качестве изотопного индикатора.

Цинк при стандартных климатических условиях хрупкий металл. После нагревания цинка до 100 градусов и выше (до 150 градусов С) происходят изменения в кристаллической решетке, в результате чего металл становится пластичным, гибким, его можно подвергать дополнительной механической обработке. Строение кристаллической решетки – гексагональное.

История открытия.

Известно, что цинк, в качестве композиционного материала, использовался с древних времен. Самые первые находки латунных предметов (латунь – сплав меди +цинка) относятся к 1500 году до н.э. (раскопки производились в Палестине). Упоминания о процессах выплавки латуни можно найти в трудах Аристотеля и Гомера, Плиния (Старшего). В трактатах древности описываются различные способы литья. В одном из них подробно разбирается способ приготовления латуни путем восстановления углем особого цинкового камня (т.н. кадмея) в присутствии медной составляющей. Особо отмечалось в научном труде, что добавление цинк в сплав может решить сразу несколько вопросов:

1. изменение цветовой гаммы готового медного изделия (в результате осветления оттенок изменялся до «золотого»),
2. кардинально менялись в лучшую сторону механические свойства готового выплавляемого изделия, возрастала пластичность, упругость, полученный сплав можно было раскатать в лист. При этом, меняя процентное соотношение цинка к меди в латуни, можно было изменять диапазон механических характеристик.

Первые упоминания о процессе получения металлического цинка были найдены в Индии (5 век до н.э.). Также методику выплавки «фальшивого серебра» можно найти в исторических трактатах Страбопа (Рим, 60 – 20 г.г. до н.э.). В конце 13 века знаменитый путешественник Марко Поло в своих заметках подробно описывал процесс получения металлического цинка, который наблюдал в Персии. Еще в16 веке Парацельс и Агрикола пытались организовать в своей лаборатории плавильное цинковое производство. Однако попытки закончились неудачей.

До середины 18 века чистый цинк в Европе считался редкостью. Его в основном ввозили из стран Востока, Китая, Индии.

В 1738 году Чемпион У. разработал и запатентовал способ получения металлического цинка методом дистилляции.

В 1743 г. в городе Бристоле им же был построен первый в Европе завод по производству металлического цинка.

Слово «цинк» впервые встречается в трудах Парацельса, который назвал этот металл словом «zincum» или «zinken» в книге Liber Mineralium . Это слово, вероятно, происходит от немецкого Zinke, означающее «зубец» (кристаллиты металлического цинка похожи на иглы).

Маргграф А.С. в 1746 г. в Германии опубликовал новый способ получения чистого металлического цинка. Сущность метода заключалось в том, что смесь угля с оксидом цинка прокаливалась в специальных сосудах без доступа воздуха с последующим охлаждением в холодильнике. В результате пары цинка конденсировались, образуя чистый цинк. В качестве герметичных сосудов для опытов использовались реторты, изготовленные из огнеупорной глины.

В 1805 г. был изобретен очередной способ получения цинка – прокат в температурном диапазоне от 100- 150 градусов С. Разработчиками новой технологической методики стали Гобсон Ч. и СильвестрЧ. (Шеффилд).

Электролитический способ литья начали использовать в 1915 г. (Канада, США).

Технология получения

Благодаря химическим и физическим свойствам металл – четвертый в мире по востребованности (впереди только железо, алюминий, медь). Мировое производство исчисляется миллионами тонн ежегодно.

Его добывают из полиметаллических руд (0,9-3,9% цинка). Руды обогащают методом разделительной флотации. Получаются концентраты: цинковые (52-61%), свинцовые, медные.

Электролитический (гидрометаллургический) метод

Главный метод получения чистого цинка:

1. Концентраты обжигают, воздействуют серной кислотой.
2. Получается растворенный сульфат, который избавляют от примесей, осаждая цинковой пылью.
3. Продуктом загружают ванны с внутренним свинцовым либо пластиковым покрытием.
4. Запускают ток (процесс электролиза).
5. Цинк аккумулируют на себе катоды.

Оттуда его соскребают, отправляют на выплавку в печи.

Пирометаллургический (дистилляционный) метод

Концентрат обжигают, спекают, после чего восстанавливают коксом либо углем. Образующиеся пары металла превращают в конденсат, разливают по изложницам.

Жидкий металл очищают от железа, свинца отстаиванием при 500°C. Примесей остается 1,3%. Чистоты 99,994% (плюс извлечение кадмия) добиваются ректификацией.

Цинк в природе

Чистый металлический цинк можно получить только промышленным путем. В природе цинк встречается в виде минералов. На данный момент известно более 60 природных минеральных соединений. Наиболее распространенные цинковые минералы — это виллемит, цинкит, сфалерит, каламин, франклинит. Самыми многочисленными считаются залежи сфалерита. Данный минерал состоит из

• сульфида цинка (ZnS) – основной компонент,
• различных примесей – дополнительные составляющие.

