Цинк - металл серебристо-белого цвета, который еще с древних времен в Египте, Китае, Греции и Индии широко использовался в сплаве с медью (латунь). В середине XVIII века вещество было выделено в чистом виде. Современное название цинк получил лишь в 1920 годах. В природе он представлен солями, находящимися в составе минералов. Из этой статьи вы подробнее узнаете, что такое цинк и как его можно использовать.

Общая характеристика

Цинк - это элемент побочной подгруппы 2-й группы 4-го периода таблицы Менделеева, с порядковым номером 30. Атомная масса цинка равна 65,39. Своим названием он обязан Парацельсу, в трудах которого встречаются слова zinken и zincum, происходящие, очевидно, от слова zinke, означающего зубец. Отсюда произошла и химическая формула цинка - Zn. Будучи весьма распространенным элементом, цинк встречается в земной коре едва ли не во всех водных ресурсах планеты и в львиной доле живых организмов. На сегодняшний день известно более шести десятков минералов этого вещества. Основная масса цинка добывается в Боливии, Австралии, Казахстане и Иране.

Физические и химические свойства

Давайте узнаем, что такое цинк с точки зрения науки. Данный элемент является хрупким и пластичным переходным металлом. При взаимодействии с воздухом, серебристо-белое вещество тускнеет. Цинк горит, образуя белый оксид. При сгибании пластинки из этого материала можно услышать треск, образующийся из-за трения кристаллов. Цинк, нагретый до 100-150 °С становится очень пластичным.

Промышленное использование

Металлический цинк нашел широкое применение в промышленности. С его помощью, путем подземного выщелачивания добывают золото и серебро. Также цинк используется для защиты стали от коррозии (оцинковка и металлизация). В батарейках и аккумуляторах данное вещество выступает в качестве материала для отрицательных электродов.

Цинковые пластины широко используют в полиграфии, главным образом для печати иллюстраций. Из меди и цинка делают латунь. Сплавы этого вещества с магнием и алюминием нашли широкое применение в машиностроении. Цинк вводят в состав твердых припоев, для снижения температуры их плавления. Его окись является антисептическим и противовоспалительным средством, поэтому пользуется популярностью в медицине. Также с ее помощью производят краски - так называемые цинковые белила.

Селенид, фосфид, сульфид и теллурид цинка являются широко применяемыми полупроводниками. Кроме того, фосфид используется в составе отравы для грызунов, сульфид - в составе люминофоров, а селенид - в изготовлении оптических стекол.

Цинк в организме

Действие макроэлемента обуславливается тем фактом, что он входит в состав большого количества ферментов. Таким образом, цинк играет важную роль в организме человека. Еще в древнем Египте, с его помощью заживляли раны. На сегодняшний день учеными доказано, что данный макроэлемент принимает непосредственное участие в укреплении иммунной системы и поддержании нормального гормонального фона, а также стабилизирует рост.

В организме человека это химическое вещество можно найти в: мышечных тканях, костях, почках, печени, клетках крови, и даже сетчатке глаза. Цинк не только способствует долголетию, но и помогает сохранить молодость и избавиться от следов усталости.

Сегодня даже молодежь страдает от недостатка антиоксидантов, одним из которых является цинк. Это крайне негативно влияет на женскую репродуктивность и эндокринную систему. Девушки, у которых наблюдается дефицит цинка, страдают от недостаточной выработки половых гормонов и растут больше, чем нужно. У них отмечаются чересчур длинные конечности, нарушение отложения жировых клеток и менструального цикла и внешняя инфантильность.

Для мужчин цинк также очень важен. Он регулирует рост предстательной железы, а также отвечает за профилактику мужского бесплодия и аденомы простаты. Кроме того, данный микроэлемент активирует деятельность половых гормонов и сперматозоидов.

В пожилом возрасте недостаток цинка приводит к потере слуха, развитию атеросклероза и частым инфекционным заболеваниям. При достаточном употреблении этого вещества улучшаются память, внимание и прочие функции мозга.

Огромное количество цинка содержится в наших волосах. Поэтому проблемы с волосяным покровом (ломкость, тусклость, выпадение) являются первым сигналом о его недостатке. Многие знают, что витамин А - это залог здоровья ногтей кожи и волос. Однако даже его усиленный прием может оказаться безрезультатным, если не принимать цинк, выступающий активатором витаминов Е и А.

Кроме того, он позволяет избавиться от угревой сыпи, ревматизма, и инфекционных заболеваний ротовой полости. Исследования показали, что высокая смертность новорожденных мальчиков может быть вызвана дефицитом цинка у матери во время беременности. Усиливается данная проблема тем фактом, что женская потребность в этом веществе гораздо меньше, чем мужская. По этой же причине возможны гестоз и выкидыши.

Благодаря антиоксидантным и регенеративным свойствам, данный макроэлемент более 5000 лет используется для заживления ран и ожогов. Его по сей день добавляют в мази, лосьоны и крема.

Суточная норма

Норма потребления цинка была определена лишь в 1970 году. У мужчин она составляет 15 мг в сутки, а у женщин - 12 мг. Вместе с тем многие специалисты настаивают на том, что эти показатели стоит увеличить как минимум вдвое. Статистика же показывает, что большинство населения Земли не получает и указанных количеств макроэлементы. В некоторых случаях дозу цинка однозначно стоит увеличить. Это: психологические нагрузки, беременность и кормление, физические нагрузки, вегетарианство.

Необходимо также иметь в виду, что при лечении кортизоном, употреблении противозачаточных препаратов, а также злоупотреблении чересчур сладкой и соленой пищей усвояемость цинка снижается. А вот употребление магния и витамина В6, наоборот, повышает активность этого макроэлемента. Поэтому магний и цинк часто представлены в лекарственных препаратах в тандеме.

Признаки дефицита

Недостаток цинка в организме может быть обусловлен рядом причин: недостаточное поступление с пищей, плохое усвоение, нарушения в работе щитовидной железы, заболевания печени. Кроме того, поводом для дефицита этого макроэлемента может стать переизбыток белков, фитина и селена, употребляемых с продуктами питания. Причиной данной проблемы и снижения качества жизнедеятельности в целом также могут стать моральные и физические нагрузки, нестабильный образ жизни, стрессовые ситуации, вредные привычки.

Перерасход цинка в организме происходит при воспалениях и онкологии. Причина в том, что при лечении данных заболеваний, активируется рост клеток, в котором важную роль играет цинк.

Недостаток данного макроэлемента в организме является довольно серьезной проблемой. Он может привести к таким проблемам:

1. Патологии желудочно-кишечного тракта.
2. Нарушения сна, утомляемость, нервозность.
3. Склонность к алкогольной зависимости, депрессивные состояния.
4. Гиперактивность.
5. Потеря обоняния, аппетита и вкусовых ощущений.
6. Уменьшение остроты зрения.
7. Малокровие.
8. Угри, дерматит, экзема, псориаз и прочие заболевания кожи.
9. Поражение волосяного покрова и ногтей.
10. Развитие сахарного диабета.
11. Задержка полового созревания, которая может привести к аденоме простаты и импотенции.
12. Патологии во время беременности или даже бесплодие.
13. Ослабление иммунитета и, как следствие, аллергические и респираторные заболевания.
14. Преждевременное старение.

Как показали недавние исследования, если в организме человека наблюдается недостаток цинка и таурина, то у него может начать развиваться эпилепсия.

Цинк особенно важен для детей, так как его нехватка может привести к остановке роста. В некоторых восточных странах, из-за указанной причины проживает много людей карликового роста.

Избыток цинка

Переизбыток макроэлемента наступает при употреблении более двух грамм в сутки. Если же принять более 200 г цинка, то он вызовет рвоту. Длительное употребление вещества в количестве более 100 грамм в день приводит к ухудшению иммунитета и способствует развитию язв желудка. Острое отравление сопровождается рвотными рефлексами, диареей и появлением во рту специфического привкуса.

Причиной переизбытка цинка может быть прием препаратов несогласованных с врачом, нарушение обмена веществ на клеточном уровне, работа на вредном производстве и даже неправильное использование оцинкованной посуды.

