Опубликовано Оставить комментарий

Цинк как химический элемент таблицы Менделеева

Ц Цинк является химическим элементом таблицы Менделеева с атомным номером 30 и условным обозначением Zn. Цинк представляет собой хрупкий серебристый металл с голубоватым оттенком.

Как был открыт Цинк

Такой химический элемент как цинк свою историю начинает очень давно. Первые известные сведения о применении цинка, пусть даже непреднамеренного, датируются около 14 века до Нашей Эры. Иудейская латунь найденная археологами содержала 23% цинка. Так же найдены украшения на месте раскопок в современной Греции, которые содержат от 80% до 90% цинка созданные ориентировочно в 5 веке до Нашей Эры. Еще одной поразительной находкой археологов являются таблетки, которые были найдены на борту затонувшего римского корабля «Relitto del Pozzino». Эти таблетки представляют собой гидрокарбонат цинка и датируются 140 годом до Нашей Эры. К сведению найденные таблетки являются самыми старыми таблетками в мире, которые предположительно использовались против воспаления глаз.

Кубок из цинка

В период Нашей Эры первые сведения о применении цинка исходят от Римской империи. Они научились изготавливать каламинную латунь путем плавки карбоната цинка, древесного угля и меди. Исходя из исторических сведений из каламинной латуни изготавливалось преимущественно вооружение. Чуть позже(примерно 400 год) в древних текстах индийской медицины(«Чарака самхит») упоминается металл, который при окислении образует «Пушпанджан». Предполагается, что индийский «Пушпанджан» являлся оксидом цинка. Первое плавление цинка началось ориентировочно в XII веке, а в период с XII по XIV век было произведено уже около 60 000 тонн цинка.

Само название металла впервые упоминается в книге Парацельса «Liber Mineralium II» как «цинкен», которая датируется XVI веком. Это слово в переводе с немецкого означает заостренный или зазубренный. Само открытие металла осуществилось гораздо позже, но есть вероятность, что первооткрывателем цинка является немецкий металлург Андреас Либавиус. Он, в 1596 году, взял образец металла с захваченного португальского корабля и описал его физические и химические свойства. По его задокументированному описанию этот металл может быть цинком. Цинк, как отдельный элемент, научились извлекать в Индии еще в конце XIII века, но в Европе он появился только в XVI веке.

Открытие цинка

Возможным претендентом на право открытия цинка принадлежит французскому металлургу и алхимику ПМ де Респуру. В 1668 году он сообщил, что извлек чистый химический элемент из оксида цинка. В начале XVIII века французский исследователь Этьен Франсуа Жоффруа описал как оксид цинка в виде желтых кристаллов конденсируется на слитках железа, помещенных над цинковой рудой. Спустя половину века, в 1738 году Вильям Чампион запатентовал процесс выплавки цинка. Суть патента заключается в выплавке цинка из каламина в вертикальной плавильной печи. Его техника получения цинка напоминала ту, которую использовали в Раджастхане. На сегодняшний день Раджастхан выглядит как северная часть Индии. Научный мир передал право первооткрывателя цинка немецкому химику Андреасу Маргграфу. Хотя шведский химик Антон фон Сваб перегонял цинк из каламина раньше на четыре года. В своем эксперименте 1746 года Маргграф нагревал смесь каламина и древесного угля в закрытом сосуде без меди. В ходе эксперимента он получал чистый цинк.

Где и как добывают Цинк

Место добычи цинка

Цинк является четвертым металлом по применяемости, после железа, алюминия и меди. Ежегодная добыча цинка составляет около 13 миллионов тонн. Крупнейшей в мире кампанией по производству цинка является Nyrstar. Она представляет собой объединение австралийской компании OZ Minerals и бельгийской Umicore. Около 70% цинка получается в результате добычи цинковой руды, а оставшиеся 30% получают в результате переработки вторичного сырья. Коммерческий (чистый) цинк известен как Special High Grade, часто сокращенно SHG, и имеет чистоту 99,995%

95% цинка, полученного в результате добычи, добываются в сульфидных месторождениях. Основным минералом для производства чистого цинка является сфалерит. Он почти всегда находится в соединении с сульфидом меди, железа и свинца. Рудники добычи цинка разбросаны по всему миру. Лидерами в цинкодобывающей отрасли являются Китай, Австралия и Перу. В 2014 году Китай произвел 38% от общего объема цинка.

