ЦИНК
(лат. Zincum), Zn, химич. элемент
Историческая справка. Сплав Ц. с медью
Распространение в природе. Ср. содержание
Физические и химические свойства. Ц.- металл
Внешняя электронная конфигурация атома
Получение. Ц. добывают из поли-металлич.
Осн. способ получения Ц.- электроли-тич.
Применение. Около половины производимого
Поскольку Ц. в ряду напряжений стоит до
Наиболее распространённые хим. источники
Ц. в о р г а н и з м е. Ц. как один из
Биологич. роль Ц. связана с его участием
В растениях наряду с участием в дыхании,
Мед. значение Ц. Дефицит Ц. в организме
А. А. Каспаров, Г. Н. Красовский.
Лит.: Краткая химическая энциклопедия,
А
Б
В
Г
Д
Е
Ё
Ж
З
И
Й
К
Л
М
Н
О
П
Р
С
Т
У
Ф
Х
Ц
Ч
Ш
Щ
Ъ
Ы
Ь
Э
Ю
Я
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 Т
изотопный
индикатор.
- 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.
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 ZnFe
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 H
элемент; в живом веществе содержится в среднем 5 • 10-4 % Ц.,
но имеются и организмы-концентраторы (напр., нек-рые фиалки).
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); (t
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 -0,175-106.
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 СО
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 ZnH
на элементы. Нитрид Zn
вода его разлагает. Карбид Ц. ZnC
особенно при нагревании, с образованием соответствующих солей. При взаимодействии
с разбавл. НС1 и H
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)
Известны
комплексные
соединения, содержащие Ц., например [Zn(NH
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 SO
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.
(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.
Ц. расходуется на защиту стали от коррозии (см. Цинкование).
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 Zn
Ц. типа AIIBVI -- ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO. Магнитно-мягкими
ферритами отечеств, марок МН и НН являются соответственно марганец- и никель-цинковые
шпинели.
тока (напр., Лекланше элемент, окиснортутный элемент) имеют в качестве
отрицательного электрода Ц. Н. Н. Севрюков.
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.
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).
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.
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.
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.