Какие свойства входят в цинк
Цинк (Zincum, Zn) – химический элемент, и микроэлемент для человеческого организма, играющий важную роль практически во всех физико-химических процессах, прежде всего в построении различных ферментов, РНК и ДНК.
Среди других важных функций также выделяют участие в синтезе поджелудочной железой инсулина, половыми железами тестостерона и эстрогена, улучшает умственную деятельность и предотвращает иммунодефицит, что соответственно помогает организму защищаться от патогенной инфекции. Подробнее о биологической роли поговорим чуть далее.
В чистом виде цинк найти среди полезных ископаемых невозможно, а наибольшая его часть присутствует в составе таких минералов, как – сфалерит (цинковая обманка), чуть меньше в виллемите, цинките, смитсоните, каламине и других (около 66 штук). В сфалерите наш минерал можно найти в виде сульфида (ZnS). Если говорить о количестве цинка в коре Земли, то это примерно 8,3×10-3%. Больше всего его присутствие обнаружено в местах с термальными водами, где также присутствует много свинца. Чуть меньше его в подземных и поверхностных водах. Добыча цинка происходит прежде всего на территориях Алтайских гор, Казахстана, Ирана, Боливии и Австралии.
Основным методом добычи цинка из минералов является электролитический, с помощью которого выходит до 99,95% чистого металла. Среди часто встречающихся отходов можно встретить такие элементы, как – свинец, кадмий, медь, серебро, германий, галлий, тантал и даже золото.
История – краткая справка
Первые изделия из латуни, являющейся сплавом меди с цинком датированы еще срединой первого тысячелетия по рождеству Христову. Это были преимущественно предметы интерьера и кухонные предметы, используемые жителями древних Греции, Индии, Китая, Египта и других развитых на то время стран. Получить чистую форму металла удалось дистилляционным способом аж в 1738 году английским ученым Уильямом Чемпионом, который уже в 1743 году запустил работу первого завода по добыче Zn.
Добыча чистейшего цинка с помощью электролитического способа стала возможна уже в 1915 году, на заводах США и Канады.
Свое название Zn – Zincum (Zinken – в переводе с немецкого «зубец») получил от швейцарского исследователя, алхимика и врача Филиппа Парацельса (1493—1541 гг).
Общие данные
Расположение в периодической таблице Д.И. Менделеева: в старой версии — IV период, V ряд, II группа, в новой версии таблицы – 12 группа, 4 период.
- Атомный номер – 30
- Атомная масса – 65,38 г/моль
- Электронная конфигурация – [Ar] 3d10 4s2
- Температура плавления (°С) – 419,6.
- Температура кипения (°С) – 906,2.
- CAS: 7440-66-6.
Физико-химические свойства. Чистый Zn – это металл серебристо-белого цвета, пластичный на ощупь, который при сгибании слегка потрескивает, что обусловлено трением кристаллов. При нагревании до 100 градусов пластичность вырастает в разы, но как только в нем присутствуют примеси других минералов, резко повышается хрупкость.
При контакте с воздухом покрывается тонкой оксидной пленкой, а при воздействии высоких температур постепенно сгорает.
Биологическая роль и функции цинка в организме
В организме взрослого среднестатистического человека находится примерно 1,5-3 г цинка. Больше всего его присутствие обнаружено в мышечных тканях, печени, различных ферментах и поджелудочной железе. Причем у мужчин этого микроэлемента может быть вдвое больше, нежели у женщин.
Одна из основных функций цинка в человеке – формирование белка карбоангидраза, который присутствуя в эритроцитах (красные кровяные тельца) обеспечивает превращение углекислого газа в тканях и его обратный транспорт в легкие, откуда он и выводится с выдохом. Кроме того, в связи с тем, что Zn присутствует примерно в 400 ферментах, в большей мере ЖКТ, то без него практически невозможно нормальное усваивание пищи и превращение полезных и необходимых для организма веществ, поступаемых с продуктами.