Симптомами начальных стадий отравления данным макроэлементом являются: патологии кожи, ногтей и волос, ослабление иммунной системы, боли в желудке, нарушения в работе печени, поджелудочной железы и простаты. При более сильных отравлениях могут возникнуть боли в поясничном отделе, усиленное сердцебиение и боли при мочеиспускании. Велика также вероятность повышения уровня холестерина в сосудах.

Положительным является тот факт, что, по мнению многих ученых, передозировка цинком практически невозможна, так как он не обладает токсичностью и не может накапливаться в тканях в виде излишков. Особенно это касается макроэлемента, содержащегося в естественном виде в продуктах питания. А вот дефицит вещества в рационе питания многих людей действительно является серьезной проблемой.

Источники в пище

Казалось бы, если цинк в продуктах встречается едва ли не повсеместно, откуда у людей проблемы с дефицитом данного макроэлемента. Здесь есть ряд нюансов. Во-первых, в растительных источниках количество цинка крайне незначительно. Во-вторых, макроэлементы, поступающие в организм с пищей, далеко не всегда усваиваются в полном объеме. И в-третьих, на снижение пищевой ценности продуктов может влиять кулинарная обработка и выращивание на обедненных почвах (применительно к растениям). Поэтому прежде чем составлять комплексный рацион питания, стоит разобраться, что такое цинк и сколько его в том или ином продукте. Особо внимательными стоит быть вегетарианцам.

Кстати говоря, в народной медицине есть простое, но действенное средство для восполнения дефицита цинка - настой из листьев березы.

Взаимодействие цинка с другими веществами

У цинка есть как «враги», так и «помощники». К первой категории веществ можно отнести: медь, железо, ртуть и кальций. Цинк плохо усваивается под влиянием: танина, алкоголя, анаболиков, диуретиков и противозачаточных средств. Такое важное для организма вещество как клетчатка, может снизить эффективность цинка до 80%. Здесь, опять же, стоит быть внимательными вегетарианцам, которые потребляют много овощей и фруктов, содержащих клетчатку.

К помощникам цинка относятся: витамины групп А, Е, С и В6, фтор и пиколиновая кислота. Кстати говоря, комплекс из цинка, марганца и витамина В6 используется для профилактики некоторых видов шизофрении.

Препараты на основе цинка

Разобравшись, что такое цинк и как его используют, кратко рассмотрим, в каких медицинских препаратах он представлен. Здесь сразу стоит оговориться, что применять медикаменты без консультации доктора крайне нежелательно. Чаще всего больным назначают растворы цинка, присыпки, мази (например "Бюро плюс", "Деситин", "Глутамол", цинковую мазь), а также окиси и сульфаты в виде капель. Популярны и содержащие цинк витамины («Центрум», «Селиницинк Плюс», «Цинктерал», «Цинкит»). Кроме того, для лечения геморроя используют свечи с цинком, а для борьбы с облысением - таблетки.

Раздел. Получение и свойства цинка.

Цинк — это 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 (CAS-номер: 7440-66-6) при нормальных условиях — хрупкий переходный голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

Получение и свойства цинка

Известно 66 минералов цинка, в частности цинкит, сфалерит, виллемит, каламин, смитсонит, франклинит. Наиболее распространенный минерал — сфалерит, или цинковая обманка. Основной компонент минерала — сульфид цинка ZnS, а разнообразные примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Из-за трудности определения этого минерала его называют обманкой (др.-греч. σφαλερός — обманчивый). Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы элемента № 30: смитсонит ZnCO3, цинкит ZnO, каламин 2ZnO · SiO2 · Н2O. На Алтае нередко можно встретить полосатую «бурундучную» руду — смесь цинковой обманки и бурого шпата. Кусок такой руды издали действительно похож на затаившегося полосатого зверька.

Среднее содержание цинка в земной коре — 8,3·10-3%, в основных извержённых породах его несколько больше (1,3·10-2%), чем в кислых (6·10-3%). Цинк — энергичный водный мигрант, особенно характерна его миграция в термальных водах вместе со свинцом. Из этих вод осаждаются сульфиды цинка, имеющие важное промышленное значение. Цинк также энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах, главным осадителем для него является сероводород, меньшую роль играет сорбция глинами и другие процессы.

Цинк — важный биогенный элемент, в живых организмах содержится в среднем 5·10-4% цинка. Но есть и исключения — так называемые организмы-концентраторы (например, некоторые фиалки).

Месторождения цинка известны в Австралии, Боливии. В Российской Федерации крупнейшим производителем свинцово-цинковых концентратов является ОАО "ГМК Дальполиметалл".

Цинк в природе как самородный металл не встречается. 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 SO2 расходуется на производство серной кислоты. Чистый цинк из оксида ZnO получают двумя способами. По пирометаллургическому (дистилляционному) способу, существующему издавна, обожженный концентрат подвергают спеканию для придания зернистости и газопроницаемости, а затем восстанавливают углем или коксом при 1200—1300 °C: 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 чистотой 99,995 % и позволяет извлекать кадмий.

Основной способ получения цинка — электролитический (гидрометаллургический). Обожженные концентраты обрабатывают серной кислотой; получаемый сульфатный раствор очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу в ваннах, плотно выложенных внутри свинцом или винипластом. 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.

В чистом виде — довольно пластичный серебристо-белый металл. Обладает гексагональной решеткой с параметрами а = 0,26649 нм, с = 0,49431 нм, пространственная группа P 63/mmc, Z = 2. При комнатной температуре хрупок, при сгибании пластинки слышен треск от трения кристаллитов (обычно сильнее, чем «крик олова»). При 100—150 °C цинк пластичен. Примеси, даже незначительные, резко увеличивают хрупкость цинка. Собственная концентрация носителей заряда в цинке 13,1·1028 м−3.

Чистый металлический цинк используется для восстановления благородных металлов, добываемых подземным выщелачиванием (золото , серебро). Кроме того, цинк используется для извлечения серебра, золота (и других металлов) из чернового свинца в виде интерметаллидов цинка с серебром и золотом (так называемой «серебристой пены»), обрабатываемых затем обычными методами аффинажа.

Применяется для защиты стали от коррозии (оцинковка поверхностей, не подверженных механическим воздействиям, или металлизация — для мостов, емкостей, металлоконструкций).

Цинк используется в качестве материала для отрицательного электрода в химических источниках тока, то есть в батарейках и аккумуляторах, например: марганцево-цинковый элемент, серебряно-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,85 В, 150 Вт·ч/кг, 650 Вт·ч/дмі, малое сопротивление и колоссальные разрядные токи), ртутно-цинковый элемент (ЭДС 1,35 В, 135 Вт·ч/кг, 550—650 Вт·ч/дмі), диоксисульфатно-ртутный элемент, йодатно-цинковый элемент, медно-окисный гальванический элемент (ЭДС 0,7—1,6 Вольт, 84—127 Вт·ч/кг, 410—570 Вт·ч/дмі), хром-цинковый элемент, цинк-хлоросеребряный элемент, никель-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,82 Вольт, 95—118 Вт·ч/кг, 230—295 Вт·ч/дмі), свинцово-цинковый элемент, цинк-хлорный аккумулятор, цинк-бромный аккумулятор и др.

Цинк (Zinc) - это

Очень важна роль цинка в цинк-воздушных аккумуляторах, которые отличаются весьма высокой удельной энергоёмкостью. Они перспективны для пуска двигателей (свинцовый аккумулятор — 55 Вт·ч/кг, цинк-воздух — 220—300 Вт·ч/кг) и для электромобилей (пробег до 900 км).

Цинк вводится в состав многих твёрдых припоев для снижения их температуры плавления.

Окись цинка широко используется в медицине как антисептическое и противовоспалительное средство. Также окись цинка используется для производства краски — цинковых белил.

Цинк — важный компонент латуни. Сплавы цинка с алюминием и магнием (ЦАМ, ZAMAK) благодаря сравнительно высоким механическим и очень высоким литейным качествам очень широко используются в машиностроении для точного литья. В частности, в оружейном деле из сплава ZAMAK (-3, -5) иногда отливают затворы пистолетов, особенно рассчитанных на использование слабых или травматических патронов. Также из цинковых сплавов отливают всевозможную техническую фурнитуру, вроде автомобильных ручек, корпусы карбюраторов, масштабные модели и всевозможные миниатюры, а также любые другие изделия, требующие точного литья при приемлемой прочности.

