Цинк


ЦЕЛЬ УРОКА: Обобщить знания о металле цинк. Закрепить и углубить знания о периодической системе. Подтвердить общие и особенные свойства цинка и его соединения. Продолжить формирование логического мышления: умение сравнивать, делать выводы. Показать причинно- следственную зависимость между составом, строением, свойствами и применением.

1.Строение атома:

Zn элемент  2 группы, побочной подгруппы, 4 периода.

Его электронная формула следующая:

30Zn    )2   )8   )18   )2

 1s2  2s22p6  3s23p63d10 4s2

В атоме цинка предпоследний d-подуровень полностью завершен и энергетически устойчив, поэтому цинк в химических реакциях может отдавать только 2 s- электрона с последнего уровня, проявляя степень окисления +2.

2. Нахождение в природе.

По содержанию в земной коре цинк занимает  23-место среди других элементов (0,01%).

Обычно цинковые руды – полиметаллические. Они содержат минералы меди, свинца, кадмия и др.

Важнейший минерал цинка – цинковая обманка ZnS – входит в состав многих сульфидных руд.

Также встречаются:

   ZnO-цинкит

ZnCO3(галмей)-цинковый шпат

Основные месторождения полиметаллических цинковых руд расположены в Жезказганской области, на Рудном Алтае и в Южном Казахстане.

Металлургические заводы выпускающие цинк Риддер,Шымкент                 Усть-Каменогорск.

3. Получение.

Цинк добывали еще в древности. Для получения металлического цинка из руд используются  пирометаллургические и гидрометаллургические процессы.

1)Пирометаллургический способ:

       2ZnS+ 3O2  = 2 ZnO + 2SO2

       ZnO  + C = Zn + CO

Температура процесса – не ниже 10000C, и цинк получается в парообразном состоянии. Восстановление проводят в герметичных огнеупорных ретортах. Образовавшиеся пары цинка осаждаются в конденсаторах, из которых периодически выпускается жидкий цинк.

При использовании гидрометаллургического метода огарок, получаемый после обжига, обрабатывают серной кислотой:

2) Гидрометаллургический способ:

       ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O

Конечный продукт очищается от примесей (Fe,Cu,Cd), и цинк выделяется электролизом, причем H2SO4 регенерируется:

       2 ZnSO4 + 2 H2O = 2 Zn + 2 H2SO4 + O2

4. Физические свойства.

ü Является амфотерным металлом.

ü Цвет – синевато-белый, имеет сильный металлический блеск.

ü Плотность – 7,13 г/см3

ü Довольно пластичен, но при обычной температуре является хрупким.

ü Т(плав)=419,4 С

ü Т(кип)=905,7 С

ü Теплопроводность – составляет 60% от теплопроводности серебра, а электрическая проводимость в 4 раза меньше.

 

5. Химические свойства.

Цинк на воздухе устойчив, так как покрывается тонким слоем оксида, предохраняющим его от дальнейшего окисления. При повышенной  температуре цинк- основание- становится активным и реагирует с простыми веществами – галогенами, кислородом и серой как с сильными кислотами по теории Усановича.

Взаимодействие цинка с простыми веществами:

1)    2Zn + O2  =   2ZnO

2)    Zn + S    =    ZnS

3)    Zn + СI2  =   ZnCI2

4)    3Zn + 2P  =  Zn3P2

С азотом и водородом цинк не взаимодействует, нитрид цинка Zn3N2 и гидрид цинка ZnH2 получаются косвенным путем.

Взаимодействие цинка со сложными веществами:

Со сложными веществами – растворами кислот, щелочей и водой – в зависимости от условий цинк реагирует по-разному. Вода при обычной температуре на цинк практически не действует. При нагревании реакция цинка с водой протекает по уравнению:

      Zn + 2NaOH + 2H2O   =   Na2 [Zn(OH)4] + H2

В электрохимическом ряду напряжений цинк стоит значительно левее водорода и вытесняет водород из кислот.

1)    Zn + H3PO4   = ZnHPO4 + H2

2)    Zn + 4HNO3(конц.)  =   Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

3)    4Zn + 10HNO3(разб.)  =   4Zn(NO3)2 + NH4NO3 +3H2O    [1].

6. Соединения цинка.

Оксид цинка.

ZnО встречается в природе в виде красной цинковой руды (цинкит), цвет которой обусловлен примесью марганца. Чистый оксид цинка при обычной температуре бесцветен. В воде практически нерастворим. Оксид цинка легко растворяется как в кислотах, так и в избытке щелочей и в гидроксиде аммония, т.е. проявляет амфотерные свойства.

1)    ZnO + 2HCl  =  ZnCl2 + H2O  

2)    ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4]

3)    ZnO + BaCO3  =  BaZnO2 + CO

ZnO применяется для изготовления белой краски, в медицине и в косметике  – для приготовления различных мазей, в качестве наполнителя – для резины и линолеума.

Гидроксид  цинка.  Zn(OH)2  образуется в виде белого студенистого осадка при действии щелочей на растворы солей цинка. Как амфотерное соединение гидроксид цинка легко растворим в избытке щелочи, а также в кислотах и в водном растворе аммиака.

Соли цинка при добавлении щелочи образуют студенистый осадок гидроксида цинка:

          Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2

Химические свойства:

1.     Zn(OH)2 + 2HCl  = ZnCl2 + 2H2O

2.     Zn(OH)2 + 2NaOH  = Na2[Zn(OH)4]

3.     Zn(OH)2  =  ZnO + H2O      [2].

Сульфат цинка. Из раствора выделяется в виде кристаллогидрата ZnSO4*7H2O и называется цинковым купоросом. Он применяется при изготовлении тканей, нанесении цинковых покрытий, в медицине и для получения других соединений цинка.

Сульфид цинка.  ZnS обладает способностью люминесцировать – испускать холодное свечение под действием электронов. Это свойство сульфида цинка применяется в люминесцентных лампах, для изготовления экранов телевизоров и других электронных приборов.

7. Распознавание соединений цинка.

Соли цинка при добавлении щелочи образуют студенистый осадок гидроксида цинка:

             Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2

8. Биологическая роль цинка.

Большая его часть находится в коже, печени, почках, в сетчатке глаза.

Цинк входит в состав ферментов, обеспечивающих важнейшие физиологические функции организма:

- образование, рост и метаболизм  клеток, синтез белков, заживление ран;

- активизацию иммунных реакций, направленных против бактерий, вирусов, опухолевых клеток;

- усвоение углеводов и жиров;

- поддержание и улучшение памяти;

- поддержание вкусовой и обонятельной чувствительности;

- обеспечение стабильности сетчатки и прозрачности хрусталика глаза;

- нормальное развитие и функционирование половых органов.

Человек получает цинк главным образом с пищей. Организму необходимо 10-20 мг этого минерала в день.

 

9. Применение

Так как на цинк при обычных условиях не действуют ни кислород воздуха, ни вода, то основная масса расходуется на защитные покрытия железных листов и стальных изделий. Преимуществом цинкового антикоррозионного покрытия является то, что ему необязательно быть сплошным. При попадание влаги на место разрушения покрытия образуется гальваническая пара, а поскольку цинк в электрохимическом ряду напряжений металлов стоит левее железа, то коррозии подвергается цинковое покрытие, оставляя железо нетронутым. Пока на поверхности остается хоть часть цинка, железо не разрушается.

В больших количествах цинк расходуется на изготовление гальванических элементов. Также его используют для получения его сплавов, находящих широкое применение в современной технике.