Формула оксида цинка в химии. Химические свойства цинка и его соединений. Какое влияние оказывает на человека оксид цинка

Оксид цинка ZnO - полупроводниковое соединение. Оксид цинка – соединение белого цвета, которое сублимируется при 2000 К, плавится при температуре 2250 К, проявляет как основные, так и кислотные свойства, растворяется в кислотах и в щелочах.

Наиболее распространенная кристаллическая модификация - гексагональная типа вюрцит. Известна также более редкая кубическая типа сфалерит.

Оксид цинка может быть получен при сжигании или окислении цинка, обжигом на воздухе сернистого цинка, при прокаливании
солей, осаждением аммиаком из кипящего водного раствора азотнокислого цинка.

Компактные образцы оксида цинка (цинкит) получают прессованием заготовок из порошкообразного соединения и их последующего спекания. Предварительное спекание проводится при 1100 К. окончательное - при 1700... 1800 К. Нагревание осуществляется либо в специальных высокотемпературных печах, либо прямым пропусканием тока через образцы после их предварительного прогрева до температуры, при которой возникает достаточная электропроводность. При температуре окончательного спекания 1700... 1800 К образуются крупнозернистые образцы с кристаллами до 2 мм. Чтобы получить более мелкозернистую структуру, температуру спекания снижают до 1300... 1400 К. Монокристаллы оксида цинка выращивают гидротермальным способом и из газовой фазы.

Тонкие пленки оксида цинка ZnO можно получить испарением и конденсацией цинка на подложку в вакууме с последующим окислением пленки металла при нагревании в атмосфере кислорода или реактивным двухэлектродным ионным распылением Zn в атмосфере Ar + О 2 .

Тонкие пленки ZnO обнаруживают пьезоэлектрический эффект.

Основные свойства оксида цинка

Молекулярная масса 81,38

Кристаллическая структура Г

Постоянные кристаллической решетки, нм:

А 0,3250

С 0,5206

Плотность, Мг/м 3 5,67

Температура, К:

плавления 2250

кипения 2000

Удельная теплоемкость, Дж/(кг × К) 495

Температурный коэффициент линейного расширения для
монокристалла, α × I 0 6 , К -1 5,7 || а

5,2 || с

Удельное сопротивление, Ом × см 10 8 …10 9

Коэффициент теплопроводности, Вт/(м × К) 15…30

Твердость по шкале Мооса 4,0…5,0

Показатель преломления 1,96

Диэлектрическая проницаемость 8,5

Применение оксида цинка.

Оксид цинка применяется в радиоэлектронике для изготовления самоактивированного люминофора ZnO : Zn . Этот люминофор получают путем прокаливания ZnO в слабовосстановительной атмосфере оксида углерода при 1270 К- Цвет свечения люминофора- сине-зеленый, излучение характеризуется двумя максимумами., приходящимися на длины волн 0,385 мкм (ультрафиолетовая область) и 0,505 мкм (сине-зеленый участок спектра). Этот люминофор отличается очень коротким послесвечением, около 2 мкс.

Основное применение оксид цинка нашел в производстве варисторов, приборов, электрическое сопротивление которых сильно зависит от приложенного напряжения. На основе варисторов создаются ограничители перенапряжений (ОПН), подавляющие перенапряжения в электросетях.

Это обусловлено особым свойством варисторов – нелинейностью вольт-амперной характеристики. Нелинейностью вольт-амперной характеристики обладает и карбид кремния , но коэффициент нелинейности варисторов на основе оксида цинка на 1-1,5 порядка больше.

Для изготовления варисторов порошок ZnO субмикронного размера, оксиды других металлов ~5 % (висмута, кобальта, сурьмы, марганца, хрома) и неорганические связующие вещества смешивают, формуют под давлением ~10 4 …10 6 МПа и производят обжиг в течение нескольких часов при температурах от 1200 до 1600 °С. В процессе реакционного взаимодействия происходит перенос материала через жидкую фазу от зерен оксида цинка с большой поверхностной энергией к зернам с меньшей поверхностной энергией. Материал в процессе спекания уплотняется, и в результате получается новая поликристаллическая структура.

Варистор на основе оксида цинка представляет собой поликристаллический полупроводниковый материал, отдельные зерна которого находятся в электрическом контакте друг с другом. В местах контакта зерен оксида цинка имеются тонкие изолирующие области, которые и обуславливают нелинейность вольт-амперной характеристики. Механизм нелинейности варисторов недостаточно изучен. Скорее всего, нелинейность обусловлена явлениями на межзеренных границах, а также определяющее влияние имеют и дополнительные добавки в составе варисторов.

Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ПЕТРОЗАВОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

медицинский факультет

Реферат по дисциплине «Фармацевтическая химия»

Тема: Цинка оксид. Цинка сульфат .

Работу выполнила студентка IVкурса

Специальность: фармация

Заочного отделения

Группа: 73Z42

Ригоева Анна Сергеевна

Работу проверил

Преподаватель:

Ермакова Галина Владимировна

Петрозаводск 2012

Цинк - элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 30.

Обозначается символом Zn (лат. Zincum).

Простое вещество цинк при нормальных условиях - хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

Типичный пример металла, образующего амфотерные соединения. Амфотерными являются соединения цинка ZnO и Zn(OH)2. 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:

Оксид цинка реагирует как с растворами кислот:

так и щелочами:

Цинк обычной чистоты активно реагирует с растворами кислот:

и растворами щелочей: образуя гидроксоцинкаты. С растворами кислот и щелочей очень чистый цинк не реагирует. Взаимодействие начинается при добавлении нескольких капель раствора сульфата меди CuSO4.

При нагревании цинк реагирует с галогенами с образованием галогенидов ZnHal2. С фосфором цинк образует фосфиды Zn3P2 и ZnP2. С серой и её аналогами - селеном и теллуром - различные халькогениды, ZnS, ZnSe, ZnSe2 и ZnTe.

С водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором цинк непосредственно не реагирует. Нитрид Zn3N2 получают реакцией цинка с аммиаком при 550-600 °C.

В водных растворах ионы цинка Zn2+ образуют аквакомплексы 2+ и 2+.

ци́нка сульфа́т

ZnSO4, бесцветные кристаллы. Растворяется в воде. Из растворов кристаллизуется ZnSO4·7Н2О - цинковый купорос. Применяют в производстве вискозы, глазурей, для защиты древесины от гниения.

ЦИНКА СУЛЬФАТ

ЦИ́НКА СУЛЬФА́Т (сернокислый цинк) Zinci sulfas, ZnSO4. Из растворов кристаллизуется ZnSO4 · 7H2O - цинковый купорос. Применяют в производстве вискозы, глазурей, для защиты древесины от гниения.

Характеристика:

Бесцветные прозрачные кристаллы или мелкокристаллический порошок вяжущего вкуса, без запаха. На воздухе выветривается. Очень легко растворим в воде, практически нерастворим в этаноле, медленно растворим в глицерине (1:10). Водные растворы имеют кислую реакцию.

Цинка сульфат оказывает противомикробное, вяжущее, подсушивающее и местное противовоспалительное действие.

Применение:

Конъюнктивит, ларингит, уретрит, вагинит - местно; необходимость вызывания рвоты - внутрь в высоких дозах; дефицит цинка в организме с нарушениями анаболических, иммунологических и др. процессов (профилактика и лечение) - внутрь; гипогонадизм, гнездное облысение, детский церебральный паралич, заболевания печени, сахарный диабет, диффузные болезни соединительной ткани и др. (в составе комплексной терапии) - внутрь.

Противопоказания:

Гиперчувствительность.

Побочные действия:

Тошнота, рвота, диарея (при приеме высоких доз внутрь).

Сульфа́т ци́нка, сернокислый цинк, ZnSO4 - цинковая соль серной кислоты.

Бесцветные кристаллы, плотность 3,74 г/см³. Растворимость в воде (%): 29,4 (0 °C), 37,7 (99 °C). Из растворов при температуре ниже 38,8 °C кристаллизуется ZnSO4·7H2O (цинковый купорос), в пределах от 38,8 °C до 70 °C - ZnSO4·6H2O, выше 70 °C образуется моногидрат ZnSO4·H2O. Последний обезвоживается при 238 °C. Сульфат цинка в интервале 600-900 °C разлагается на ZnO и SO3. Слабые растворы сульфата цинка мутнеют при гидролизе вследствие выделения осадка 3Zn(OH)2·ZnSO4·4H2O.

Получение

Цинковый купорос получают выпариванием и кристаллизацией из растворов (попутно с производством цинка). Zn+H2SO4=ZnSO4+H2

Применение

Применяется в производстве вискозы, минеральных красок, глазурей, в металлургии (флотореагент) и в медицине.