Хлорид цинка — важный флюс для пайки металлов и компонент при производстве фибры.

Сульфид цинка используется для синтеза люминофоров временного действия и разного рода люминесцентов на базе смеси ZnS и CdS. Люминофоры на базе сульфидов цинка и кадмия, также применяются в электронной промышленности для изготовления светящихся гибких панелей и экранов в качестве электролюминофоров и составов с коротким временем высвечивания.

Теллурид, селенид, фосфид, сульфид цинка — широко применяемые полупроводники.

Селенид цинка используется для изготовления оптических стёкол с очень низким коэффициентом поглощения в среднем инфракрасном диапазоне, например, в углекислотных лазерах.

На разные применения цинка приходится:

цинкование — 45-60 %

медицина (оксид цинка как антисептик) — 10 %

производство сплавов — 10 %

производство резиновых шин — 10 %

масляные краски — 10 %.

Производство цинка в мире за 2009 год составило 11,277 млн т, что на 3,2 % меньше чем в 2008 г.

Список стран по производству цинка в 2006 году (на основе «Геологического обзора Соединенных Штатов»)

необходим для продукции спермы и мужских гормонов

необходим для метаболизма витамина E.

важен для нормальной деятельности простаты.

участвует в синтезе разных анаболических гормонов в организме, включая инсулин, тестостерон и гормон роста.

необходим для расщепления алкоголя в организме, так как входит в состав алкогольдегидрогеназы.

Цинк (Zinc) - это

Среди продуктов, употребляемых в пищу человеком, наибольшее содержание цинка — в устрицах. Однако в тыквенных семечках содержится всего на 26 % меньше цинка, чем в устрицах. Например, съев 45 граммов устриц, человек получит столько же цинка, сколько содержится в 60 граммах тыквенных семечек. Практически во всех хлебных злаках цинк содержится в достаточном количестве и в легкоусваиваемой форме. Поэтому, биологическая потребность организма человека в цинке обычно полностью обеспечивается ежедневным употреблением в пищу цельнозерновых продуктов (нерафинированного зерна).

~0,25 мг/кг — яблоки, апельсины, лимоны, инжир, грейпфруты, все мясистые фрукты, зелёные овощи, минеральная вода.

~2—8 мг/кг — малина, чёрная смородина, финики, большая часть овощей, большинство морских рыб, постная , молоко, очищенный рис, свёкла обычная и сахарная, спаржа, сельдерей, помидоры, картофель, редька, хлеб.

~8—20 мг/кг — некоторые зерновые, дрожжи, лук, чеснок, неочищенный рис, яйца.

~20—50 мг/кг — овсяная и ячменная мука, патока, яичный желток, кроликов и цыплят, орехи, горох, фасоль, чечевица, зелёный чай, сушёные дрожжи, кальмары.

~30—85 мг/кг — говяжья печень, некоторые виды рыб.

~130—202 мг/кг — отруби из пшеницы, проросшие зёрна пшеницы, тыквенные семечки, семечки подсолнечника.

Недостаток цинка в организме приводит к ряду расстройств. Среди них раздражительность, утомляемость, потеря памяти, депрессивные состояния, снижение остроты зрения, уменьшение массы тела, накопление в организме некоторых элементов (железа , купрума, кадмия, свинца), снижение уровня инсулина, аллергические заболевания, анемия и другие.

Для оценки содержания цинка в организме определяют его содержание в волосах, сыворотке и цельной крови.

При длительном поступлении в организм в больших количествах все соли цинка, особенно сульфаты и хлориды, могут вызывать отравление из-за токсичности ионов Zn2+. 1 грамма сульфата цинка ZnSO4 достаточно, чтобы вызвать тяжелое отравление. В быту хлориды, сульфаты и оксид цинка могут образовываться при хранении пищевых продуктов в цинковой и оцинкованной посуде.

Цинк (Zinc) - это

Отравление ZnSO4 приводит к малокровию, задержке роста, бесплодию.

Отравление оксидом цинка происходит при вдыхании его паров. Оно проявляется в появлении сладковатого вкуса во рту, снижении или полной потере аппетита, сильной жажде. Появляется усталость, чувство разбитости, стеснение и давящая боль в груди, сонливость, сухой кашель.

Области применения цинка. ЦВОО Для производства химически чистых реактивов для нужд электротехнической промышленности и для научных целей.

ЦВО Для нужд полиграфической и автомобильной отраслей промышленности .

ЦВ Для отливаемых под давлением особо ответственных деталей, авиа- и автоприборов; для изготовления окиси цинка, применяемой в химико-фармацевтической промышленности; для химически чистых реактивов; для получения цинкового порошка, используемого в аккумуляторной промышленности.

Ц0А Для цинковых листов, применяемых в производстве гальванических элементов, для отливаемых под давлением ответственных деталей авиа- и автоприборов; для изготовления цинковых сплавов, обрабатываемых давлением; для горячего и гальванического оцинкования предметов торговли и полуфабрикатов; для изготовления цинкового порошка; для легирования алюминиевых сплавов; для изготовления цинковых белил.

Ц0 Для цинковых листов, применяемых в производстве гальванических элементов; для отливаемых под давлением ответственных деталей авиа- и автоприборов; для изготовления цинковых сплавов, обрабатываемых давлением, для горячего и гальванического оцинкования предметов торговли и полуфабрикатов, в том числе на непрерывных агрегатах оцинкования; для изготовления муфельных и печных сухих цинковых белил; для изготовления цинкового порошка; для легирования алюминиевых сплавов.

Цинк (Zinc) - это

Ц1 Для производства сплавов, обрабатываемых давлением (в том числе для цинковых листов); для изготовления гальванических элементов (отливки); для гальванического оцинкования в виде анодов; для горячего оцинкования предметов торговли и полуфабрикатов, в том числе на непрерывных агрегатах оцинкования; для изготовления муфельных и печных сухих цинковых белил; для специальных латуней; медно-цинковых сплавов; для приготовления флюса при лужении жести для консервных банок; для изготовления цинкового порошка, применяемого в химической и металлургической промышленности.

Ц2 Для производства цинковых листов, для медно-цинковых сплавов и бронз; для горячего оцинкования предметов торговли и полуфабрикатов; для изготовления проволоки для шоопирования; для изготовления цинкового порошка, применяемого, в химической и металлургической промышленности.

Ц3 Для производства цинковых листов, в том числе предназначенных для полиграфической промышленности, для обычных литейных и свинцовых медно-цинковых сплавов; для горячего оцинкования предметов торговли и полуфабрикатов; для изготовления цинкового порошка, применяемого в металлургической промышленности.

Латинское zincum переводится как «белый налет». Откуда произошло это слово, точно не установлено. Некоторые историки науки и лингвисты считают, что оно происходит от персидского «ченг», хотя это название относится не к цинку, а вообще к камням. Другие связывают его с древнегерманским «цинко», означавшим, в частности, бельмо на глазу.

За многие века знакомства человечества с цинком название его неоднократно менялось: «спелтер», «тутия», «шпиаутер»... Общепризнанным название «цинк» стало лишь в 20-х годах нашего столетия.

Цинк (Zinc) - это

В каждом деле есть свой чемпион: чемпион по бегу, по боксу, по танцам, по скоростной варке пищи, по отгадыванию кроссвордов... С именем Чемпиона (Чемпиона с большой буквы) связана история первых в Европе цинковых производств. На имя Джона Чемпиона был выдан на дистилляционный способ получения цинка из окисленных руд. Случилось это в 1739 г., а к 1743 г. был построен завод в Бристоле с ежегодной продукцией 200 т цинка. Через 19 лет тот же Д. Чемпион запатентовал способ получения цинка из сульфидных руд.

По старинным преданиям, папоротник цветет лишь в ночь под Ивана Купалу и охраняет этот цветок нечистая сила. В действительности папоротник как споровое растение не цветет вообще, но слова «папоротниковые цветы» можно встретить на страницах вполне серьезных научных журналов. Так называют характерные узоры цинковых покрытий. Эти узоры возникают благодаря специальным добавкам сурьмы (до 0,3%) или олова (до 0,5%), которые вводят в ванны горячего цинкования. На некоторых заводах «цветы» получают иначе, - прижимая горячий оцинкованный лист к рифленому транспортеру.

