30 Zn زنك 65.38
فلز انتقالي d-block Period 4 Group 12

زنك

Zn · Element 30 · Zinc group

The sacrificial metal: zinc corrodes so that the steel it coats does not.

الحالة عند 20°C صلب
الكتلة الذرية 65.38 u
ELECTRON CONFIGURATION [Ar] 3d¹⁰ 4s²
29Cu All 118 31Ga

البنية

ذرة زنك

ليست رسماً تخطيطياً لنقاط على حلقات — بل عينة مونت كارلو لكثافة الاحتمال الفعلية |ψ|² لكل مستوى فرعي مشغول. اسحب للتدوير. يشير اللونان الأزرق والبنفسجي إلى الإشارتين المتعاكستين للدالة الموجية، وهو ما يجعل الترابط ممكناً.

سحابة المدارات

القيم المقيسة

ورقة الخصائص

يوضح كل شريط موضع زنك بين العناصر الـ118 جميعها بالنسبة إلى تلك الخاصية.

فيزيائية

الكثافة 7.134 g/cm³ 43%
نقطة الانصهار 692.9 K 35%
نقطة الغليان 1180 K 29%
الحرارة النوعية 0.388 J/g·K
التوصيل الحراري 116 W/m·K 84%

ذرية

نصف القطر الذري 134 pm 21%
نصف القطر التساهمي 122 pm
نصف قطر فان دير فالس 139 pm

إلكترونية

السالبية الكهربائية 1.65 54%
طاقة التأين 906 kJ/mol 82%
الألفة الإلكترونية —

الوفرة

الوفرة في القشرة 70 mg/kg 80%

الهوية

الرمزZn
العدد الذري30
الكتلة الذرية65.38 u
الفئةفلز انتقالي
المستوى الفرعيd
البنية البلوريةسداسي متراص
حالات الأكسدة-2, +1, +2
الاكتشاف1746
اكتشفهAndreas Marggraf

المصادر: الأوزان الذرية القياسية لـ IUPAC لعام 2021 · دليل CRC للكيمياء والفيزياء · NIST. القيم المعلّمة بـ ~ متوقعة وليست مقاسة.

الحجم، وفق مقياس

How big is a زنك atom?

Radius 134 pm — that is 0.134 nm, so about 3731 million of them side by side would span a millimetre.

النطاق الحراري

Solid, liquid, gas — and when

زنك is liquid over a 487 K window, from 693 K to 1180 K.

موضعه

موضعه في الجدول

زنك sits in period 4, group 12. Everything in group 12 shares the same outer-electron count, which is why they behave so similarly.

OTHER الفلزات الانتقالية

21Sc 22Ti 23V 24Cr 25Mn 26Fe 27Co 28Ni 29Cu 39Y 40Zr 41Nb 42Mo 43Tc 44Ru 45Rh
All الفلزات الانتقالية

القصة

ما هو زنك، وكيف اكتشفناه

فلز أبيض مزرق. عنصر غذائي أساسي ويحمي الفولاذ من الصدأ.

The discovery of زنك

الفلز القديم ذو الاسم الحديث

تمتد قصة اكتشاف الزنك لآلاف السنين، واصلةً بين علم الفلزات القديم والكيمياء الحديثة. وعلى خلاف العناصر التي اكتُشفت في دوارق المختبر، ظهر الزنك استجابةً للاحتياجات العملية للحرفيين وفضول الخيميائيين.

البدايات القديمة

تكشف الأدلة الأثرية من حضارة وادي السند (2500 BCE) عن قطع برونزية تحتوي على الزنك، مما يشير إلى معرفة مبكرة بخامات الزنك. غير أن علماء الفلزات القدماء أنتجوا الزنك دون علم منهم عبر عمليات الإسمنتة - بتسخين النحاس مع الكالامين الغني بالزنك (كربونات الزنك) في البوتقات، وإنشاء البرونز دون عزل الزنك النقي على الإطلاق.

ازدهر إنتاج البرونز الروماني نحو 20 BCE، إذ أتقنت ورش العمل في بلجيكا وألمانيا حاليًا تقنيات أثرت في علم الفلزات الأوروبي لقرون. وسمى الرومان خام الزنك الذي لديهم "cadmia"، مدركين قيمته لكنهم لم يفهموا طبيعته الحقيقية.