Активное-действующее вещество / начало: цинк (цинка сульфат, пиколинат, аспарагинат)

Био-цинк; Солгар пиколинат цинка; Сульфат цинка; Цинка аспарагинат; Цинка пиколинат; Цинка сульфат; Цинкит; Цинктерал.

Применяется при заболеваниях печени (циррозе), энтеритах, энтеропатическом дерматите, псориазе, коллагенозах (ревматоидный артрит, красная волчанка), детском церебральном параличе, частых простудных заболеваниях. Местно применяется при конъюнктивите, ларингите, уретрите, вагините.

Цинк (цинка сульфат, пиколинат, аспарагинат).

Лекарственные формы:

Шипучие таблетки.

Глазные капли.

Раствор для наружного применения.

Цинк (цинка сульфат, пиколинат, аспарагинат)

Свойства / Действие:

Цинк является важным микроэлементом. Он является составной частью более 90 различных ферментов, осуществляющих синтез ДНК и участвующих в обменных процессах. Цинк стимулирует синтез нуклеиновых кислот, белков, регенерацию тканей, способствует увеличению массы тела. Цинк необходим для функционирования инсулина, гормонов половых желез, поддерживает стабильность клеточных мембран, ограничивая высвобождение гистамина из тучных клеток. Он ограничивает свободнорадикальные реакции, предупреждает повреждение клеточных мембран. Цинк необходим для нормальной активности лимфоидной ткани, щелочной фосфатазы, карбоксипептидаз, алкогольдегидрогеназы.

Цинк повышает устойчивость к инфекционным заболеваниям, способствует заживлению ран, ускоряет рост, повышает работоспособность, улучшает память, препятствует выпадению волос.

Определенные группы населения, например, беременные, кормящие матери, подростки, спортсмены и последовательные вегетарианцы имеют повышенную потребность в цинке. Причиной дефицита цинка может быть недостаточное поступление его в организм или неправильное питание, несбалансированные диеты, нарушенное всасывание цинка (например, при кишечных заболеваниях) или усиленное выделение цинка, например, при алкоголизме, приеме слабительных средств или других медикаментов.

Показания:

Устранение гипоцинкемий, в т.ч. с нарушениями анаболических, иммунологических и др. процессов, которая может возникать при заболеваниях печени (особенно при циррозе), стеаторрее, энтеритах, глистной инвазии, энтеропатическом акродерматите, псориазе, при почечных заболеваниях, гиповитаминозе D, при ожогах.

Профилактически при следующих состояниях: сахарный диабет, коллагенозы (ревматоидный артрит, красная волчанка), гипогонадизм, гнездное облысение, детский церебральный паралич, частые простудные заболевания, прием глюкокортикоидов, беременность и лактация.

Местно (цинка сульфат):

Конъюнктивит, ларингит, уретрит, вагинит.

Способ применения и дозы:

Натощак, в драже или шипучих таблетках. Для профилактики гипоцинкемии 10 мг цинка 1-2 раза в сутки. С лечебной целью - 20-50 мг 2-3 раза в день.

Местно (цинка сульфат):

При конъюнктивитах - глазные капли 0,1-0,5%, при ларингите - смазывание или пульверизация 0,25-0,5% раствором, при уретритах и вагинитах - спринцевания 0,1-0,5% раствором.

Передозировка:

Возможна при приеме внутрь: лихорадка, нарушения функции легких, дегидратация, дисбаланс электролитов в плазме, летаргия, расстройства мышечных движений, почечная недостаточность.

Противопоказания:

активные аутоиммунные процессы, особенно иммунный энцефалит;

острая почечная недостаточность, тяжелые паренхиматозные поражения почек.

Применение в период беременности и лактации:

Применение возможно только при доказанном дефиците цинка в организме.

Побочное действие:

Появляется при приеме больших доз. При этом наблюдаются диспепсические расстройства (тошнота, рвота, понос), дегидратация, дисбаланс электролитов плазме крови, летаргия, почечная недостаточность.

При применении в терапевтических дозах осложнения возникают крайне редко.

Условия хранения:

При комнатной температуре не выше 25С.

Хранить в местах, недоступных для детей.

Сроки годности указан на упаковке. Препарат не может быть использован после окончания срока годности.

Отпуск из аптеки: без рецепта врача.

Оксид цинка (Zinci oxidum )

Белый или белый с желтоватым оттенком аморфный порошок без запаха. Поглощает углекислоту воздуха.

Практически не растворим в воде и спирте, растворим в растворах щелочей, разведенных минеральных кислотах, а также в уксусной кислоте.