Первый в мире электромотор был сконструирован академиком Б.С. Якоби. В 1838 г. всеобщее восхищение вызвал его электроход - лодка с электрическим двигателем, которая осуществляла перевозку вверх и вниз по Неве до 14 пассажиров. Мотор получал ток от гальванических батарей. В хоре восторженных откликов диссонансом прозвучало мнение известного немецкого химика Юстуса Либиха: «Гораздо выгоднее прямо сжигать уголь для получения теплоты или работы, чем расходовать этот уголь на добывание цинка, а затем уже сжиганием его в батареях получать работу в электродвигателях». В итоге Либих оказался прав наполовину: как источник питания электродвигателей батареи скоро перестали применять. Их заменили аккумуляторами, способными восполнять запасы энергии. В аккумуляторах до последнего времени цинк не применяли. Лишь в наши дни появились аккумуляторы с электродами из серебра и цинка. В частности, такой аккумулятор работал на борту третьего советского искусственного спутника Земли.

В доисторических дакийских развалинах в Трансильвании был найден идол, отлитый из сплава, содержащего около 87% цинка. Получение металлического цинка из галмея (Zn4*H2O) впервые описывает Страбон (60-20 гг. до н.э.). Цинк в этот период называли тутией или фальшивым серебром.

С кристаллической окисью цинка связана одна из самых больших научных сенсаций 20-х годов нашего века. В 1924 году один из радиолюбителей города Томска установил рекорд дальности приема.

Детекторным приемником он в Сибири принимал передачи радиостанций Франции и Германии, причем слышимость была более отчетливой, чем у владельцев одноламповых приемников.

Как это могло произойти? Дело в том, что детекторный приемник томского любителя был смонтирован по схеме сотрудника нижегородской радиолаборатории О.В.Лосева.

Дело в том, что Лосев включил в схему кристалл окиси цинка. Это заметно улучшело чувствительность аппарата к слабым сигналам. Вот что говорилось в редакционной статье американского журнала “Radio-News”, целиком посвященной работе нижегородского изобретателя: ” О.В.Лосева из Государственной радиоэлектрической лаборатории в Российской Федерации делает эпоху, и теперь кристалл заменит лампу!

Цинк является единственным элементом, который входит в жизненный цикл человека (в отличие от других металлов, используемых в защитных покрытиях). Суточная потребность человека в цинке оценивается в 15 мг; в питьевой воде разрешается концентрация цинка 1 мг/л. Отравиться цинком весьма трудно, лишь при вдыхании паров цинка от сварки могут возникнуть ощущения, свидетельствующие об отравлении, которые проходят при выведении пострадавшего из данной рабочей атмосферы. Наблюдается также "литейная лихорадка" у рабочих, связанных с переработкой веществ, содержащих цинк, если концентрация цинковой пыли в воздухе на рабочем месте превышает 15 мг/мі.

История оцинковывания начинается с 1742 г., когда французский химик Мелуин, на презентации во Французской Королевской Академии, описал метод покрытия железа путем погружения его в расплавленный цинк.

В 1836, Сорел, другой французский химик, получил патент на способ покрытия железа цинком после первой очистки 9% серной кислотой и обработкой хлоридом аммония. Подобный патент в Англии был выдан в 1837 г. К 1850 г. в Британии использовалось 10 000 т цинка в год с целью защиты стали от коррозии.

Революционный метод использования водорода, полученного экологически безопасным и дешевым путем, был разработан командой ученых из Израиля, Швеции, Швейцарии и Франции .

В основу данного метода положено производство порошка цинка. Это поможет избавиться в будущем от применения бензина, который загрязняет атмосферу. Недавно разразившийся энергетический еще раз дал понять о необходимости разработки альтернативного источника энергии для автомобилей. Один из самых вероятных кандидатов для замены бензина считается водород. Его запасы велики, и он может быть получен из воды. Одна из проблем, возникающих при использовании водорода, заключается в дороговизне его получения и транспортировке. В настоящий момент самым применяемым способом получения водорода является электролиз. Он расщепляет молекулы воды на составляющие: водород и кислород путем пропускания электричества. Этот относительно прост, однако требует большого количества электричества. Это довольно дорого для использования в промышленных масштабах. Разделение молекул воды с помощью нагрева не очень часто встречается, поскольку это требует температуры выше 2,5 тыс. градусов Цельсия. Несколько лет назад был разработан новый метод с использованием порошка цинка для получения водорода. Это процесс требовал меньшей температуры - 350 градусов Цельсия. Поскольку цинк является достаточно распространенным элементом и четвертым в мире по выпуску после железа, алюминия и купрума , он может легко использоваться для производства водорода. Единственная проблема, которая может при этом возникнуть, - трудность в получении порошка цинка (Zn) из оксида цинка (ZnO) с помощью электролиза или в плавильной печи. Однако эти способы очень энергоемки и загрязняют окружающую среду. В ходе разработки учеными были применены самые сильные в мире управляемые компьютером зеркала, расположенные в израильском институте Weitzman. Группа зеркал способна концентрировать солнечную энергию в желаемом месте, обеспечивая сверхвысокую температуру. Таким образом, ученые смогли получить порошок цинка для производства водорода.

Растущее использование оцинкованных стальных металлоконструкций для сооружения объектов на открытом воздухе, для которых обязательным условие является длительный срок эксплуатации, требует нанесения цинкового слоя толще обычного.

Там где ожидается более продолжительная эксплуатация конструкции, чем может обеспечить цинкование, следует рассмотреть вариант последующего покрытия цинкового слоя краской. В настоящее время существуют краски, которые можно наносить на только что оцинкованную . Как вариант, окрашивание можно провести несколько позже, после образования оксидной пленки. Цинковое покрытие под краской необходимо для защиты железа или стали от коррозии, если слой краски разрушится в период между техническим обслуживанием. Очень легко удалить старый слой краски с оцинкованной поверхности и покрасить снова, но гораздо труднее удалить краску с корродированной поверхности, если ранее она была нанесена непосредственно на сталь или железо. Сочетание цинкования с последующим окрашиванием обеспечивает длительность эксплуатации.

Производство и потребление цинка связано практически со всеми областями деятельности (строительство, автотранспорт, энергетика, медицина, пищевая , керамика и т.д.).

Мировое потребление цинка постоянно растет вне зависимости от состояния всемирной экономики, причем зачастую опережая рост валового национального продукта.

40-50% от мирового потребления цинка используется для производства оцинкованной стали - причем приблизительно 1/3 для горячего цинкования готовых предметов торговли, 2/3 для цинкования полосы и проволоки.

Невозможно представить современную жизнь без цинка. Ежегодно в мире потребляется более 10 миллионов тонн цинка. Дом, компьютер, многие вещи вокруг нас - все это сделано с использованием цинка.

Ежегодно в мире производится миллионы тонн цинка. Половина этого объема используется для защиты стали от ржавчины. Экологически привлекательным моментом в пользу применения цинка является то, что 80% его используется вторично и он не теряет своих физических и химических свойств. Предохраняя сталь от коррозии, цинк помогает сохранить , такие, как и энергия. Продлевая срок службы стали, цинк увеличивает жизненный цикл товаров и капитальных вложений - домов, мостов, энерго- и водораспределителей, телекоммуникации - таким образом оберегая вложения и помогая уменьшить на ремонт и техобслуживание.

Благодаря своим уникальным свойствам цинк применяется во многих отраслях промышленности:

в строительстве;

для производства шин и резиновых предметов торговли;

для денежной эмиссии удобрений и корма для животных;

для изготовления автомобильного оборудования и бытовых приборов, фурнитуры, инструментов;

для изготовления фармацевтического, медицинского оборудования и косметики.

В отличие от искусственных химических соединений, цинк - естественный природный элемент. Цинк присутствует в воде, воздухе, почве, а также играет важную роль в биологических процессах всех живых организмов, включая человека, животных и растений.

Цинковые соединения также должны присутствовать в пище человека. Человеческое тело содержит 2-3 грамма цинка.Заживляющие свойства цинковых соединений дали толчок для их использования во многих фармацевтических и косметических продуктах, от липких пластырей до антисептических кремов и солнцезащитных лосьонов.