Цинк выполняет и множество других полезных функций, среди которых:
- Участие в синтезе многих важных гормонов – инсулина, тестостерона, эстрогена, соматропина (гормон роста) и другие;
- Участие в репродуктивной функции у мужчин – стимулирует выработку семени, а также поддерживает функционирование и здоровье простаты;
- Нивелирует действие различных токсинов, т.к. находится в составе вырабатываемой печенью супероксиддисмутазы, выполняющей роль очищения организма, что также важно при алкогольном и других отравлениях, инфекционных болезнях;
- Берет непосредственное участие в формировании и поддержании стабильности ДНК и РНК, что минимизирует риск отклонений в развитии и жизнедеятельности живых организмов – мутации, рак и т.д.;
- Участие в синтезе коллагена, жизненно важного для здоровья связок, суставов, волос, кожи и других тканей;
- Участие в формировании новых клеток, что очень важно в период роста, а также при различных травмах и воспалительных процессах т.к. помогает тканям быстрее регенерироваться;
- В сочетании с витаминами C и A стимулирует активность иммунной системы, предотвращая развитие инфекционных и аутоиммунных болезней, уязвимость перед эмоциональными стрессами, неблагоприятными экологическими условиями пребывания;
- Защищает нервную систему от повреждения и неврологических расстройств, улучшает умственную деятельность, поддерживает хорошее настроение, улучшает сон;
- Участие в метаболизме витамина Е;
- Регулирует аллергический статус, предотвращая развитию сезонной аллергии, аллергического ринита и других;
- Является антиоксидантом;
- Повышает плотность костной ткани, помогает в борьбе с остеопорозом.
Применение цинка в других сферах человеческой жизни
- Наносится на поверхность стальных поверхностей для предотвращения процессов коррозии (оцинковка и металлизация);
- Используется для извлечения или восстановления золота, серебра и других металлов;
- Применяется в изготовлении некоторых видов аккумуляторов и батареек;
- В медицинской практике входит в состав различных антисептических и противовоспалительных средств;
- Входит в состав латуни, масляных красок, люминофоров, оптических стекол, флюса для пайки металлов и другие.
Суточная потребность
Рекомендуемые суточные дозы цинка в зависимости от пола и возраста:
- Младенцы до 6 месяцев – 2 мг
- Дети от 6 месяцев до 4 лет – 3 мг;
- Дети от 4 до 8 лет – 5 мг;
- Дети от 8 до 14 лет – 8 мг;
- Юноши и мужчины от 14 лет – 11 мг;
- Девушки и женщины от 14 лет – 8-9 мг;
- Во время беременности – 11-12 мг;
- В период кормления грудью – 12-13 мг.
Суточная доза цинка повышается при инфекционных болезнях, стрессах, веганстве, жестких диетах, повышенной физической и умственной активностях, изменении климатических условий пребывания.
Нехватка цинка — симптомы
Дефицит цинка в организме выражается следующими симптомами и состояниями:
- У мужчин — нарушение работы половых желез, развитие бесплодия, задержка полового развития;
- У женщин — нарушение менструальной функции и работы яичников, бесплодие;
- Повышенная утомляемость, слабость;
- Медленное заживление ран;
- Частые аллергии на различные вещества;
- Ухудшение здоровья кожи, волос, ногтей;
- Снижение настроения, склонность к депрессии, уязвимость перед стрессами;
- Нарушение функции кроветворения – анемии;
- Ухудшение зрительной функции;
- Предрасположенность к инфекциям, кожным болезням (дерматиты, фурункулы, псориаз), неврологическим расстройствам, онкологии;
- Снижение аппетита, диарея, потеря веса;
- Ранее старение.
Причины нехватки Zn
- Некачественное питание, жесткие диеты, голодовка;
- Злоупотребление алкоголем;
- Наличие глистных инвазий в кишечнике;
- Отравление организма медью, ртутью, свинцом, кадмием;
- Повышенные дозировки некоторых лекарственных препаратов – диуретиков (мочегонные), глюкокортикостероидов (гормоны), эстрогенов;
Применение цинка
Применение Zn зависит от его формы, но если говорить в общем, то с лечебной целью его целесообразно использовать в следующих случаях:
- Повышенная физическая и умственная активность;
- В комплексной терапии сахарного диабета, ВИЧ-инфекции, СПИДа;
- Лечение различных дерматозов и травм кожи – дерматиты, акне, экзема, ожоги, пролежни;
- Для улучшения зрительной функции, особенно обусловленное старением организма.