При нагревании вещество меняет цвет: белый при комнатной температуре, оксид цинка становится жёлтым. Объясняется это уменьшением ширины запрещённой зоны и сдвигом края в спектре поглощения из УФ-области в синюю.

Оксид цинка амфотерен - реагирует с кислотами с образованием солей, при взаимодействии с растворами щелочей образует комплексные три- тетра- и гексагидроксицинкаты (Na2, Ba2):

OH- 2-

Оксид цинка растворяется в водном растворе аммиака, образуя комплексный аммиакат:

ZnO + 4NH3 + Н20 - (OH)2

При сплавлении с щелочами и оксидами металлов оксид цинка образует цинкаты:

ZnO + 2NaOH Na2ZnO2 + H2O

ZnO + CoO CoZnO2

При сплавлении с оксидами бора и кремния оксид цинка образует стекловидные бораты и силикаты:

ZnO + B2O3 Zn(BO2)2

ZnO + SiO2 ZnSiO3

Получение

природный минерал цинкит

сжиганием паров цинка в кислороде («французский процесс»)

термическим разложением соединений:

ацетата Zn(CH3COO)2

гидроксида Zn(OH)2

карбоната ZnCO3

нитрата Zn(NO3)2

окислительным обжигом сульфида ZnS

гидротермальный синтез

извлечением из пылей и шламов металлургических комбинатов, особенно тех, что работают на металлоломе в качестве сырья (он содержит значительную долю оцинкованного железа).

извлечением из тройной системы фазового равновесия «нитрат цинка-нитрат амина-вода» (с нитратом пиридина и хинолина размерность частиц порядка 5-10 нм до 75 %)

Применение

активатор вулканизации некоторых каучуков

вулканизирующий агент хлоропреновых каучуков

катализатор синтеза метанола

белый пигмент при производстве красок и эмалей (в настоящее время (2007) вытеснен нетоксичной двуокисью титана TiO2)

наполнитель и пигмент в производстве:

пластмасс

парфюмерии и косметике

В медицине в виде присыпок и в составе мазей как антисептик.

добавка к кормам для животных

в производстве стекла и красок на основе жидкого стекла

как один из компонентов преобразователя ржавчины

Известно также, что оксид цинка обладает фотокаталитической активностью, что на практике используется для создания самоочищающихся поверхностей, бактерицидных покрытий для стен и потолков в больницах и пр. Для фотокаталитической очистки воды в промышленных масштабах оксид цинка в настоящее время не используется.

Кроме того, порошок оксида цинка - перспективный материал в качестве рабочей среды для порошковых лазеров. На основе оксида цинка создали светодиод голубого цвета. Тонкие пленки и иные наноструктуры на основе оксида цинка могут применяться как чувствительные газовые и биологические сенсоры.

Свойства оксида цинка обуславливают его широко применение в фармацевтической промышленности. Оксид цинка нашел широкое применение в создании абразивных зубных паст и цементов в терапевтической стоматологии, в кремах для загара и косметических процедурах, в производстве электрокабеля, искусственной кожи и резинотехнических изделий. Кроме того, применение распространено в шинной, лакокрасочной, нефтеперерабатывающей промышленностях. Оксид цинка участвует процессе производства стекла и керамики.

Препараты Цинка оксида - противовоспалительные дерматотропные средства с подсушивающим действием для наружного применения. Цинка оксид оказывает также адсорбирующее, вяжущее и антисептическое действие; образует альбуминаты и денатурирует белки. Уменьшает явления экссудации, воспаления и раздражения тканей, образует защитный барьер от действия раздражающих факторов. Смягчает раздраженную кожу. Применяют как средство с защитным эффектом при экземе (в стадии обострения), дерматитах (пеленочный дерматит, контактный дерматит), опрелости, потнице, пролежнях, поверхностных ранах, порезах, царапинах, ожогах, язвенных поражениях кожи, простом герпесе, стрептодермии, трофических язвах.

Активное-действующее вещество:

Цинка оксид / Zinc oxide.

Лекарственные формы:

Линимент.

Цинка оксид

Свойства / Действие:

Цинка оксид проявляет слабое вяжущее действие и его применяют как средство с защитным эффектом при экземе и шелушении кожи.

Показания:

опрелость;

дерматиты, в т.ч. пеленочный дерматит (пеленочная сыпь у детей грудного возраста), контактный дерматит;

пролежни;

поверхностные раны, порезы, царапины;

ожоги (термические, солнечные);

язвенные поражения кожи;

экзема в стадии обострения;

простой герпес;

стрептодермия;

трофические язвы.