Чистый цинк прлизводится в несколько этапов. Добытая руда мелко измельчается. После этого порошок подвергается пенной флотации, для того чтобы получить сульфид цинка. Полученная смесь обычно имеет концентрацию в 50% цинка, 32% серы, 13% железа и 5% оксида кремния. Затем из сульфида цинка получают оксид цинка методом обжига. После этого получение чистого химического элемента может быть достигнуто двумя способами. Первый способ является пирометаллкргическим, а второй заключается в методе электролиза. Пирометаллургический метод предусматривает восстановление оксида цинка с углеродом или монооксидом углерода при температуре около 970°C. При применении метода электролиза для начала раствор выщелачивают серной кислотой, а затем пропускают электрический ток. На выходе получается цинк чистотой 99,995%.

Распространенность Цинка

Цинк является довольно распространенным химическим элементом. В земной коре его содержание оценивается учеными в 0,0076%(76ppm). Этот показатель выше чем у меди и свинца. Цинк очень редко можно встретить в природе в чистом виде. В большей степени он встречаеися в виде минералов. На сегодняшний день известно только 30 мест по всему миру, где цинк встречается в чистом виде.

Самыми распространенными и коммерчески выгодными минералами для добычи цинка являются сфалерит и вюрцит. Содержание цинка в этих минералах приближается к отметке в 65%. Другими распространенными но менее выгодгыми минералами являются смитсонит(каламит) и виллемит. Процентное содержание продукта в этих минералах варьируется в пределах 52%.

Кроме этого известны минералы с большим содержанием цинка, чем в описанных выше. В пример можно поставить такой минерал как цинкит, который известен как красная руда. Содержание цинка в этом минерале может превышать 73%, но проблемой является то, что этот минерал в природе встречается очень редко. В настоящее время науке известно около 300 цинксодержащих минералов. Крупные месторождения приходятся на такие страны как Китай, Россия, США, Канада, Австралия и Казахстан.

Применение Цинка

Цинк

Применение цинка является довольно относительным. С одной стороны его направления достаточно скромные, а с другой эти направления производят огромное количество продукции. В плане направлений применения, их можно разделить на 5 частей.

Первым направлением является оцинковка — защита железа от коррозии. На это направление тратится 50% от всего произведенного цинка. Вторым направлением является производство латуни и бронзы. Для удовлетворения этих нужд тратится около 17% произведенного металла. Третьим направлением является выплавка и производство сплавов, в основе которых лежит алюминий. На эту нужду уходит приблизительно 17% произведенного цинка. Четвертым и пятым направлением являются полуфабрикаты и химические вещества. На эти нужды приходится по 6% в равных долях соответственно. Оставшиеся 4% произведенного цинка тратятся на оставшиеся и менее значимые области применения.

Оцинковка железа является самой распространенной областью применения цинка. Нанесение тонкого слоя цинка на поверхность стали или железа защищает его от коррозии. Эта технология применяется в автомобильной, строительной, бытовой технике, промышленном оборудовании и многом другом. В сельском хозяйстве цинк используется в качестве микроэлемента добавляемого в почву. В основном это касается мест, где преобладает известковая почва. Такое соединение как арсенат цинка используется при обработке древесины для увеличения продолжительносьи его службы.

Цинк так же довольно широко применяется в медицине. Он содержится в качестве микрокомпонента во многих мазях и медицинских препаратах. В своей основе эти препараты направлены на лечение дерматозов и воспалительных процессов. Так же цинк используется в металлургии при производстве серебра и золота. В органической химии он используется для разных нужд. Большая часть цинка в химии используется в качестве восстановителя в химических реакциях.

Интересные факты

Галилейская фиалка

Интересных фактов связанных с цинком достаточно много. Стоит начать с того, что цинк является одним из незаменимых микроэлементов в организме человека. Он играет важную роль в обмене веществ. Суточная норма потребления цинка для взрослых мужчин составляет 15 мг, женщин — 12 мг, детей — 10 мг и 5 мг для младенцев. При передозировке цинка может возникнуть цинковая лихорадка. Ее симптомы напоминают грипп, но через 2 — 3 дня симптомы проходят. На конференции общественного питания в Сан-Диего была озвучена интересная заметка. У детей которые принимали вдвое больше цинка(порядка 20мг в день), значительно улучшились умственные способности. Это выражалось в усилении зрительной памяти и повышенной концентрации внимания.

Еще одним интересным моментом является то, что на богатой цинком почве растут редкие растения. В пример можно привести галилейскую фиалку. Если количество таких фиалок большое, это может означать что в этом месте расположено месторождение цинка.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *