Цинк

Свойства

Физични свойства

Цинкът е блестящ синкаво-сив метал. Когато е току-що нарязан, цинкът има белезникаво-сив цвят. Ако е изложен на въздействието на въздуха, той няма да остане блестящ дълго време. Температурата му на топене е (419,58 °C (787,24 °F)), температурата на кипене е (907,0 °C (1664,6 °F)), температурата на охлаждане е -419,58 °C (-723,24 °F), а температурата на замръзване е -907,0 °C (1600,6 °F). Тази температура е по-ниска от тази на повечето преходни метали, но по-висока от тази на калая или оловото. Може да се разтопи на готварска печка. Ври при ниска температура за метал. Не е магнитен. Когато се нагрее малко, става много гъвкав. Ако се нагрее повече, става много крехък. Лесно образува сплави с други метали.

Химични свойства

Цинкът е реактивен метал. Той е почти толкова реактивен, колкото алуминия, и по-реактивен от повечето по-често срещани метали, като желязо, мед, никел и хром. Той е по-малко реактивен от магнезия. Цинкът може да реагира с киселини, основи и неметали. Той обаче не ръждясва на въздух. По повърхността на цинка се образува покритие от цинков оксид и цинков карбонат, когато той е на въздух. Това покритие спира корозията. Киселините могат да разтворят това покритие и да реагират с цинковия метал. При тази реакция на цинка с киселина се получава цинкова(II) сол, например цинков хлорид, и водороден газ. Това е много често срещана химична реакция. Реакцията по-долу е реакция със солна киселина.

Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂

Цинкът може да гори, когато е на прах или на малки парчета, за да се получи цинков оксид - бял прах. Пламъкът е ярко синьо-зелен.

2 Zn + O₂ → 2 ZnO

Цинковият оксид може да се разтваря в силни основи. Тази реакция се случва в някои батерии, в които има цинк.

ZnO + ₂HO + 2 OH^- → Zn(OH)₄^2-.

Цинкът е халкофил. Това означава, че той по-скоро би реагирал със сяра и елементи, разположени под него в периодичната таблица, отколкото с кислород. Ето защо цинковият сулфид е най-разпространената цинкова руда, а не цинковият оксид.

Химични съединения

Цинкът може да образува химични съединения с други елементи. Тези химични съединения са само в едно състояние на окисление: +2. Открито е съединение с +1, но е трудно да се направи. Няма други състояния на окисление, различни от +1 или +2. Повечето от тези съединения нямат цвят. Ако имат цвят, той не се дължи на цинка.

Цинковият хлорид е едно от най-разпространените цинкови съединения. Те са доста нереактивни. Разтворени във вода, те са малко кисели. При нагряване в огъня те образуват зелен пламък.

Други цинкови съединения са:

• Цинков антимонид, сив полупроводник
• Цинков арсенид, оранжев полупроводник
• Цинков бромид, щит срещу радиация
• Цинков карбонат, цинкова руда
• Цинков флуорид
• Цинков хидроксид, използван в хирургически превръзки
• Цинков йодид, използван при правене на рентгенови снимки
• Цинков нитрат, използван като морилка
• Цинков оксид, използван в слънцезащитните продукти
• Цинков фосфат, използван в стоматологията
• Цинков сулфат, използван в пигментите
• Цинков сулфид, обикновена цинкова руда

Изгаряне на цинк

Къде се намира цинкът

В природата се срещат пет изотопа на цинка. ⁶⁴Zn е най-разпространеният изотоп - 48,63% от цинка, срещащ се в природата. Периодът на полуразпад на този изотоп е 4,3x10¹⁸ години. Това е толкова дълъг период, че радиоактивността му може да бъде пренебрегната. По същия начин ⁷⁰
Zn (0,6 %), с период на полуразпад от 1,3х10¹⁶ години, обикновено се счита, че не е радиоактивен. Другите изотопи, които се срещат в природата, са ⁶⁶
Zn (28%), ⁶⁷
Zn (4%) и⁶⁸
 Zn (19%).

Цинкът не се среща като метал в земната кора. Цинкът се среща само като цинкови съединения. Сфалеритът, минерал, който се състои от цинков сулфид, е основна руда на цинка. В океана има много малко цинк. Обикновено цинковата руда се намира заедно с медни и оловни руди.

Съществуват и някои други цинкови руди, като например смитсонит (цинков карбонат) и цинков силикатен минерал. Те са по-рядко срещани.

Сфалерит, често срещана цинкова руда

Подготовка

Цинковият сулфид се концентрира чрез флотация. Съществува детергент, който събира цинковия сулфид. Примесите потъват на дъното и се отстраняват. След това цинковият сулфид се нагрява на въздух, за да се получи цинков оксид и серен диоксид.

2 ZnS + 3 O₂ → 2 ZnO + 2 SO₂

Серният диоксид се окислява до серен триоксид.