Способ применения и дозы:

Препараты Цинка оксида применяют наружно, в виде мази, пасты, линимента.

Вымыть и высушить пораженную область. Наносят на очищенную и высушенную кожу.

Препараты Цинка оксида наносят тонким слоем на пораженные участки кожи 4-6 раз в день.

Курс лечения - до 1 месяца.

Количество наносимого препарата зависит от обширности очага поражения.

Незначительные термические и солнечные ожоги, порезы, царапины, раны - наносят тонким слоем на пораженную поверхность, при необходимости накладывают марлевую повязку.

Пеленочная сыпь у детей - если появляются первые признаки гиперемии, опрелости или незначительного раздражения кожи, мазь наносят 3 или больше раз в сутки, при необходимости во время каждой смены пеленок; профилактически обрабатывают препаратом участки тела, находящиеся в длительном контакте с мокрым бельем.

Противопоказания:

индивидуальная непереносимость (в т.ч. гиперчувствительность в анамнезе) цинка оксида.

Побочные действия:

Аллергические реакции (кожный зуд, гиперемия, кожная сыпь).

Особые указания и меры предосторожности:

Только для наружного применения. Не допускать попадания в глаза.

Мазь наносят лишь на поверхностные и неинфицированные повреждения и не применяют для лечения гнойничковых поражений кожи. Не предназначено для назначения лечения без участия врача.

Препарат не противопоказан в период беременности и кормления грудью.

Лекарственное взаимодействие:

Не описано.

Условия хранения:

При температуре до 30°C, вдали от источников тепла и прямых солнечных лучей.

Срок хранения указан на упаковке.

Отпуск из аптеки - без рецепта врача.

Микроэлемент, играющий важную роль в метаболизме клеток и стабилизации клеточных мембран. Является составной частью многих ферментных систем, в которых он является либо коэнзимом, либо неотъемлемой частью фермента. Принимает участие в регуляции синтеза белка и углеводов. Наличие цинка является необходимым условием для нормального функционирования иммунной системы. Цинк оказывает позитивное влияние на память, способствует усвоению витамина А, необходимого для поддержания зрения, облегчает накопление в организме и продлевает его действие, поддерживает процесс восстановления тканей и заживления ран. Цинк необходим для нормального роста и процесса воспроизводства. Дефицит цинка возникает в случаях парентерального лечения без соответствующих пищевых добавок, при хронических заболеваний кишечника (таких как колит и болезнь Крона), у пациентов с кишечными свищами, при некоторых кожных заболеваниях (например, при энтеропатическом акродерматите), реже в случае цирроза печени, при почечной недостаточности, резекции желудка. В случаях дефицита цинка наблюдается нарушение концентрации, расстройства вкуса, отсутствие аппетита, снижение иммунитета, плохое заживление ран, повышение артериального давления, гиперхолестеринемия, куриная слепота, гиперплазия предстательной железы, нарушение роста у детей, и в случаях существенного дефицита цинка - дерматологические заболевания, такие как очаговая и злокачественная алопеция. Содержание цинка в организме в среднем составляет 1,4–2,3 г, из которых около 98% находится внутри клеток (в основном в эритроцитах, коже, сперме, в предстательной железе, костях, в слизистой оболочке кишечника). Некоторые соединения цинка (например, оксид цинка), обладают вяжущими и высушивающими свойствами. Сульфат цинка обладает противовоспалительными свойствами. После применения перорально соли цинка слабо всасываются из желудочно-кишечного тракта (примерно на 20–40%). Средняя концентрация цинка в крови составляет 11,3–17,6 ммоль/л. Цинк выводится из организма в основном с фекалиями.

Оксид цинка: применение

Лечение заболеваний, связанных с дефицитом цинка или его пониженным содержанием в организме, таких как энтеропатический акродерматит, очаговая и злокачественная алопеция, гнойные прыщи, хронический нейродермит при замене стероидов на кортикостероиды, ломкость волос, нарушение процесса заживления ран, иммунные нарушения, психоневрологические расстройства, половые дисфункции у мужчин, нарушения роста и зрения у детей. Препарат в виде жевательных таблеток применяется для удаления неприятного запаха изо рта. Вспомогательно при болезни Вильсона. Наружно в дерматологии на зудящие места на коже, трудно заживающие раны, при хроническом воспалении кожи, экземе; в офтальмологии - при конъюнктивитах.