الإتقان الآسيوي

بينما كافح الأوروبيون مع تطاير الزنك، تمكن علماء الفلزات الهنود من إنتاج الزنك النقي بحلول القرن 12. ففي مناجم زوار في راجستان، طوروا تقنيات ثورية للتقطير في المراجل، إذ سخنوا خامات الزنك في أوعية طينية محكمة وأكثفوا البخار في أنابيب من الخيزران تبرد بالماء - وهي عملية سبقت الأساليب الأوروبية بـ500 سنة.

الاعتراف الأوروبي

كان الطبيب والخيميائي الألماني Andreas Libavius أول من وصف الزنك الفلزي في المؤلفات الأوروبية عام 1597، وسماه "القصدير الهندي". غير أن الدراسة المنهجية انتظرت Andreas Sigismund Marggraf (1709-1782)، ابن صيدلي من برلين أصبح أحد رواد الكيمياء.

في عام 1746، أجرى Marggraf التجارب الحاسمة التي أثبتت أن الزنك عنصر متميز. وعمل في مختبره الخاص، فسخن الكالامين بعناية مع الفحم في مِراجل محكمة، وجمع المكثف الفضي الذي تشكل. وأثبت توثيقه الدقيق أن الزنك ليس مجرد شكل غير نقي من القصدير أو الرصاص، كما كان يُعتقد سابقًا.

الثورة الصناعية

جاء الاختراق الحقيقي مع براءة اختراع William Champion عام 1738 لصهر الزنك على نطاق واسع في بريستول بإنجلترا. استخدمت عملية Champion مِراجل ضخمة قادرة على إنتاج 200 رطل من الزنك يوميًا، فأطلقت عصر الزنك الصناعي ومكّنت ثورة الجلفنة التي ستغير قطاع البناء في القرن 19.

الاستخدامات

فيما يُستخدم زنك

التطبيقات الصناعية: محارب التآكل

يُعد الزنك أحد أكثر المدافعين تنوعًا في الصناعة، وتتمثل قدرته الفائقة الأساسية في الجلفنة - وهي العملية التي توفر مليارات الدولارات من أضرار البنية التحتية سنويًا. عند جلفنة الفولاذ بالغمس الساخن، يُغمر في زنك منصهر عند 450°C، مما يُنشئ رابطة معدنية تُكوّن طبقات متعددة من سبائك الزنك والحديد. تحمي هذه العملية كل شيء، من حواجز الطرق السريعة إلى التجديد الأخير لبرج إيفل.

تقنيات الجلفنة

تستخدم الجلفنة الحديثة عدة تقنيات متقدمة. تستطيع خطوط الجلفنة المستمرة معالجة لفائف الفولاذ بسرعات تصل إلى 600 متر في الدقيقة، مع تطبيق طلاءات من الزنك بسماكة لا تتجاوز 7 ميكرونات، ومع ذلك توفر حماية لعقود. تستخدم الجلفنة الكهربائية محاليل كبريتات الزنك وتحكمًا دقيقًا في التيار لترسيب طلاءات فائقة النعومة على ألواح هياكل السيارات، مما يضمن لمعان سيارتك الأصلي.

ثورة الصب بالقوالب

ينتج الصب بالقوالب بالزنك مكونات معقدة تختبئ أمام ناظريك. تحقن العملية سبائك الزنك المنصهرة (عادةً Zamak 3 أو 5 أو 7) في قوالب فولاذية دقيقة تحت ضغوط تتجاوز 1,000 psi. وينتج عن ذلك كل شيء، من مفصلات حاسوبك المحمول وإطارات هاتفك الذكي إلى علب ناقل الحركة في السيارات والمكونات المعدنية الزخرفية، بتفاوتات تُقاس بأجزاء من ألف البوصة.

تقنية البطاريات

يعمل مسحوق الزنك في البطاريات القلوية مصعدًا في إلكتروليت هيدروكسيد البوتاسيوم، موفرًا الجهد الموثوق 1.5V الذي يشغّل عددًا لا يحصى من الأجهزة. وتحقق بطاريات الزنك والهواء المتقدمة المستخدمة في المعينات السمعية كثافات طاقة تضاهي أنظمة الليثيوم، باستخدام أكسجين الغلاف الجوي مهبطًا، مما يجعلها خفيفة للغاية وطويلة الأمد.

التصنيع الكيميائي

ينطوي إنتاج أكسيد الزنك إما على العملية الفرنسية (تبخير الزنك الفلزي عند 950°C) أو العملية الأمريكية (حرق بخار الزنك في أجواء محكومة). ويعمل أكسيد الزنك الناتج حفازًا أساسيًا في تصنيع الميثانول ومكوّنًا رئيسيًا في فلكنة المطاط، حيث يعمل منشطًا للتشابك العرضي للكبريت الذي يمنح الإطارات متانتها.

الزنك اليومي: مختبئ أمام ناظريك

  • منتجات العناية الشخصية
    • الواقي الشمسي (يوفر أكسيد الزنك حماية واسعة الطيف من الأشعة فوق البنفسجية)
    • كريم طفح الحفاضات (Desitin وA+D وBoudreaux's Butt Paste)
    • شامبو مضاد للقشرة (Head & Shoulders وSelsun Blue)
    • مزيلات العرق ومضادات التعرق (خصائص مضادة للميكروبات)
  • مواد البناء
    • الأسقف والكسوات المجلفنة (تدوم أكثر من 50 سنة)
    • الأسوار الشبكية وحواجز الطرق
    • قنوات التدفئة والتهوية وتكييف الهواء والمزاريب
    • المسامير والبراغي والمثبتات
  • صناعة السيارات
    • ألواح الهيكل والإطارات (مقاومة التآكل)
    • مكونات المحرك وأجزاء ناقل الحركة المصبوبة بالقوالب
    • خطوط المكابح وأنظمة الوقود
    • الزخارف والشعارات
  • الإلكترونيات والتقنية
    • أغلفة البطاريات والأقطاب الكهربائية (Duracell وEnergizer)
    • إطارات الهواتف الذكية والحواسيب المحمولة
    • حواف أجهزة التلفاز والشاشات
    • هياكل منصات الألعاب
  • الصحة والتغذية
    • المكملات الغذائية (لدعم جهاز المناعة)
    • أقراص استحلاب الزنك لعلاج الزكام (Cold-Eeze وZicam)
    • مراهم التئام الجروح
    • الحبوب والأطعمة المدعمة بالزنك

مصدره

وجوده الطبيعي

70 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 80% of elements

رحلة الزنك الكونية

تبدأ قصة الزنك في الأفران النووية للنجوم الهائلة، حيث تُنتج عمليات احتراق السيليكون والتقاط النيوترونات هذا العنصر الأساسي خلال اللحظات الأخيرة قبل انهيار النجوم. وعندما تنفجر هذه النجوم كمستعرات عظمى، تنثر الزنك في أرجاء الكون، ليدخل في النهاية ضمن أنظمة كوكبية جديدة مثل نظامنا.

وفرة الزنك على الأرض

تحتوي قشرة الأرض على نحو 70 جزءًا في المليون من الزنك، مما يجعله العنصر الرابع والعشرين من حيث الوفرة. نتج هذا التركيز عن عمليات التمايز الكوكبي المبكرة، إذ سمح الوزن الذري المتوسط للزنك ببقائه في الوشاح السيليكاتي بدلًا من هبوطه إلى لب الحديد والنيكل.

معادن الزنك الأساسية

يسيطر Sphalerite (ZnS) على إنتاج الزنك عالميًا، إذ يمثل 95% من جميع خامات الزنك. وغالبًا ما يُظهر هذا المعدن ذو النظام البلوري المكعّب ألوانًا زاهية - من الأصفر العسلي إلى الأحمر الداكن - بسبب إحلال الحديد والكادميوم. وقد تشكلت الرواسب الرئيسية عبر عمليات حرارية مائية ترسبت فيها سوائل غنية بالزنك في بيئات الحجر الجيري.

يمثل كل من Smithsonite (ZnCO₃) وhemimorphite (Zn₄Si₂O₇(OH)₂·H₂O) معادن ثانوية مهمة تشكلت نتيجة تجوية رواسب الكبريتيد الأولية. وغالبًا ما تنشئ هذه المناطق المؤكسدة تكوينات بلورية مذهلة يقدرها جامعو المعادن.