Дополнительные компоненты определяют окончательный цвет минерала. В простонародье минерал именуют «цинковой обманкой» (из-за трудности определения в природе, в переводе с др. греческого «обманчивый»). Так, например, смесь цинковой «обманки» и бурого шпата представляет собой полосатую структуру. Залежи такой «бурундучной» руды часто находят геологи в Алтайском крае (Россия).

Цинк в различных соединениях присутствует

1. в земной каре,
2. в воде,
3. в живых организмах.

Приблизительно около 10% цинка (в различном составе) содержится в земной коре. При этом исследования показали, что в основных породах извержения вулканов содержание цинковых соединений составляет от 1,5% до 10%, в кислых породах процент колеблется от 6 до 10.

Исследования выявили большое наличие цинка в водах термальных источников (в основном это были различные соединения цинка со свинцом). В промышленности в настоящее время активно используются сульфиды цинка, добываемые из термальных вод.

Цинк присутствует в растворенном виде, как в поверхностных, так и в подземных водах. В водной среде в качестве адсорбирующего элемента для «мигрирующего» цинка является сероводород, глина и многое др.

Наличие цинка в живых организмах колеблется от 5 до 10-4 %.

Состав сплава ЦАМ

Это разновидность цинкового сплава, основными легирующими элементами которого является алюминий и медь. Сама аббревиатура ЦАМ расшифровывается как цинк-алюминий-медь. Цифры, указанные после названия сплава, обозначают процентное содержание металлов. Так обозначение ЦАМ 4-1 говорит, что сплав включает в себя пр имерно 4% алюминия, 1% меди и 95% цинка. Также ЦАМ всегда содержат в своем составе небольшое количество (до 0,1%) магния.

Цинк представляет собой пластичный металл серебристого цвета и белого оттенка. Достаточно хрупок. Отличается пониженной температурой плавления, высокой жидкотекучестью и низкой стоимостью. Является основой для ЦАМ.

Алюминий сокращает растворимость железа в сплаве, что благоприятно воздействует на механические и литейные характеристики ЦАМа. Помимо этого, алюминий уменьшает влияние зональной ликвации. Способствует измельчению зерна.

Медь вводят в сплав с целью увеличения его прочностных характеристик. Один процент меди повышает значение твердости ЦАМ примерно на 7%. Обратной стороной данного легирования является ухудшение коррозионностойких и пластичных свойств сплава.

Магний – компонент, отвечающий за сдерживание ЦАМом зарождения очагов коррозии, включая самую худшую ее разновидность – мелкозернистую. Также он замедляет процессы старения в сплаве. Чрезмерное легирование ЦАМа магнием (свыше 0,1%) приводит к ухудшению пластичности, прочности и появлению признаков красноломкости.

Помимо основных элементов сплав включает в себя компоненты, отрицательно влияющие на его свойства – вредные примеси. Причиной этому служит несовершенство технологии выплавки и чистота применяемой шихты. Наиболее часто встречаемые примеси – это:

• Олово (до 0,001%).
• Свинец (до 0,007%).
• Кадмий (до 0,003%).
• Железо (до 0,1%).

Попадание данных металлов с ЦАМ приводят к снижению механических характеристик, жидкотекучести и повышает склонность к образованию трещин.

Металлургия предлагает свыше 25 разновидностей ЦАМа, но наибольшее распространение среди них получили такие марки как:

• ЦАМ 4-1 ГОСТ 19424-97.
• ЦАМ 4-3 ГОСТ 19424-97.
• ЦАМ 9-1,5 ГОСТ 21438-95.
• ЦАМ 10-5 ГОСТ 24438-95.

Физические свойства

Плотность ЦАМ равна 6700 кг\м3. Температура плавления колеблется в пределах 380-387 градусов в зависимости от марки сплава. Кипеть ЦАМ начинает при температуре в 710 С

Цинковый сплав хорошо проводит тепло. Коэффициент теплопроводности составляет 110 ВТ\м*К. Имеет незначительный коэффициент линейного расширения. При повышении температуры на 20 градусов длина бруска из ЦАМа увеличивается на 27,7 мкм.

Механические свойства

Прочность ЦАМ по своему значению сравнима с прочностными характеристиками стали 20. Временное сопротивление разрыву равно 245 МПа. Деформироваться начинает при нагрузке в 120 МПа. Твердость сплавов по шкале Бринелля составляет 95-100 единиц.

Пластичные свойства сильно зависят от количественного содержания легирующих элементов в составе. Исходя из их содержания относительное удлинение на растяжение может колебаться от 0,4 до 1,0%.

Химические свойства

Сплавы ЦАМ отличаются хорошей сопротивляемостью к образованию коррозии. Хотя обязательным условием при этом должно быть предварительное нанесение на их поверхность гальванических покрытий. Активно взаимодействует с большинством кислот и щелочей.