Использование цинка отвечает целям долговременного развития человечества.

Цинк может повторно использоваться бесконечное число раз без потери своих физических и химических показателей. На сегодняшний день уже около 36% мирового цинка поставляется из переработки, и около 80 % цинка, пригодного для переработки, в действительности перерабатывается. Благодаря длинному жизненному циклу большинства товаров из цинка, который может иногда длиться более 100 лет без ремонта, большая часть цинка, произведённого в прошлом, до сих пор используется, составляя ценный подкрепляющий источник цинка для будущих поколений.

Общая характеристика цинка Zn

Суточная потребность в цинке

Суточная потребность в цинке составляет - 10-15 мг.

Верхний допустимый уровень потребления цинка установлен в 25 мг в сутки

Потребность в цинке возрастает при:

занятиях спортом

обильных потоотделениях.

Цинк входит в состав более 200 ферментов, которые участвуют в различных обменных реакциях, включая синтез и распад углеводов, белков, жиров и нуклеиновых кислот - основного генетического материала. Он является составной частью гормона поджелудочной железы - инсулина, регулирующего уровень сахара в крови.

Цинк способствует росту и развитию человека, необходим для полового созревания и продолжения потомства. Он играет важную роль в формировании скелета, необходим для функционирования иммунной системы, обладает антивирусными и антитоксическими свойствами, участвует в борьбе с инфекционными болезнями и раком.

Цинк необходим для поддержания нормального состояния волос, ногтей и кожи, обеспечивает возможность ощущать вкус, запах. Он входит в состав фермента окисляющего и обезвреживающего спирт.

Цинку свойственна немалая антиоксидантная активность (как селену, витаминам С и Е) - он входит в состав фермента супероксиддисмутазы, который препятствует образование агрессивных активных форм кислорода.

Признаки нехватки цинка

потеря обоняния, вкуса и аппетита

ломкость ногтей и появление белых пятнышек на ногтях

выпадение волос

частые инфекции

плохое заживление ран

позднее половое содержание

импотенция

утомляемость, раздражительность

снижение способности к обучению

Признаки избытка цинка

желудочно-кишечным расстройствам

головные боли

Цинк необходим для нормального функционирования всех систем организма.

Земля становится все беднее цинком, а пища, употребляемая нами, содержит много углеводов и мало микроэлементов, что еще более усугубляет ситуацию. Избыток кальция в организме снижает усвоение цинка на 50%. Цинк быстро выводится из организма при стрессах (физическом и эмоциональном), под действием токсичных металлов, пестицидов. С возрастом усвоение этого минерала существенно снижается, поэтому необходим его дополнительный прием.

Добавки цинка помогают предупреждению болезни Альцгеймера. У людей, страдающих этой болезнью, почти невозможно обнаружить цинк-зависимый гормон вилочковой железы - тимулин, а это подразумевает, что цинка может играть определенную роль в возникновении патологического процесса.

Цинк жизненно важен для функционирования тимуса и нормального состояния иммунной системы. Являясь компонентом ретинолпереносящего белка, цинк вместе с витамином А и витамином С препятствует возникновению иммунодефицитов, стимулируя синтез антител и оказывая противовирусное действие. Злокачественные опухоли активнее развиваются на фоне пониженного уровня цинка.

Самый важный симптом недостаточности цинка - общая нервозность, слабость. Симптомы почти всех кожных заболеваний ослабевают или исчезают при увеличении содержания цинка в организме. Он особенно эффективен при лечении угревой сыпи, которую некоторые исследователи считают заболеванием, обусловленным дефицитом цинка и одной из незаменимых жирных кислот.

Действие биологически активных добавок к пище, содержащих цинк, проявляется не сразу, могут пройти недели и месяцы, прежде чем будут заметны результаты на коже.

Цинк играет важную роль в гормональном балансе организма. Мужской организм в большей мере, чем женский нуждается в цинке. Развитие аденомы простаты неразрывно связано с недостаточным потреблением цинка в течение всей жизни. Нехватка цинка может ухудшать образование спермы и выработку тестостерона. В группе мужчин старше 60-ти лет, принимавших цинк, уровень тестостерона в сыворотке крови возрастал буквально вдвое.

Одним из металлов, которые были открыты достаточно давно, но и по сей день не потеряли своей актуальности в использовании благодаря замечательным своим свойствам, является цинк. Его физические и химические свойства позволяют применять материал в самых разных отраслях техники и быта. Он оказывает существенное влияние и на здоровье человека.

Краткая история открытия элемента

Что такое цинк, люди знали еще до нашей эры. Ведь именно тогда научились применять сплавы, содержащие этот металл. Египтяне использовали руды, содержащие медь и цинк, сплавляли их и получали очень прочный, устойчивый к окислению материал. Были найдены предметы быта, посуда, выполненные из этого материала.

Название zinc встречается в трудах врача Парацельса в XVI веке нашей эры. В этот же период металл активно начинают использовать китайцы, отливая из него монеты. Постепенно знания об этом веществе и его хороших технических свойствах переходят в Европу. Тогда и в Германии, Англии также узнали, что такое цинк и где его можно использовать.

Латунь была одним из первых и самых известных сплавов, используемых еще с древних веков на Кипре, а позже в Германии и других странах.

Название происходит от латинского zincum, однако этимология не совсем ясна. Есть несколько версий.

1. От немецкого zinke, что переводится как "острие".
2. От латинского zincum, что означает "белый налет".
3. Персидский "ченг", то есть камень.
4. Древнегерманский zinco, что переводится, как "налет", "бельмо на глазу".

Сегодняшнее название элемент получил только в начале XX века. О значении ионов цинка в организме человека также стало известно лишь сравнительно недавно (XX век). До этого никакие недуги с этим элементом не связывали.

Однако известно, что уже в древности многие народы использовали супы из мяса молодого барашка как средство восстановления после болезни и для скорейшей поправки. Сегодня можно сказать, что эффект достигался за счет ионов цинка, которых в этом блюде содержится достаточно много. Он помогал восстановлению кровообращения, снятию усталости и активизировал мозговую деятельность.

Элемент Цинк: характеристика

Данный элемент располагается в периодической системе во второй группе, побочной подгруппе. Порядковый номер 30, масса Цинка - 65,37. Единственная и постоянная степень окисления +2. Электронная конфигурация внешнего слоя атома 4s 2 .

В таблице Цинк, Медь, Кадмий, Хром, Марганец и многие другие - это переходные металлы. К ним относятся все те, у которых электроны заполняют внешний и предвнешний d и f энергетические подуровни.

Соли цинка

Практически все соли, которые не являются двойными и комплексными, то есть не содержат посторонних окрашенных ионов, - это бесцветные Самыми популярными в плане использования человеком являются следующие из них.

1. Хлорид цинка - ZnCL 2. Другое название соединения - паяльная кислота. Внешне представляет собой белые кристаллики, хорошо впитывающие влагу воздуха. Используется для очищения поверхности металлов перед пайкой, получения фибры, в батарейках, для пропитки дерева перед обработкой в качестве дезинфектора.
2. Сульфид цинка. Белый порошок, быстро желтеющий при нагревании. Имеет высокую температуру плавления, в отличие от чистого металла. Используется при производстве люминесцирующих составов, наносимых на экраны, панели и прочие предметы. Является полупроводником.
3. - распространенная отрава, применяемая для избавления от грызущих животных (мышей, крыс).
4. Смитсонит, или карбонат цинка - ZnCO 3 . Бесцветное кристаллическое соединение, нерастворимое в воде. Применяется в нефтехимическом производстве, а также в реакциях получения шелка. Является катализатором в органических синтезах, используется в качестве удобрения для почв.
5. Ацетат цинка - (CH 3 COO) 2 Zn. Бесцветные кристаллы, хорошо растворимые во всех растворителях любой природы. Находит широкое применение как в химической, так и в медицинской и пищевой промышленности. Используется для лечения нозафарингита. Применяется в качестве пищевой добавки Е650 - освежает дыхание, предупреждает появление налета на зубах, когда входит в состав жвачки. Его же используют для протравливания красителей, консервации древесины, производства пластмасс и прочих органических синтезах. Практически везде играет роль ингибитора.
6. Йодид цинка - белые кристаллы, используемые в рентгенографии, в качестве электролита в аккумуляторах, как краситель для электронных микроисследований.
7. Черные или темно-зеленые кристаллы, которые невозможно получить прямым синтезом, так как цинк с азотом не реагирует. Образуются из аммиаката металла. При высоких температурах разлагается с высвобождением цинка, поэтому применяется для его получения.
8. Нитрат цинка. Бесцветные гигроскопичные кристаллы. Применение цинка в таком виде осуществляется в текстильной и кожевенной промышленностях для протравки тканей.

