Положение в периодической системе, нахождение в природе, история открытия.
Положение в периодической системе, строение атома. Порядковый номер цинка в периодический системе – 30. Молярная масса элемента равна 65,39 г/моль. Его электронная формула
30 Zn 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2
Это значит, что в нейтральном атоме цинка содержится 30 электронов, заряд ядра атома цинка также равен 30. Цинк расположен в четвертом периоде системы – в атоме цинка есть четыре электронных слоя, на которых расположены электроны. Цинк расположен во второй группе периодической системы. В атоме цинка полностью заполняется 3d-подуровень на котором теперь находится 10 электронов. Цинк принадлежит к побочной подгруппе II группы. Поскольку цинк расположен во второй группе периодической системы, то он относится к металлам. В химических реакциях он будет проявлять металлические свойства. для металлов более приемлема отдача электронов. Поэтому цинк может отдавать два электрона с — подуровня. Поэтому цинк будет проявлять степень окисления +2. В связи с экранированием 3d-подуровня и его заполненностью, электроны с него не будут принимать участие в химических процессах и поэтому цинк будет проявлять только степень окисления равную +2.
Нахождение в природе. По содержанию в земной коре цинк занимает 23-е место среди других элементов (0,01%).
Обычно цинковые руды – полиметаллические. Наиболее распространенный минерал цинка — сфалерит, или цинковая обманка ZnS, входит в состав многих сульфидных руд. Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы цинка: цинковый шпат ZnCO 3 , цинкит ZnO, каламин 2ZnO·SiO2 ·Н2 O. На Алтае нередко можно встретить полосатую «бурундучную» руду — смесь цинковой обманки и бурого шпата. Кусок такой руды издали действительно похож на затаившегося полосатого зверька. Казахстан славится своими запасами полиметаллических руд. Основные месторождение свинцово-цинковых руд расположены в Жезказганской области, на Рудном Алтае и в Южном Казахстане. Цинк выпускают металлургические заводы Риддера, Усть-Каменогорска и Шымкента.
История открытия. Сплав цинка с медью — латунь — был известен еще в Древней Греции, Древнем Египте, Индии (VII в.), Китае (XI в.).
Законы производственных систем
... об управленческих новациях и деятельности по модернизации производственных систем предприятий не предоставляются официальной статистикой. Большинство предприятий, проявляющих активность в отношении модернизации производственных систем, пока ограничивается «точечными» изменениями в организации ...
Долгое время не удавалось выделить чистый цинк. В 1746 А. С. Маргграф разработал способ получения чистого цинка путём прокаливания смеси его окиси с углём без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров цинка в холодильниках. В промышленном масштабе выплавка цинка началась в XVII в. Латинское название zincum переводится как «белый налет». Происхождение этого слова точно не установлено. Предположительно, оно идет от персидского «ченг», хотя это название относится не к цинку, а вообще к камням. Слово «цинк» встречается в трудах Парацельса и других исследователей 16—17 вв. и восходит, возможно, к древнегерманскому «цинко» — налет, бельмо на глазу. Общеупотребительным название «цинк» стало только в 1920-х годах.
II. Основная часть. Получение, свойства цинка, медико-биологическое значение и применение в медицине.
Получение цинка. Цинк в природе как самородный метал не проявляется. Цинк добывают из полиметаллических руд, содержащих 1-4% Zn в виде сульфида, а также Cu, Pb, Ag, Au, 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 кипящем слое, переводя сульфид цинка в оксид ZnO; образующийся при этом сернистый газ SO 2 расходуется на производство серной кислоты:
2ZnS + 3O 2 → 2ZnO + 2SO2 ↑
От ZnO к Zn идут двумя путями. По пирометаллургическому (дистилляционному) способу, существующему издавна, обожженный концентрат подвергают спеканию для придания зернистости и газопроницаемости, а затем восстанавливают углем или коксом при 1200-1300°С:
ZnO + С → Zn + CO↑.
Образующиеся при этом пары металла конденсируют и разливают в изложницы. Сначала восстановление проводили только в ретортах из обожженной глины, обслуживаемых вручную, позднее стали применять вертикальные механизированные реторты из карборунда, затем — шахтные и дуговые электропечи; из свинцово-цинковых концентратов цинк получают в шахтных печах с дутьем. Производительность постепенно повышалась, но цинк содержал до 3 % примесей, в том числе ценный кадмий. Дистилляционный цинк очищают ликвацией (то есть отстаиванием жидкого металла от железа и части свинца при 500 °C), достигая чистоты 98,7 %. Применяющаяся иногда более сложная и дорогая очистка ректификацией дает металл чистотой 99,995 % и позволяет извлекать кадмий.