Избыток цинка
Избыток Zn в организме также, как и его нехватка может вызвать ряд проблем со здоровьем, среди которых:
- Расстройства со стороны органов пищеварения – тошнота, рвота, диарея, формирование язвы желудка и двенадцатиперстной кишки;
- Специфический привкус во рту, сухой кашель, сильная жажда;
- Повышенная ломкость и выпадение волос, расслаивание ногтевой пластины;
- Тахикардия;
- Боль в животе, пояснице или при мочеиспускании.
Причины переизбытка Zn
В связи с тем, что цинк не имеет способности накапливаться в организме, отравление ним чаще всего может быть обусловлено употреблением пищи из оцинкованной посуды, или же бесконтрольный прием лекарственных форм этого микроэлемента.
Источники цинка
В каких продуктах Zn содержится больше всего?
Растительные и животные источники (мг на 100 г): дрожжи для выпекания (9,97), кунжут (7,75), белые тыквенные семечки (7,44), какао-порошок (6,81), арахис (6,68), черные подсолнечные семечки (5,3), чечевица (4,8), кедровые орехи (4,28), печень говяжья (4), овес (3,97), пшеница (3,46), яичный желток (3,11), миндаль (3), соевые бобы (3), говядина (от 3 до 8,4), сыры твердые (от 3 до 4), грецкий орех (2,73), рожь (2,65), шоколад (2,3), кокос (2,01), баранина (от 2 до 6), анчоусы (1,72), карп (1,48), сардины (1,4), горох (1,2), яйца (1,1), рис (1), икра рыбы (1), сельдя (0,99), курица (от 0,8 до 3,5), мука пшеничная (0,8), курага (0,74), хлеб (от 0,7 до 1,5), чернослив (0,46), финики (0,44), малина (0,42), брокколи (0,41), молоко (0,4), свекла (0,35), картофель (0,29), смородина черная (0,27), мёд (0,22), бананы (0,15), инжир (0,15), апельсины (0,07), грейпфрут (0,07), лимоны (0,06), яблоки (0,04).
Химические источники (Zn): «Пиколинат цинка», «Цинктерал», «Цинкит», витаминно-минеральные комплексы «Витрум».
Синтез в организме: не синтезируется.
Купить качественные витамины и минералы по лучшей цене с доставкой из США можно на всемирно известном сайте iHerb. Чтобы дополнительно получить еще и скидку 5-15% введите при оформлении заказа промокод: BAR6666
Взаимодействие цинка с другими веществами
- Прием витаминов А, E, C, В6, фтор, пиколиновая кислота улучшают усваивание организмом Zn;
- Большие дозы витамина В9, железа, олова, меди, свинца, кадмия, кальция, марганца, селена и ртути препятствуют усвоение организмом Zn;
- Нарушению усвоения Zn также могут способствовать поступление следующих веществ – фосфаты, фитаты, диуретики, глюкокортикостероиды, анаболики, алкоголь, иммуносупрессоры, противозачаточные препараты, танины (чай и кофе);
- Повышенное поступление Zn может способствовать недостатку витамина А, а также меди и железа;
- Полноценное снабжение Zn способствует нормальному усвоению витамина E.
Видео
Обсудить Zn и другие минералы на форуме…
Источник
Какими свойствами обладает цинк и как он взаимодействует с другими химическими веществами?
Цинк относят к металлам, он обладает всеми их свойствами. Ему присущи блеск, твердость, пластичность, теплопроводность, электропроводность. Однако в определенных условиях цинк может проявлять свойства неметалла.
Характеристики цинка
Цинк имеет приятный серебристо-голубой цвет. В обычных температурных условиях он гибкий, иногда ломкий. Металл используют для того, чтобы раскатывать его в листы. Через некоторое время на листах возникает оксидный тонкий слой, поэтому цинк перестает взаимодействовать с воздухом. Со временем он начинает немного мутнеть, терять блеск.
В таблице Менделеева химический элемент стоит под 30-м номером. Относится к группе переходных металлов. Обозначается элемент как Zn.
Где содержится цинк?
В 18 веке Уильяму Чемпиону удалось получить чистый цинк. До этого его использовали вместе с медью, называя конечный продукт соединения латунью.