Сплавы цинка

Как уже упоминалось выше, существует самый распространенный сплав цинка - латунь. Именно он известен с самой древности и активно используется людьми до сих пор. Что же он собой представляет?

Латунь - это медь и цинк, которые гармонично сочетаются с несколькими другими металлами, придающими дополнительный блеск, прочность и тугоплавкость сплаву. Цинк в составе как легирующий элемент, медь - как основной. Цвет материала желтый, блестящий, однако на открытом воздухе во влажной среде способен чернеть. Температура плавления около 950 о С, может варьироваться в зависимости от содержания цинка (чем больше его, тем температура ниже).

Материал хорошо прокатывается в листы, трубы, сваривается контактным способом. Имеет хорошие технические характеристики, поэтому из него изготавливаются следующие элементы:.

1. Детали машин и различные технические приборы.
2. Гильзы и штампованные изделия.
3. Гайки, болты, патрубки.
4. Арматуры, втулки, антикоррозийные детали разных видов транспорта.
5. Детали часов.

Большая часть добываемого в мире рассматриваемого нами металла уходит именно на изготовление данного сплава.

Еще один вид интерметаллического соединения - антимонид цинка. Формула его Zn 4 Sb 3. Это также сплав, который используется как полупроводник в транзисторах, тепловизорах, магниторезистивных устройствах.

Очевидно, что применение цинка и его соединений очень широко и практически повсеместно. Данный металл так же популярен, как медь и алюминий, серебро и золото, марганец и железо. Особенно велико его значение в технических целях как антикоррозионного материала. Ведь именно цинком покрываются разные сплавы и изделия для защиты от этого разрушающего природного процесса.

Биологическая роль

Что такое цинк с точки зрения медицины и биологии? Имеет ли он значение для жизни организмов и насколько оно велико? Оказывается, ионы цинка просто обязательно должны присутствовать в живых существах. Иначе дефицит приведет к следующим последствиям:

• анемии;
• снижению инсулина;
• аллергии;
• потере веса и памяти;
• утомляемости;
• депрессии;
• ухудшению зрения;
• раздражительности и другим.

Основные места концентрации ионов цинка в организме человека - это печень и мышцы. Также именно этот металл входит в состав большинства ферментов (например, карбоангидраза). Поэтому большинство реакций катализа происходит при участии цинка.

Что именно делают ионы?

1. Участвуют в синтезе мужских гормонов и семенной жидкости.
2. Способствуют усвоению витамина Е.
3. Участвуют в расщеплении молекул алкоголя в организме.
4. Являются непосредственными участниками синтеза многих гормонов (инсулина, гормона роста, тестостерона и других).
5. Принимает участие в кроветворении и заживлении поврежденных тканей.
6. Регулирует секрецию сальных желез, поддерживает нормальный рост волос и ногтей, способствует регенерационным процессам в коже.
7. Обладает способностью устранять из организма токсины и укреплять иммунитет.
8. Влияет на формирование вкусовых ощущений, а также обоняния.
9. Принимает участие в процессах транскрипции, обмене витамина А, нуклеиновых синтезах и распадах.
10. Является участником всех стадий роста и развития клетки, а также сопровождает процесс экспрессии гена.

Все это еще раз доказывает, насколько важным элементом является данный металл. Роль его в биологических системах была выяснена только в XX веке. Многих неприятностей и недугов в прошлом можно было бы избежать, если бы люди знали о лечении при помощи препаратов на основе цинка.

Каким же образом можно поддерживать нужное количество этого элемента в организме? Ответ очевиден. Необходимо употреблять продукты, содержащие цинк. Список может быть длинным, поэтому укажем только те, в которых максимальное количество рассматриваемого элемента:

• орехи и семечки;
• бобовые;
• мясо;
• морепродукты, особенно, устрицы;
• злаки и хлеб;
• молочная продукция;
• зелень, овощи и фрукты.

Использование человеком

Мы уже в целом обозначали, в каких отраслях и областях промышленности используется цинк. Цена на этот металл и его сплавы достаточно высока. Например, лист латуни размером 0,6 х 1,5 приблизительно оценивают в 260 рублей. И это вполне оправданно, ведь качество материала достаточно высокое.

Итак, металлический цинк, то есть как простое вещество, используется:

• для покрытия против коррозии на железных и стальных изделиях;
• в аккумуляторах;
• типографии;
• в качестве восстановителя и катализатора в органических синтезах;
• в металлургии для выделения других металлов из их растворов.

Используется не только в косметических целях, о которых мы уже упоминали, но и в качестве наполнителя при производстве резины, как белый пигмент в красках.

О том, где используются различные соли цинка, мы говорили при рассмотрении этих соединений. Очевидно, что в целом цинк и его вещества - это важные и значимые в промышленности, медицине и других отраслях компоненты, без которых многие процессы оказались бы невозможными или сильно затрудненными.

Цинк - самый молодой из тяжелых цветных металлов, и если в начале XIX в. его производство не превышало 900 т в год, то в настоящее время производство цинка только в зарубежных странах составляет около 6 млн. т в год.

Цинк занимает особое место среди металлов, применяемых в промышленности. Как конструкционный материал нелегированный цинк не нашел широкого применения, так как обладает недостаточно благоприятным комплексом механических, физических и технологических свойств. Однако дополнительное легирование цинка различными элементами существенно повышает вышеуказанные свойства и характеристики. Поэтому значительная часть цинка (до 20%) идет на приготовление цинковых сплавов, в которых основными легирующими компонентами являются алюминий и медь; широко используется цинк и для производства медных сплавов (латуни).

В зависимости от марки цинк используют для цинкования стали, получения цинковых сплавов, изготовления цинковых полуфабрикатов, а также для получения цинковых соединений.

Примерно 30% цинкового проката составляют цинковые листы общего назначения, которые подразделяются по толщине на четыре группы: 0,15-0,4 мм; 0,5-0,9 мм; 1,0-1,2 мм; 1,5 мм и более. Цинковые листы используют при изготовлении химических источников тока, оцинкованной посуды и др. Из цинковых листов изготавливают печатные формы к ротационным машинам в полиграфической промышленности. Цинковые аноды применяют для оцинкования деталей гальваническим способом. Большое количество цинковых листов расходуется в строительстве на кровельные покрытия, на изготовление труб, сточных желобов.

Наиболее широкое распространение цинк получил в качестве покрытия для предотвращения коррозии железа и сплавов на его основе (сталей). Для этой цели расходуется до 50 % получаемого промышленностью цинка. Цинкование - нанесение цинка или его сплавов на поверхность металлического изделия - применяется для защиты от коррозии стальных листов, проволоки, ленты, крепежных деталей, деталей машин и приборов, арматуры и трубопроводов.

Первоначально цинковое покрытие получали методом погружения детали в расплавленный цинк, так называемым горячим методом, который для крупногабаритных изделий, например трубопроводов, не потерял своего значения и в настоящее время. Для получения тонких цинковых покрытий чаще всего применяют электролитическое цинкование деталей. Оба рассмотренных метода выполнимы только в цеховых условиях. Для улучшения защитных свойств цинковых покрытий и продления срока их службы поверхность покрытий дополнительно пассивируют (фосфатируют, хроматируют), промасливают или окрашивают. На основании высоких защитных свойств цинковых покрытий были проделаны работы, направленные на создание способов их нанесения не в цеховых условиях, а на объекте без демонтажа изделий. Были созданы газотермические и другие способы напыления. Но хотя их применение позволило резко улучшить свойства покрытий, проблема упрощения нанесения покрытий оставалась не до конца разрешенной в условиях эксплуатации металлоконструкций и изделий. В связи с этим представляло интерес создание способов нанесения цинковых покрытий, по своей простоте и доступности не отличающихся от способов нанесения лакокрасочных материалов.