Основной способ получения цинка — электролитический (гидрометаллургический).
Обожженные концентраты обрабатывают серной кислотой:
ZnO + H 2 SO4 → ZnSO4 + H2 O
Получаемый сульфатный раствор очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают
2ZnSO 4 + H2 O → 2Zn + 2H2 SO4 + O2 ↑
Цинк осаждается на алюминиевых катодах, с которых его ежесуточно удаляют (сдирают) и плавят в индукционных печах. Обычно чистота электролитного цинка 99,95 %, полнота извлечения его из концентрата (при учете переработки отходов) 93-94 %. Из отходов производства получают цинковый купорос, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; иногда также In, Ga, Ge, Tl.
Физические свойства цинка. Цинк – металл синевато-белого цвета с сильным металлическим блеском. Во влажном воздухе этот блеск исчезает из-за образования оксидной пленки. Цинк – металл средней твердости. Его плотность 7,13 г/см 3 . Чистый металл довольно пластичен и может быть прокатан в тонкую фольгу. Технический цинк при обычной температуре является хрупким, но при 100-150°С он становится пластичным и его можно прокатывать в листы и вытягивать в проволоку. Выше 200°С он опять становится хрупким и его можно растереть в порошок, как и при очень низких температурах. Цинк легко плавится (температура плавления 419,4°С) и принадлежит к числу летучих металлов (температура кипения 905,7°С).
Получение фосфорнокислого цинка
... растворов солей и оксидов + CuSO4 = Cu + ZnSO4;+ CuO = Cu + ZnO. В водных растворах ионы цинка Zn+2 образуют аквакомплексы [Zn(H2O)4]+2. 1.1.6 Получение Основной способ получения Ц. - электролитический (гидрометаллургический). Обожжённые концентраты ...
Химические свойства цинка. Типичный амфотерный металл. Стандартный электродный потенциал −0,76 В, в ряду стандартных потенциалов расположен до железа.
На воздухе цинк покрывается тонкой пленкой оксида ZnO. При сильном нагревании сгорает с образованием амфотерного белого оксида ZnO:
2Zn + O 2 → 2ZnO.
Оксид цинка реагирует как с растворами кислот:
ZnO + 2HNO 3 → Zn(NO3 )2 + H2 O
так и щелочами:
ZnO + 2NaOH → Na 2 ZnO2 + Н2 О,
Цинк обычной чистоты активно реагирует с растворами кислот:
Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H2 ↑,
Zn + H 2 SO4(разб.) → ZnSO4 + H2 ↑
и растворами щелочей:
Zn + 2NaOH + 2H 2 O → Na2 [Zn(OH)4 ] + H2 ↑,
образуя гидроксоцинкаты. С растворами кислот и щелочей очень чистый цинк не реагирует. Взаимодействие начинается при добавлении нескольких капель раствора сульфата меди CuSO 4 .
При нагревании цинк реагирует с галогенами с образованием галогенидов ZnHal 2 . С фосфором цинк образует фосфиды Zn3 P2 и ZnP2 . С серой и ее аналогами — селеном и теллуром — различные халькогениды, ZnS, ZnSe, ZnSe2 и ZnTe.
С водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором цинк непосредственно не реагирует. Нитрид Zn 3 N2 получают реакцией цинка с аммиаком при 550—600°C.
В водных растворах ионы цинка Zn 2+ образуют аквакомплексы [Zn(H2 O)4 ]2+ и [Zn(H2 O)6 ]2+ .
Медико-биологическое значение цинка и его соединений. Цинк – один из наиболее важных биологически активных элементов и необходим для всех форм жизни. Тело взрослого человека содержит около 2 г цинка. Хотя цинксодержащие ферменты присутствуют в большинстве клеток, его концентрация очень мала и поэтому довольно поздно стало понятно, насколько важен этот элемент. Необходимость и незаменимость цинка для человека была установлена 100 лет тому назад. Роль цинка в жизнедеятельности организма обусловлена, в основном, тем, что он входит в состав более 40 важных ферментов. Они катализируют гидролиз пептидов, белков, некоторых эфиров и альдегидов. Наибольшее внимание привлекают два цинксодержащих фермента: карбоксипептидаза А и карбоангидраза.