Большое количество цинка содержится в земной коре. Для промышленных целей цинк добывается из термальных источников.
Роль цинка в жизни растений и животных очень велика. Это важный биогенный элемент.
Взаимодействие цинка с водой
Если вода нагрета до высоких температур, то при взаимодействии с ней цинка выделается оксид цинка.
Взаимодействие цинка с кислотами
Конечный продукт реакции цинка с кислотой будет зависеть от двух факторов. Значение имеют вид кислоты, которая участвует в реакции, а также ее концентрация. Обычно, вступая в реакцию с кислотами, цинк вытесняет из них водород.
Технический цинк легко растворяется в кислотах, так как в нем содержатся примеси других активных металлов. Если речь идет о чистом цинке, то он практически не поддается воздействию кислот. Для ускорения реакции в раствор добавляют медь или медные соли.
Взаимодействие цинка со щелочами
Если в реакции участвует щелочь, доведенная до высоких температур, то образуются гидроцинкаты.
Внимание! В сильной щелочной среде цинк начинает демонстрировать свойства восстановителя.
Где применяют цинк?
Цинк активно применяется в современной жизни:
- Цинк часто используется для создания специального покрытия, благодаря которому изделие меньше подвергается ржавчине и разрушению. Такие вещи называют оцинкованными. Этот прием защиты от коррозии активно используется в строительной и автомобильной промышленности.
- Из цинка делают сплавы с другими металлами, что активно применяется в машиностроении.
- Этот металл входит в состав аккумуляторов.
- Цинк добавляют в краски. В продаже имеются цинковые белила, которые используют художники для рисования картин, маляры для покраски помещений. Также эта белая краска используется для смешивания с другими цветами и получения новых оттенков.
- В химической промышленности металл используют, когда необходимо провести реакцию органического синтеза.
- Цинк входит в состав электродов, которые находятся внутри бытовых приборов.
- Металл, измельчённый до порошкообразного состояния (он называется оксидом), используют в фармацевтической промышленности. Он входит в состав мазей, кремов и присыпок, оказывающих противовоспалительное и подсушивающее действие.
- Цинк является наполнителем для резины.
Внимание! В организме цинк играет важную роль, так как поддерживает гомеостаз. Также он отвечает за формирование первичных половых признаков, поддерживает в норме обменные процессы.
Данный металл активно вступает во взаимодействие с кислородом, водой, кислотами и щелочами, водородом, используется в различных сферах человеческой жизни.
Отказ от ответсвенности
Обращаем ваше внимание, что вся информация, размещённая на сайте
Prowellness предоставлена исключительно в ознакомительных целях и не является персональной программой, прямой рекомендацией к действию или врачебными советами. Не используйте данные материалы для диагностики, лечения или проведения любых медицинских манипуляций. Перед применением любой методики или употреблением любого продукта проконсультируйтесь с врачом. Данный сайт не является специализированным медицинским порталом и не заменяет профессиональной консультации специалиста. Владелец Сайта не несет никакой ответственности ни перед какой стороной, понесший косвенный или прямой ущерб в результате неправильного использования материалов, размещенных на данном ресурсе.
Источник
Цинк — хрупкий голубовато-белый металл. В природе без примесей не встречается. В 1738 году Уильям Чемпион добыл чистые пары цинка с помощью конденсации. В периодической системе Менделеева находится под номером 30 и обозначается символом Zn.
Свойства цинка
Химические свойства цинка
Цинк — активный металл. При комнатной температуре тускнеет и покрывается слоем оксида цинка.
- Вступает в реакцию со многими неметаллами: фосфором, серой, кислородом.
- При повышении температуры взаимодействует с водой и сероводородом, выделяя водород.
- При сплавлении с щелочами образует цинкаты — соли цинковой кислоты.
- Реагирует с серной кислотой, образуя различные вещества в зависимости от концентрации кислоты.
- При сильном нагревании вступает в реакции со многими газами: газообразным хлором, фтором, йодом.
- Не реагирует с азотом, углеродом и водородом.
Физические свойства цинка
Цинк — твердый металл, но становится пластичным при 100–150 °C. При температуре выше 210 °С может деформироваться. Температура плавления — очень низкая для металлов. Несмотря на это, цинк имеет хорошую электропроводность.