2 SO ₂+ O₂ → 2 SO₃

Серният триоксид реагира с цинковия оксид, за да се получи цинков сулфат. По този начин се получава разтворима форма на цинка, която може да се обработва по-добре.

SO₃ + ZnO → ZnSO₄

Цинковият сулфат се пречиства и електролизира. При тази електролиза се получават кислород, цинк и сярна киселина. По този начин се получава чист цинк, който е известен като "SHG" или специален висококачествен цинк.

2 ZnSO₄ + 2 ₂HO → 2 Zn + 2 ₂HSO₄ + O₂

Сярната киселина се използва повторно вместо серния триоксид за излугване на още цинков оксид.

Цинковият оксид може да се редуцира и с въглерод до метален цинк и въглероден диоксид при високи температури. Това е процес в доменна пещ, подобен на този, при който се произвежда желязо.

2 ZnO + C → 2 Zn + CO₂

Тази форма на цинк е по-евтина, но не е чиста.

Цинкът е четвъртият най-разпространен метал в света. Всяка година се произвеждат около 10 милиона тона.

Използва

Като метал

Цинкът се използва в електрическите батерии. Алкалните и леклансовите батерии са тези, в които цинкът се използва най-много. Той се окислява и осигурява електрони за работата на батерията.

Около 59% от цинка се използва за предотвратяване на корозия, което включва поцинковане. 47% от цинка в света се използва за поцинковане. То се използва за предпазване на друг метал, обикновено желязо, от ръждясване. Цинковото покритие корозира вместо желязото. Цинковото покритие може да се постави върху метала по два начина. Металът може да се потопи в съд с разтопен цинк. Цинкът може да бъде галванизиран върху метала. Потапянето е по-дълготрайно, но се получава неравна повърхност, която според някои не изглежда добре. Използва се и в моторни лодки и тръбопроводи за забавяне на ръждясването. Двигателят на моторна лодка често има "куршум" от цинк, който лесно корозира, но помага на другите метални части на двигателя да не ръждясват.

Цинкът се използва в сплави. Месингът е сплав от мед и цинк. Месингът е най-разпространената цинкова сплав. Цинкът може да образува сплави с много други метали. Цинкът и алуминият са сплав от цинк и алуминий, от която се получават добри лагери. Търговският бронз съдържа цинк. Понякога кадмиев телурид реагира с цинк, за да се получи кадмиево-цинков телурид - полупроводник. Никелът и среброто са друга цинкова сплав.

Цинкът може да се използва в тръбите на тръбен орган. В миналото се е използвала сплав от калай и олово. Цинкът се използва в американската монета, където има само тънък слой мед. Сърцевината е от цинк. По-старите монети са били изработвани изцяло от бронз.

Смес от цинк и сяра на прах може да се използва за задвижване на модел на ракета. При тази реакция се получават цинков сулфид, топлина, светлина и газове. Цинковата ламарина се използва за производство на цинкови пръти.

Като цинкови съединения

Около 1/4 от цинка се използва за производството на цинкови съединения. Цинковият оксид може да се използва за слънцезащитен крем или пигмент за боя. Цинковият оксид е и полупроводник. Цинковият хлорид се използва за консервиране на дървесина, за да не изгние. Някои фунгициди съдържат цинк. Цинковият сулфат се използва в багрилата и пигментите. Цинковият сулфид се използва във флуоресцентните крушки за преобразуване на ултравиолетовата светлина във видима.

В биологията

Хората се нуждаят от малко цинк, за да подпомогнат доброто функциониране на организма си. Ако не получават достатъчно цинк в храната си, могат да получат минерален дефицит. Почти два милиарда души имат недостиг на цинк. Недостигът на цинк води до по-лесно заразяване с инфекции. Някои хора казват, че когато се простудим, трябва да приемаме повече цинк. Други казват, че цинкът няма значение. Има лекарства, които човек може да използва при настинка. Хората добавят малки количества цинкови съединения към витаминни таблетки и зърнени храни, за да са сигурни, че получават достатъчно цинк. Повечето витамини в единични таблетки съдържат цинк. Цинкът се съдържа в поне 100 ензима. Той е вторият най-разпространен преходен метал след желязото. Цинкът се използва и от мозъка. Човешкото тяло съдържа от 2 до 4 грама цинк. Един цинков ензим помага за премахването на въглеродния диоксид от кръвта. В пшеницата има много цинк.

Горещо поцинкован елемент


Обикновени алкални батерии. Тези батерии имат синьо-сив цинков прах в средата на батерията.

Безопасност

Големите количества метален цинк са токсични. Той може да се разтвори в стомашната киселина. Когато се консумира твърде много цинк, нивата на мед и желязо в организма се понижават. Съединенията на цинка могат да бъдат разяждащи в стомаха. Поставените в носа цинкови съединения могат да разрушат обонянието.

Цинковите йони са много токсични за рибите и много други организми, които живеят във водата.