Карбоксипептидаза А катализирует гидролиз концевой пептидной связи в белках в процессе пищеварения. Она имеет относительную
Реферат химия цинк
... пары активного цинка реагировали с кислородом, и вновь образовывался исходный продукт-окись цинка. Наладить ... цинк легко растворяется с образованием соответствующих солей. Кроме того, цинк подобно бериллию и другим металлам, образующим амфотерные гидроокиси, растворяется в щелочах. Если нагреть цинк ... -м издании “Основ химии” (1906) Д.И.Менделеев употребляет современное название цинка, но наряду с этим ...
Карбоангидраза была первым из открытых цинксодержащих ферментов (1940), она катализирует обратимую реакцию превращения диоксида углерода в угольную кислоту. В эритроцитах млекопитающих прямая реакция (гидратация) протекает при поглощении диоксида углерода кровью в тканях, а обратная реакция (дегидратация) идет, когда диоксид углерода затем высвобождается в легких. Фермент увеличивает скорости этих реакций примерно в миллион раз. Относительная молекулярная масса фермента составляет около 30 000. Почти сферическая молекула содержит один атом цинка, расположенный в глубоком «кармане» белка, где есть и несколько молекул воды, расположенных в таком же порядке, как во льде. Атом цинка координирован тетраэдрически с тремя имидазольными атомами азота и молекулой воды. Точные детали действия фермента не установлены, однако кажется вероятным, что координированная молекула Н 2 О ионизируется с образованием Zn–OH– , а нуклеофил ОН– затем реагирует с атомом углерода в СО2 (который может удерживаться в правильном положении водородными связями двух его атомов кислорода) с образованием НСО3– . В отсутствие фермента данная реакция требует высокого рН. Роль фермента заключается в создании подходящего окружения внутри белкового «кармана», которое способствует диссоциации координированной молекулы воды при рН=7.
Позднее была установлена функция цинка в белках, отвечающих за распознавание
Цинк участвует в углеводном обмене с помощью цинксодержащего гормона –
Цинк влияет на вкус и обоняние. Из-за нехватки цинка, необходимого для полноценного развития плода, многие женщины в первые 3 месяца беременности жалуются на капризы вкуса и обоняния.
Считается, что существует определенная связь между умственными и физическими
Дефицит цинка может быть вызван нарушением деятельности щитовидной железы, болезнями печени, плохим усвоением, недостатком цинка в воде и пище, а также слишком большим количеством фитина в продуктах питания (фитин связывает цинк, затрудняя его усвоение).
Научная работа: Создание научных основ обеззараживания и очистки ...
... очистки воды на основе нанотехнологии с использованием электроактивационного метода и разработанные рекомендации по оптимизации технологических процессов очистки, путем установления физико-технических параметров метода и свойств питьевой воды. В ... не удаляются из воды многие опасные для здоровья соединения, в том числе канцерогены. Очистка воды по существующим технологиям в мире очень ...
Алкоголь также понижает уровень цинка в организме, особенно в мышцах и плазме крови.
Цинк необходим организму в количестве 10–20 мг в день, однако лекарствами восполнить недостаток цинка очень трудно. В естественных сочетаниях цинк содержится только в пище, что и определяет его усвояемость. Наиболее богаты цинком мясо, печень, молоко, яйца.
В организме существует конкуренция между цинком и медью, а также железом. Поэтому, употребляя богатую цинком пищу, следует дополнить диету пищей, богатой медью и железом. Нельзя применять цинк вместе с селеном, так как два этих элемента взаимодействуют друг с другом и выводятся из организма.
Применение соединений цинка в медицине. В фармакологии и медицине используют многие соединения цинка. Со времен Парацельса до наших дней в фармакопее значатся глазные цинковые капли (0,25%-ный раствор ZnSO 4 ).
Как присыпка издавна применяется цинковая соль стеариновой кислоты. Феносульфат цинка — хороший антисептик. Суспензия, в которую входят инсулин, протамин и хлорид цинка — новое эффективное средство против диабета, действующее лучше, чем чистый инсулин. И вместе с тем многие соединения цинка, прежде всего его сульфат и хлорид, токсичны.