Были разработаны и получили достаточно широкое распространение цинкполимерные и цинксиликатные материалы, содержание цинка в которых составляет от 80 до 98 %. Такие цинксодержащие материалы наносят на защищаемые конструкции с помощью установок для распыления лакокрасочных материалов. Получаемые покрытия обладают более высокими изолирующими свойствами, чем металлические цинковые покрытия, повышают надежность защиты конструкций от коррозии и позволяют расширить области применения цинка и его сплавов для неконструкционных целей. Следует отметить, что цинкнаполненные покрытия могут служить для восстановления нарушенных участков металлических покрытий непосредственно на металлоконструкциях и изделиях без их демонтажа.

Цинковые покрытия получили широкое применение для различных металлоконструкций и изделий, эксплуатирующихся при коррозионном воздействии природных сред - атмосферы, морской, речной, озерной, пластовой, подтоварной воды, грунта, а также нейтральных и слабощелочных водных растворов. В зависимости от свойств коррозионной среды и состава металлических покрытий или осуществляется защита от коррозии путем изоляции поверхности, или проявляется протекторное действие покрытий при их нарушении. Цинкнаполненные покрытия позволили распространить применение цинка для крупногабаритных конструкций, например стационарных морских сооружений, танков и цистерн судов, плавучих и стационарных морских платформ, строительных сооружений, протяженных трубопроводов и коммуникаций и многих других металлоконструкций и изделий.

Одной из основных отраслей, потребляющих оцинкованный лист, является строительная индустрия: на нужды строительства расходуется до 65 % всего оцинкованного металла. Крупным потребителем оцинкованной стали является автомобильная промышленность. Преимущество применения оцинкованных листов в автомобильной и других отраслях промышленности в том, что создаются благоприятные условия для комплексной защиты стали от коррозии при наложении на металлическое покрытие слоя краски. Цинковое покрытие-идеальная основа под покраску, так как образующийся в местах пор основной карбонат цинка по объему мало отличается от цинка и поэтому не вызывает разрушения слоя краски.

На автомобильных заводах из оцинкованных полос и листов изготавливают днища, бензобаки, крышки багажников, надколесные кожухи, двери, глушители и др.

Потребление оцинкованных листов на душу населения составило в 1960 г.: в США 15,6 кг, в Японии 7,7 кг, в Англии 4,0 кг, по Франции 3,2 кг, в ФРГ 2,3 кг. К 1985 г. потребление продукции этого вида должно возрасти более чем в 3 раза.

Широкое применение находит цинк в виде разнообразных соединений. Некоторые соединения цинка служат красками, например окись цинка (цинковые белила), литопон (смесь сульфата бария и сульфида цинка). Краска, приготовленная из сульфида цинка, оказалась наилучшей для покрытия космических кораблей, так как она обладает наилучшими отражательными свойствами. Очень важным свойством обладает сульфид цинка, вспыхивающий под действием а-, в- и у-лучей, что позволяет использовать его для обнаружения всех типов радиации. Сульфид цинка, легированный медью и серебром, обладает люминесцентными свойствами и в смеси с сульфидом кадмия широко применяется для изготовления телевизионных трубок и экранов.

Сульфат и хлорид цинка применяют в медицине в качестве антисептических средств. Безводный хлорид цинка часто используют как дегидратирующее средство при проведении разнообразных реакций конденсации в органической химии; его широко используют в производстве органических красителей, ситцепечатании, для пропитки древесины. Двойную соль - аммонийцинкхлорид (NH 4) 2 ZnCl 2 -используют для паяльных целей. Окись цинка широко используют при производстве резины. Она улучшает качество резиновых шин и ряда других резиновых изделий.

В США в последние годы цинк находит широкое применение в качестве покрытия стартовых конструкций для запуска ракет. Огромное количество тепла, выделяющегося при сгорании топлива в ракете, частично поглощается при испарении цинкового покрытия, чем предохраняются от разрушения металлические части стартовых конструкций. Цинк употребляют в так называемых стабилизирующих устройствах, которые корректируют отклонения спутников при движении в космосе. Цинковые соединения широко используют в качестве источников энергии в космических кораблях (цинк-серебряные оксидные батареи).

В последнее время цинк получил заслуженное признание как основа протекторного материала, используемого в системах электрохимической защиты корпусных конструкций судов, нефтяных резервуаров, судовых систем, аппаратов и других металлоконструкций.

Основное назначение цинка - получение цинковых сплавов, цинковые сплавы в литейном производстве широко используются для изготовления отливок методом литья под давлением.

Цинковые сплавы плавят в пламенных и электрических тигельных печах и индукционных печах промышленной частоты с железным сердечником. Шихту готовят из свежих металлов, переплава отходов (до 60-70%) известного химического состава и лигатур (алюминий - медь, алюминий - магний и медь - алюминий).

Плавка цинковых сплавов производится в следующей последовательности: в разогретую до 400° С печь загружают переплав отходов, лигатуры, цинк и засыпают хорошо прокаленный древесный уголь. После расплавления тщательно перемешивают металл и при необходимости загружают оставшуюся часть цинка. Температура во время плавки не должна превышать 480° С. После полного расплавления металл вновь перемешивают и разливают в изложницы при температуре 400-460° С.

Наряду с известными областями и масштабами использования нелегированного цинка сплавы на основе цинка также находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства в качестве как конструкционного материала, так и неконструкционного.

В качестве конструкционного материала цинковые сплавы главным образом применяются: в приборостроении, в полиграфической промышленности, в авиационной промышленности, в автомобильной промышленности, в судостроении, для изготовления предметов домашнего обихода.

В качестве неконструкционного материала цинковые сплавы применяются: для литья анодов-протекторов, для изготовления припоев в производстве подшипников и гальванических элементов, как покрытия стальных листов.

Изделия, полученные различными способами литья и деформации, широко применяются в приборостроении, судостроении, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. Успешное использование цинковых сплавов для конструкционных и неконструкционных целей обусловлено их физико-химическими, технологическими и эксплуатационными свойствами. Так, низкая температура плавления и высокие литейные свойства цинковых сплавов позволяют при литье под давлением и в кокиль получать отливки высокой прочности с поверхностью хорошего качества, практически не требующей дополнительной обработки. Благодаря указанным свойствам доля отливок из цинковых сплавов в общем объеме отливок, получаемых литьем под давлением, достаточно высока. Например, в автомобилестроении литейные цинковые сплавы применяют для отливок корпусов карбюраторов, насосов, рам спидометров, решеток радиаторов, различных декоративных деталей и т.п.

Цинковые сплавы также используют для отливки деталей стиральных машин, пылесосов, оборудования для кухни, конторских машин, корпусов электрических часов, печатных машин, кассовых аппаратов, смесителей для приготовления напитков и т.п. Для защиты от коррозии на поверхность цинковых отливок наносят защитные покрытия (краски, эмали, пластмассы). Хорошим защитным эффектом обладают электролитические покрытия медью, никелем и хромом. Полуфабрикаты из деформируемых цинковых сплавов достаточно легко подвергаются прессованию, прокатке и штамповке.

Цинковые полированные листы используют в полиграфической промышленности для изготовления печатных форм (клише) путем однократного травления.

В работе отмечается, что использование цинк-алюминиевых сплавов в производстве более выгодно экономически, чем алюминиевых сплавов и латуней. Указанные сплавы, имея высокую твердость, нашли широкое применение для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа. В связи с тем что сплавы не дают искрения, их можно использовать в огнеопасных производствах (шкивы, звездочки в шахтных подъемниках и т.п.). Кроме того, сплавы можно применять на производствах, где имеются пары бензина, т.е. с повышенной пожароопасностью. Эти сплавы могут работать также в подшипниках, заменяя латунь и бронзу.

В работе приводятся данные об использовании цинковых сплавов для получения высокоточных деталей стабильного качества с тонким рельефом. При переходе на изготовление из цинкового литья вентильных деталей газовой горелки, которые ранее вытачивались из латуни, произошло понижение стоимости изделий в 6 раз. Здесь же отмечается, что применение цинковых отливок для изделий радиопромышленности взамен пластмассовых деталей обеспечивает лучшее качество резьбы, повышает прочность и жесткость изделий, а также дает возможность заземлять изделия в радиоаппаратуре.