Противопоказания

Повышенная чувствительность к препарату; почечная недостаточность. Наружно не следует применять на сочащиеся или покрытые струпьями раны. Взаимодействие с другими препаратами Не следует принимать одновременно цинкосодержащие препараты и тетрациклин (цинк снижает его абсорбцию), а также соединения железа, ацетилсалициловую кислоту, индометацин, тиазидные диуретики, хелатообразователи (D-пеницилламин), кортикостероиды. Побочные эффекты Тошнота, рвота, боль в животе, диарея, головная боль, металлический привкус во рту. В результате длительного использования солей цинка могут возникнуть анемия и дефицит меди в организме.

Беременность и лактация

Нет информации относительно безопасности применения препаратов, содержащих цинк, во время беременности и в период лактации.

Дозировка

Суточная потребность в цинке, в зависимости от возраста, составляет: дети младше 10 лет: 5 мг, дети и подростки 10–15 лет: 15 мг, взрослые: 15–20 мг. При беременности и в период лактации потребность в цинке увеличивается до 25 мг/день. Энтеропатический акродерматит, очаговая алопеция: перорально перед едой в среднем 45 мг 3 ×/день, снижая дозу по мере улучшения состояния. Таблетки не следует делить или жевать. Наружно – больные места на коже смазывать 1–3 ×/день. Смотреть также: описания препаратов.

• Обозначение - Zn (Zincum);
• Период - IV;
• Группа - 12 (IIb);
• Атомная масса - 65,39;
• Атомный номер - 30;
• Радиус атома = 138 пм;
• Ковалентный радиус = 125 пм;
• Распределение электронов - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 ;
• t плавления = 419,88°C;
• t кипения = 907°C;
• Электроотрицательность (по Полингу/по Алпреду и Рохову) = 1,65/1,66;
• Степень окисления: +2, 0;
• Плотность (н. у.) = 7,13 г/см 3 ;
• Молярный объем = 9,2 см 3 /моль.

Цинк люди использовали еще до нашей эры в виде его сплава с медью - латуни. Впервые чистый цинк удалось выделить англичанину Уильяму Чемпиону в 18 веке.

В земной коре цинка содержится 8,3·10 -3 % по массе. Много цинка содержится в термальных источниках, из которых происходит осаждение сульфидов цинка, имеющих важное промышленное значение. Цинк играет активную роль в жизни животных и растений, являясь важным биогенным микроэлементом.

Рис. Строение атома цинка .

Электронная конфигурация атома цинка - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 (см. Электронная структура атомов). Предпоследний электронный слой атома цинка полностью заполнен, а на внешнем слое находится два s-электрона, которые и взаимодействуют с другими элементами, поэтому в соединениях цинк проявляется степень окисления +2. (см. Валентность). Цинк обладает высокой химической активностью.

Физические свойства цинка:

• голубовато-белый металл;
• хрупкий при н. у.;
• при нагревании более 100°C хорошо куется и прокатывается;
• обладает хорошей тепло- и электропроводностью.

Химические свойства цинка:

• на воздухе быстро окисляется, покрываясь тонкой пленкой оксида цинка, предохраняющей металл от дальнейшей реакции;
• при нагревании реагирует с кислородом, хлором, серой, образуя оксиды, хлориды, сульфиды соответственно:
  2Zn + O 2 = 2ZnO; Zn + Cl 2 = ZnCl 2 ; Zn + S = ZnS.
• реагирует с разбавленной серной кислотой и растворами кислот неокислителей, вытесняя из них водород:
  Zn + H 2 SO 4(рзб.) = ZnSO 4 + H 2 ; Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 ;
• реагирует с азотной и концентрированной серной кислотой, восстанавливая азот или серу соответственно:
  Zn + H 2 SO 4(кнц.) = ZnSO 4 + SO 2 + 2H 2 O;
• реагирует при нагревании с растворами щелочей, образуя гидроцинкаты: Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2 ;
• вытесняет менее активные металлы (см. электрохимический ряд напряжений металлов) из растворов их солей: Zn + CuCl 2 = ZnCl 2 + Cu.

Получение цинка:

• чистый цинк получают электролизом его солей;
• промышленным способом цинк получают из сульфидных руд:
  • на первом этапе получают оксид цинка, подвергая руду окислительному обжигу: 2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + 2SO 2 ;
  • на втором этапе оксид цинка восстанавливают углем при высокой температуре: ZnO + C = Zn + CO.