- Плотность — 7,133 г/см³.
- Теплопроводность — 116 Вт/(м·К).
- Температура плавления цинка — 419,6 °C.
- Температура кипения — 906,2 °C.
- Удельная теплота испарения — 114,8 кДж/моль.
- Удельная теплота плавления — 7,28 кДж/моль.
- Удельная магнитная восприимчивость — 0,175·10-6.
- Предел прочности при растяжении — 200–250 Мн/м2.
Подробный химический состав цинка различных марок указан в таблице ниже.
| Обозначение марок | Цинк, не менее | Примесь, не более | |||||||
| свинец | кадмий | железо | медь | олово | мышьяк | алюминий | всего | ||
| ЦВ00 | 99,997 | 0,00001 | 0,002 | 0,00001 | 0,00001 | 0,00001 | 0,0005 | 0,00001 | 0,003 |
| ЦВ0 | 99,995 | 0,003 | 0,002 | 0,002 | 0,001 | 0,001 | 0,0005 | 0,005 | 0,005 |
| ЦВ | 99,99 | 0,005* | 0,002 | 0,003 | 0,001 | 0,001 | 0,0005 | 0,005 | 0,01 |
| Ц0А | 99,98 | 0,01 | 0,003 | 0,003 | 0,001 | 0,001 | 0,0005 | 0,005 | 0,02 |
| Ц0 | 99,975 | 0,013 | 0,004 | 0,005 | 0,001 | 0,001 | 0,0005 | 0,005 | 0,025 |
| Ц1 | 99,95 | 0,02 | 0,01 | 0,01 | 0,002 | 0,001 | 0,0005 | 0,005 | 0,05 |
| Ц2 | 98,7 | 1,0 | 0,2 | 0,05 | 0,005 | 0,002 | 0,01 | 0,010** | 1,3 |
| Ц3 | 97,5 | 2,0 | 0,2 | 0,1 | 0,05 | 0,005 | 0,01 | – | 2,5 |
| * В цинке, применяемом для производства сплава марки ЦАМ4-1о, массовая доля свинца должна быть не более 0,004%. ** В цинке, применяемом для проката, массовая доля алюминия должна быть не более 0,005%. | |||||||||
Содержание примесей в цинке зависит от способа производства и качества сырья.
В России основной процент цинка получают гидрометаллургическим
способом — металл восстанавливают из солей в растворах. Такой способ позволяет получить наиболее чистый металл. Но часть цинка обрабатывают при высоких температурах. Такой метод называют пирометаллургическим.
Свинец — особая примесь в цинке, так как основная его часть оседает из-за нерастворимых анодов, содержащихся в металле. Катодный цинк, помимо всех указанных примесей, состоит из хлора и фтора.
Как примеси изменяют свойства цинка
Производители ограничивают содержание кадмия, олова и свинца в литейных сплавах цинка, чтобы подавить межкристаллитную коррозию.
Олово — вредная примесь. Металл не растворяется и выделяется из расплава — способствует ломкости цинковых отливок. Кадмий напротив — растворяется в цинке и снижает его пластичность в горячем состоянии. Свинец увеличивает растворимость металла в кислотной среде.
Железо повышает твердость цинка, но снижает его прочность. Вместе с тем оно усложняет процесс заполнения форм при литье.
Медь увеличивает твердость цинка, но уменьшает его пластичность и стойкость при коррозии. Содержание меди также мешает рекристаллизации цинка.
Наиболее вредная примесь — мышьяк. Даже при небольшом ее количестве металл становится хрупким и менее пластичным.
Чтобы избежать растрескивания кромок при горячей прокатке цинка, содержание сурьмы не должна быть выше 0,01%. В горячем состоянии она увеличивает твердость цинка, лишая его хорошей пластичности.
Сплавы цинка
Сплавы на цинковой основе с добавлением меди, магния и алюминия имеют низкую температуру плавления и обладают хорошей текучестью. Они легко поддаются обработке, свариванию и паянию.
Латунь
Различают латуни двухкомпонентные и многокомпонентные.