Цинковые сплавы успешно заменяют сплавы из литейного и ковкого чугуна, бронзы и некоторых алюминиевых сплавов.

Особое место занимают цинковые протекторные сплавы. В настоящее время они являются незаменимыми для целого ряда сложных и дорогостоящих конструкций практически во все развитых странах. Благодаря своим отличительным свойствам, которых не имеют другие протекторные материалы (сплавы на основе магния, алюминия, марганца), цинковые протекторные сплавы применяются в качестве протекторов для защиты от коррозии в морской, подтоварной, пластовой и других природных средах внутренней поверхности взрыво-пожароопасных помещений - танкеров и цистерн нефтеналивных судов, топливно-балластных цистерн судов всех назначений, нефте-резервуаров, судовых трубопроводов и систем, магистральных подземных нефтяных и газовых трубопроводов, ограниченных объемов и полостей, различных герметичных объемов, где не допускается накопление водорода, и других конструкций.

При многообразии условий эксплуатации протекторов электрохимические характеристики цинковых сплавов определяются величиной анодной плотности тока (рис.41), причем в подавляющем большинстве случаев рабочие режимы составляют 1-4 А/м 2 (заштрихованные области на рис. 41), при которых сплавы имеют высокие и стабильные значения потенциала и токоотдачи.

Независимо от закономерностей изменения свойств цинковых сплавов (см. рис. 41) для практического их применения нужны конструкции протекторов с заданным сроком службы и необходимой зоной защитного действия. Этих данных достаточно для проектирования и осуществления протекторной защиты. Вопросы эти имеют самостоятельное значение и достаточно хорошо освещены в литературе. Поэтому представляют интерес только данные, необходимые для грамотного применения протекторов из цинковых сплавов.

Несмотря на имеющуюся тенденцию к снижению выпуска отливок из цинковых сплавов, в дальнейшем прогнозируется рост их выпуска вследствие преимуществ этих сплавов при получении особо тонкостенных отливок и возможности нанесения хороших гальванических покрытий.

Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2012.08.15

Краткие обозначения:
σ в	- временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа		ε	- относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ 0,05	- предел упругости, МПа		J к	- предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ 0,2	- предел текучести условный, МПа		σ изг	- предел прочности при изгибе, МПа
δ 5 ,δ 4 ,δ 10	- относительное удлинение после разрыва, %		σ -1	- предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σ сж0,05 и σ сж	- предел текучести при сжатии, МПа		J -1	- предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν	- относительный сдвиг, %		n	- количество циклов нагружения
s в	- предел кратковременной прочности, МПа		R и ρ	- удельное электросопротивление, Ом·м
ψ	- относительное сужение, %		E	- модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV	- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2		T	- температура, при которой получены свойства, Град
s T	- предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа		l и λ	- коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB	- твердость по Бринеллю		C	- удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T), [Дж/(кг·град)]
HV	- твердость по Виккерсу		p n и r	- плотность кг/м 3
HRC э	- твердость по Роквеллу, шкала С		а	- коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T), 1/°С
HRB	- твердость по Роквеллу, шкала В		σ t Т	- предел длительной прочности, МПа
HSD	- твердость по Шору		G	- модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Цинк - тридцатый элемент Периодической таблицы. Обозначение - Zn от латинского «zincum». Расположен в четвертом периоде, IIB группе. Относится к металлам. Заряд ядра равен 30.

Главные природные соединения цинка, из которых его добывают, — минералы галмей ZnCO 3 и цинковая обманка ZnS. Общее содержание цинка в земной коре составляет приблизительно 0,01% (масс.).

Цинк - голубовато-серебристый металл (рис. 1). При комнатной температуре он довольно хрупок, но при 100-150 o С он хорошо гнется и прокатывается в листы. При нагревании выше 200 o С цинк становится очень хрупким. На воздухе он покрывается тонким слоем оксида или основного карбоната, предохраняющим его от дальнейшего окисления. Вода почти не действует на цинк.

Рис. 1. Цинк. Внешний вид.

Атомная и молекулярная масса цинка

Относительной молекулярная масса вещества (M r) - это число, показывающее, во сколько раз масса данной молекулы больше 1/12 массы атома углерода, а относительная атомная масса элемента (A r) — во сколько раз средняя масса атомов химического элемента больше 1/12 массы атома углерода.

Поскольку в свободном состоянии цинк существует в виде одноатомных молекул Zn, значения его атомной и молекулярной масс совпадают. Они равны 65,38.

Изотопы цинка

Известно, что в природе хром может находиться в виде пяти стабильных изотопов 64 Zn, 66 Zn, 67 Zn, 68 Zn и 70 Zn. Их массовые числа равны 64, 66, 67, 68 и 70 соответственно. Ядро атома изотопа цинка 64 Zn содержит тридцать протонов и тридцать четыре нейтрона, а остальные изотопы отличаются от него только числом нейтронов.

Существуют искусственные нестабильные изотопы цинка с массовыми числами от 54-х до 83-х, а также десять изомерных состояний ядер, среди которых наиболее долгоживущим изотопом является 65 Zn с периодом полураспада равным 243,66 суток.

Ионы цинка

На внешнем энергетическом уровне атома цинка имеется два электрона, которые являются валентными:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 .

В результате химического взаимодействия цинк отдает свои валентные электроны, т.е. является их донором, и превращается в положительно заряженный ион:

Zn 0 -2e → Zn 2+ .

Молекула и атом цинка

В свободном состоянии цинк существует в виде одноатомных молекул Zn. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу цинка:

Сплавы цинка

Широкое промышленное значение имеют сплавы цинка с алюминием, медью и магнием. С медью цинк образует важную группу сплавов - латуни. Латуни содержат до 45% цинка. Различают простые и специальные латуни. В состав последних входят другие элементы, например железо, алюминий, олово, кремний.

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание	Технический цинк массой 0,33 г обработали разбавленным раствором серной кислоты. Выделившийся водород занимает при нормальных условиях объем 112 мл. Рассчитайте массовую долю цинка в техническом металле.
Решение	Запишем уравнение реакции взаимодействия цинка с разбавленной серной кислотой: Zn + H 2 SO 4 (dilute) = ZnSO 4 + H 2 . Найдем количество моль выделившегося в ходе реакции водорода: n (H 2) = V (H 2) / V m ; n (H 2) = 112×10 -3 / 22,4 = 0,005 моль. Согласно уравнению реакции n (H 2):n (Zn) = 1:1, т.е. n (H 2) = n (Zn) =0,005 моль. Тогда, масса чистого цинка (без примесей) будет равна (молярная масса - 65 г/моль): m pure (Zn)= 0,005 × 65 = 0,325 г. Массовая доля цинка в техническом металле рассчитывается как: ω(Zn) = m pure (Zn)/ m tec (Zn) × 100%; ω(Zn) = 0,325/ 0,33 × 100%; ω(Zn) = 98,48%.
Ответ	Массовая доля цинка в техническом металле равна 98,48%.

ПРИМЕР 2

Задание	Рассчитайте массу цинка, который нужно растворить в соляной кислоте, чтобы получить водород, необходимый для восстановления оксида меди (II) массой 20 г до металла.
Решение	Запишем уравнения реакций, которые протекают согласно условию задачи: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 (1); H 2 + CuO = Cu + H 2 O (2). Рассчитаем количество вещества оксида меди (II) (молярная масса - 80 г/моль): n (CuO) = m (CuO) / M (CuO); n (CuO) = 20 / 80 = 0,25 моль. Согласно уравнению (2) n (CuO):n (H 2) = 1:1, т.е. n (CuO) = n (H 2) =0,25 моль. Тогда, число моль цинка вступившего в реакцию взаимодействия с соляной кислотой будет равно 0,25 моль, поскольку n (Zn):n (H 2) = 1:1, т.е. n (Zn) = n (H 2). Масса цинка (молярная масса равна 65 г/моль) равна: m pure (Zn) = n (Zn) × M (Zn); m pure (Zn)= 0,25 × 65 = 16,25 г.
Ответ	Масса цинка равна 16,25 г