Применение цинка:

• в качестве антикоррозионного покрытия металлических изделий (цинкование);
• для изготовления сплавов, широко применяющихся в машиностроении;
• в АКБ и сухих элементах;
• в лакокрасочной промышленности (изготовление цинковых белил);
• как восстановитель в реакциях органического синтеза.

Цинк является типичным представителем группы металлических элементов и обладает всем спектром их характеристик: металлическим блеском, пластичностью, электро- и теплопроводностью. Однако химические свойства цинка несколько отличаются от основных реакций, присущих большинству металлов. Элемент при определенных условиях может вести себя как неметалл, например, реагировать со щелочами. Такое явление называется амфотерностью. В нашей статье мы изучим физические свойства цинка, а также рассмотрим типичные реакции, характерные для металла и его соединений.

Положение элемента в периодической системе и распространение в природе

Металл располагается в побочной подгруппе второй группы периодической системы. В нее, кроме цинка, входят кадмий и ртуть. Цинк относится к d-элементам и находится в четвертом периоде. В химических реакциях его атомы всегда отдают электроны последнего энергетического уровня, поэтому в таких соединениях элемента, как оксид, средние соли и гидроксид, металл проявляет степень окисления +2. Строением атома объясняются все физико-химические свойства цинка и его соединений. Общее содержание металла в почве составляет примерно 0,01вес. %. Он входит в состав минералов, например, таких как галмей и цинковая обманка. Так как содержание цинка в них невысокое, сначала горные породы подвергаются обогащению, которое проводится в шахтных печах. Большинство цинксодержащих минералов представляют собой сульфиды, карбонаты и сульфаты. Это соли цинка, химические свойства которых лежат в основе процессов их переработки, например, таких как обжиг.

Получение металла

Реакция жесткого окисления карбоната или сульфида цинка приводит к получениюего оксида. Процесс происходит в кипящем слое. Это специальный метод, основанный на тесном контакте мелкоизмельченного минерала и струи горячего воздуха, движущейся с большой скоростью. Далее оксид цинка ZnO восстанавливают коксом и удаляют образовавшиеся пары металла из сферы реакции. Еще один способ получения металла, основанный на химических свойствах цинка и его соединений - это электролиз раствора сульфата цинка. Он представляет собой окислительно-восстановительную реакцию, проходящую под действием электрического тока. Металл высокой чистоты при этом осаждается на электроде.

Физическая характеристика

Голубовато-серебристый, при обычных условиях хрупкий металл. В интервале температур от 100° до 150° цинк становится гибким и его можно прокатывать в листы. При нагревании выше 200° металл становится необычайно хрупким. Под действием кислорода воздуха куски цинка покрываются тонким слоем оксида, а при дальнейшем окислении он превращается в гидроксокарбонат, который играет роль протектора и препятствует дальнейшему взаимодействию металла с кислородом воздуха. Физические и химические свойства цинка взаимосвязаны. Рассмотрим это на примере взаимодействия металла с водой и кислородом.

Жесткое окисление и реакция с водой

При сильном нагревании на воздухе цинковые стружки сгорают голубым пламенем, при этом образуется оксид цинка.

Он проявляет амфотерные свойства. В парах воды, разогретых до температуры красного каления, металл вытесняет водород из молекул Н 2 О, кроме этого, образуется оксид цинка. Химические свойства вещества доказывают его способность взаимодействовать как с кислотами, так и со щелочами.

Окислительно-восстановительные реакции с участием цинка

Так как элемент в ряду активности металлов стоит перед водородом, он способен вытеснять его из молекул кислот.

Продукты реакции между цинком и кислотами будут зависеть от двух факторов:

• вида кислоты
• ее концентрации

Оксид цинка

Белый пористый порошок, желтеющий при нагревании и возвращающий свой первоначальный цвет при охлаждении - это окись металла. Химические свойства оксида цинка, уравнения реакций его взаимодействия с кислотами и щелочами подтверждают амфотерный характер соединения. Так, вещество не может реагировать с водой, но взаимодействует как с кислотами, так и со щелочами. Продуктами реакций будут средние соли (в случае взаимодействия с кислотами) или комплексные соединения - тетрагидроксоцинкаты.

Оксид цинка применяют в производстве белой краски, которую называют цинковыми белилами. В дерматологии вещество входит в состав мазей, присыпок и паст, оказывающих на кожу противовоспалительное и подсушивающее действие. Большая же часть производимого оксида цинка применяется в качестве наполнителя для резины. Продолжая изучать химические свойства цинка и его соединений, рассмотрим гидроксид Zn(OH) 2 .