ЦАМы не вступают в химические реакции с такими химическими элементами как азот, углерод, водород, бор и кремний. Инертен к аммиачной среде при температуре до 480 градусов.

Цинк — химический элемент. Области применения

1. Цинк активно используется при добыче и извлечении благородных металлов (золото, серебро) из обогащенных пород. Так, например, если добыча драгоценных металлов производится методом подземного выщелачивания, то металлический цинк используется в качестве восстановителя.
2. В машиностроении используются различные способы цинкового покрытия для защиты металлического изделия от коррозионного разрушения.
3. При производстве аккумуляторов и батареек цинк используют в качестве материала для отрицательно заряженного электрода. Самой высокой удельной энергоемкостью обладают цинк-воздушные аккумуляторные батареи.
4. В полиграфии применяются пластины для печати, выполненные из цинка.
5. Производство краски – цинковые белила (окись цинка).
6. Цинковые соединения используют в производстве по изготовлению п/проводников.
7. Для изготовления люминесцирующего состава используются сульфид цинка.
8. В приборостроении цинк специально вводят в некоторые виды твердых припоев для того, чтобы снизить температуру плавления.
9. Производство фибры – во флюс для пайки металлов и различных компонентов вводят хлорид цинка.
10. Широка область применения сплава цинка с медью – латуни. Чаще всего данный сплав используют в машиностроении при производстве особо ответственных деталей (точное литье).
11. Цинковые соединения применяют при изготовлении автомобильных резиновых шин.
12. В оптике цинк используется при изготовлении специальных оптических стекол, которые имеют низкий коэффициент поглощения (в среднем инфракрасном спектральном диапазоне).
13. Медицина. Цинк. Для производства антисептиков и противовоспалительных препаратов используют окись цинка.
14. В отраве для грызунов также используются цинковые соединения (фосфид цинка).

Предостережение

Неконтролируемое поступление металла в организм вызывает отравление. Его порождают сульфаты или хлориды. Они могут образоваться при хранении пищи в оцинкованной посуде.

Симптомы отравления парами цинка:

• Сильная жажда.
• Сладковатый привкус во рту.
• Утрата либо снижение аппетита.
• Сухой кашель.

Человек чувствует себя разбитым, усталым. Ощущает сонливость, боль в груди.

Для тяжелой формы отравления достаточно 1 грамма сульфата цинка.

Выводить токсины нужно немедленно. Их присутствие провоцирует малокровие, торможение роста, бесплодие.

Свойства и характеристики

Итак, какими свойствами обладает цинк?

Физические

• Является металлом средней твердости.
• Цинк не имеет полиморфных модификаций.
• Холодный цинк становится хрупким металлом.
• Приобретает пластичность при температуре 100-100 ºС.
• При более высокой температуре в 250 ºС снова превращается в хрупкий металл.
• Температура плавления твердого цинка равна 419,5 ºС.
• Температура перехода в пар – 913ºС.
• Температура кипения равна 906 ºС.
• Плотность цинка в твердом состоянии равна 7,133 г/см 3 , в жидком — 6, 66 г/см 3.
• Относительное удлинение 40-50%.
• Легко растворим в кислотах.
• Легко растворим в щелочах.

О том, как правильно плавить цинк, смотрите в видеоролике:

Химические

Химические свойства цинка:

• 3d 10 4s 2 — конфигурация атома.
• Цинк считается активным металлом.
• Является энергетическим восстановителем.
• Электродный потенциал: -0,76 В.
• При температуре ниже 100 ºС теряет блеск и имеет покрытие пленкой.
• Во влажном воздухе (особенно если в нем есть углекислый газ) металл разрушается.
• Во время сильного нагрева цинк сильно сгорает с образованием голубоватого пламя.
• Степень окисления: .
• Кислоты и щелочи действуют на цинк различно в зависимости от присутствия в металле различных примесей.
• При нагревании цинка в воде происходит процесс гидролизации с образованием белого осадка.
• Минеральные кислоты большой силы способны легко растворить цинк.

Физические свойства

• Атомный номер: 30.
• Атомная масса: 65,37.
• Атомный объем: 9,15
• Плотность: 7,133 г/см 3 .
• Температура, необходимая для плавления: 419,5 C о .
• Температура кипения: 906 C о .
• Поверхностная энергия: 105 мДж/м 2 .
• Удельная электропроводность: 16,2*10 -6 См/м.
• Молярная теплоемкость: 25,4 Дж/(К*моль).
• Молярный объем: 9,2 см 3 /моль.

Цинк обладает слабыми механическими свойствами, при нормальной температуре легко ломается и крошится, но при температуре 100 C о -150 C о становится довольно тягучим и легко поддается деформации: куется, раскатывается в листы. Простая вода для металла безопасна, а кислоты и щелочи легко разъедают. Из-за этого цинк в чистом виде для изготовления деталей не применяют, только сплавы.