Двухкомпонентная латунь — сплав цинка с высоким содержанием меди. Существует желтая латунь с медью в количестве 67%, золотистая медь или томпак — 75%, и зеленая — 60%. Такие сплавы могут деформироваться при температуре 300 °C.
Многокомпонентные латуни, помимо 2-х основных металлов, состоят из других добавок: никеля, железа, свинца или марганца. Каждый из элементов влияет на свойства сплава.
ЦАМ
ЦАМ — семейство цинковых сплавов. В их состав входят магний, алюминий и медь. Такие сплавы цинка используются в литейном производстве. В них содержится алюминий в количестве 4%.
Основная область применения сплавов ЦАМ — литье цинка под давлением. Сплавы этого семейства обладают низкой температурой плавления и хорошими литейными свойствами. Их высокопрочность позволяет производить прочные и сложные детали.
Вирениум
Сплав состоит из цинка (24,5%), меди (70%), никеля (5,5%).
Производств цинка
Добыча металла
Цинк как самородный металл в природе не встречается. Добывается из полиметаллических руд, содержащих 1–4% металла в виде сульфида, а также меди, свинца, золота, серебра, висмута и кадмия. Руды обогащаются селективной флотацией и получаются цинковые концентраты (50–60% Zn).
Концентраты цинка обжигают в печах. Сульфид цинка переводится в оксид ZnO. При этом выделяется сернистый газ SO2, который используется в производстве серной кислоты.
Получение металла
Существуют два способа получения чистого цинка из оксида ZnO.
Самый древний метод — дистилляционный. Обожженный концентрированный состав подвергают термообработке, чтобы придать ему зернистость и газопроницаемость.
Затем концентрат восстанавливают коксом или углем при температуре 1200–1300 °C. В процессе образуются пары металла, которые конденсируют и разливают в изложницы. Жидкий металл отстаивают от железа и свинца при температуре 500 °C. Так достигается цинк чистотой 98,7%.
Иногда используется сложная и дорогая обработка цинка ректификацией — разделением смесей за счет обмена теплом между паром и жидкостью. Такая чистка позволяет получить металл чистотой 99,995% и извлечь кадмий.
Второй метод производства цинка — электролитический. Обожженный концентрат обрабатывается серной кислотой. Готовый сульфатный раствор очищается от примесей, после чего подвергается электролизу в свинцовых ваннах. Цинк дает осадок на алюминиевых катодах. Полученный металл удаляют с ванн и плавят в индукционных печах. После этого получается электролитный цинк чистотой 99,95%.
Литье металла
Горячий цинк — жидкий и текучий металл. Благодаря таким свойствам он легко заполняется в литейные формы.
Примеси влияют на величину натяжения поверхности цинка. Технологические свойства металла можно улучшить, добавив небольшое количество лития, магния, олова, кальция, свинца или висмута.
Чем выше температура перегрева цинка, тем лучше он заполняет формы. При литье металла в чугунные изложницы его объем уменьшается на 1,6%. Это затрудняет получение крупных и длинных цинковых отливок.
Применение цинка
Для защиты металлов от коррозии
Чистый цинк используется для защиты металлов от коррозии. Основу покрывают тонкой пленкой. Этот процесс называется металлизацией.
В автомобильной отрасли
Сплавы на цинковой основе используют для оформления декора автомобильного салона, в производстве ручек дверей, замков, зеркал и корпусов стеклоочистителей.
В автомобильные покрышки добавляют окись цинка, которая повышает качество резины.
В батарейках, аккумуляторах и других химических источниках тока цинк используется как материал для отрицательного электрода. В производстве электромобилей применяются цинк-воздушные аккумуляторы, которые обладают высокой удельной энергоемкостью.
В производстве ювелирных украшений
Ювелиры добавляют цинк в сплавы на основе золота. В итоге они легко поддаются ковке и становятся пластичными — прочно соединяют мелкие детали изделия между собой.
Металл также осветляет ювелирные изделия, поэтому его часто используют в изготовлении белого золота.
В медицине
Окись цинка применяется в медицине как антисептическое средство. Окись добавляют в мази и другие составы для заживления ран.
Благодаря своим свойствам, цинк широко применяется в различных областях промышленности. Металл пользуется спросом из-за относительно низкой цены и хороших физических свойств.
Источник