Амфотерный характер гидроксида цинка

Белый осадок, выпадающий под действием щелочи на растворы солей металла - это основание цинка. Соединение быстро растворяется под действием кислот или щелочей. Первый тип реакции заканчивается образованием средних солей, второй - цинкатов. В твердом виде выделены комплексные соли - гидроксоцинкаты. Особенностью гидроксида цинка является его способность растворяться в водном растворе аммиака с образованием гидроксида тетраамминцинка и воды. Основание цинка является слабым электролитом, поэтому как его средние соли, так и цинкаты в водных растворах поддаются гидролизу, то есть их ионы взаимодействуют с водой и образуют молекулы гидроксида цинка. Растворы таких солей металла, как хлорид или нитрат, будут иметь кислую реакцию вследствие накопления избытка ионов водорода.

Характеристика сульфата цинка

Рассмотренные нами ранее химические свойства цинка, в частности, его реакции с разбавленной сульфатной кислотой, подтверждают образование средней соли - сернокислого цинка. Это бесцветные кристаллы, нагревая которые до 600° и выше, можно получить оксосульфаты и трехокись серы. При дальнейшем нагревании сернокислый цинк преобразуется в оксид цинка. Соль растворима в воде и глицерине. Вещество выделяют из раствора при температуре до 39°C в виде кристаллогидрата, формула которого ZnSO 4 ×7H 2 O. В этом виде его называют цинковым купоросом.

В интервале температур 39°-70° получают шестиводную соль, а выше 70° в составе кристаллогидрата остается только одна молекула воды. Физико-химические свойства сульфата цинка позволяют применять его в качестве отбеливателя при изготовлении бумаги, в виде минерального удобрения в растениеводстве, как подкормку в рационе домашних животных и птицы. В текстильной промышленности соединение используют в производстве вискозной ткани, в окрашивании ситца.

Сернокислый цинк входит также в состав раствора электролита, применяемого в процессе гальванического покрытия слоем цинка железных или стальных изделий диффузным способом или методом горячего оцинкования. Слой цинка в течение длительного времени защищает такие конструкции от коррозии. Учитывая химические свойства цинка, нужно отметить, что в условиях высокой солености воды, значительных колебаний температуры и влажности воздуха оцинкование не дает желаемого эффекта. Поэтому в промышленности нашли широкое применение сплавы металла с медью, магнием и алюминием.

Применение сплавов, содержащих цинк

Для транспортировки многих химических веществ, например, аммиака, по трубопроводам, необходимы особые требования к составу металла, из которого изготовлены трубы. Они изготавливаются на основе сплавов железа с магнием, алюминием и цинком и обладают высокой антикоррозионной устойчивостью к действию агрессивной химической среды. Кроме этого, цинк улучшает механические свойства сплавов и нивелирует вредное влияние таких примесей, как никель и медь. В процессах промышленного электролиза широкое применение получили сплавы меди и цинка. Для транспортировки продуктов нефтепереработки используют танкеры. Они построены из алюминиевых сплавов, содержащих, кроме магния, хрома и марганца, большую долю цинка. Материалы такого состава обладают не только высокими антикоррозионными свойствами и повышенной прочностью, но еще и криогенной стойкостью.

Роль цинка в организме человека

Содержание Zn в клетках составляет 0,0003%, поэтому его относят к микроэлементам. Химические свойства, реакции цинка и его соединений играют важную роль в обмене веществ и поддержании нормального уровня гомеостаза, как на уровне клетки, так и всего организма в целом. Ионы металла входят в состав важных ферментов и других биологически активных веществ. Например, известно, о серьезном влиянии цинка на формирование и функции мужской половой системы. Он входит в состав кофермента гормона тестостерона, отвечающего за фертильность семенной жидкости и формирование вторичных половых признаков. Небелковая часть еще одного важнейшего гормона - инсулина, вырабатываемого бета-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы, также содержит микроэлемент. Иммунный статус организма тоже напрямую связан с концентрацией в клетках ионов Zn +2 , которые находятся в гормоне тимуса - тимулине и тимопоэтине. Высокая концентрация цинка регистрируется в структурах ядра - хромосомах, содержащих дезоксирибонуклеиновую кислоту и участвующих в передаче наследственной информации клетки.

В нашей статье мы изучили химические функции цинка и его соединений, а также определили его роль в жизнедеятельности организма человека.