التوزيع العالمي

تتجمع أكبر رواسب الزنك في العالم حول الحدود التكتونية القديمة. وتحتوي منطقة Broken Hill الأسترالية على بعض أغنى خامات الزنك والرصاص والفضة على الأرض، وقد تشكلت قبل 1.7 مليار سنة. ويستغل Antamina mine في بيرو رواسب سكارن ضخمة، حيث لامس الحجر الجيري الصهارة المتداخلة، مهيئًا ظروفًا مثالية لتركيز الزنك.

الدورة البيولوجية

يشارك الزنك في الدورات الجيوكيميائية الحيوية للأرض من خلال التجوية وامتصاص النباتات والترسيب البحري. وتحتوي مياه المحيطات على نحو 0.5 جزء في البليون من الزنك، بينما تركزه الكائنات البحرية في أنسجتها، ثم تعيده في النهاية إلى الرواسب عند موتها.

التعامل

السلامة

سلامة الزنك: أساسي ولكن بتوازن

يمثل الزنك مفارقة مثيرة للاهتمام - فهو أساسي للحياة، وقد يكون سامًا عند وجوده بكمية زائدة في الوقت نفسه. ويُعد فهم هذا التوازن الدقيق أمرًا بالغ الأهمية للمناولة الآمنة والصحة البيولوجية.

الأهمية البيولوجية مقابل السمية

يحتاج جسم الإنسان إلى 8-11 mg من الزنك يوميًا لأكثر من 300 وظيفة إنزيمية، ولعمل جهاز المناعة، والتئام الجروح. ومع ذلك، تبدأ السمية الحادة عند نحو 225-450 mg، مسببة الغثيان والقيء والإسهال. ويمكن أن يتداخل التعرض المزمن لأكثر من 40 mg يوميًا مع امتصاص النحاس، مما يؤدي إلى فقر الدم واضطراب المناعة.

حدود التعرض المهني

  • OSHA PEL: 5 mg/m³ (8-hour TWA) لأبخرة أكسيد الزنك
  • NIOSH REL: 5 mg/m³ (10-hour TWA) مع سقف قدره 10 mg/m³
  • ACGIH TLV: 2 mg/m³ للجزء القابل للاستنشاق، و10 mg/m³ للجزء المستنشق

حمى أبخرة المعادن

تمثل حمى أبخرة المعادن أخطر مخاطر الزنك المهنية. يؤدي استنشاق أبخرة أكسيد الزنك أثناء اللحام أو الصهر إلى أعراض شبيهة بالإنفلونزا تظهر بعد 4-12 ساعة من التعرض: الحمى والقشعريرة والغثيان والإرهاق. وعلى الرغم من أنها نادرًا ما تكون خطيرة، فمن الممكن الوقاية منها تمامًا بالتهوية المناسبة ووسائل حماية الجهاز التنفسي.

معدات الوقاية الشخصية

  • حماية الجهاز التنفسي: N95 كحد أدنى لغبار الزنك؛ وجهاز مزود بالهواء للعمليات الساخنة
  • حماية العينين: نظارات أمان ذات واقيات جانبية؛ ونظارات واقية للطحن
  • حماية الجلد: قفازات من النتريل؛ وأكمام طويلة عند مناولة مركبات الزنك
  • التهوية: شفط موضعي للحام؛ وتهوية عامة للتخزين

إجراءات الطوارئ

الاستنشاق: أبعد المصاب عن مصدر التعرض فورًا؛ ووفر الهواء النقي والأكسجين عند الحاجة. ملامسة الجلد: اغسل بالماء لمدة 15 دقيقة؛ وانزع الملابس الملوثة. ملامسة العين: اغسل العين بالماء النظيف لمدة 15 دقيقة؛ واطلب العناية الطبية. الابتلاع: لا تحفز القيء؛ ووفر الماء واطلب الرعاية الطبية الفورية عند تناول كميات تتجاوز الجرعات الغذائية.

إجابات سريعة

زنك: أسئلة شائعة

What is زنك?

زنك (symbol Zn) is element 30 on the periodic table, a فلز انتقالي in period 4, group 12. The sacrificial metal: zinc corrodes so that the steel it coats does not. At room temperature it is a solid.

What is the electron configuration of زنك?

زنك's ground-state electron configuration is [Ar] 3d¹⁰ 4s², giving 4 occupied shells holding 2, 8, 18, 2 electrons respectively.

What are the melting and boiling points of زنك?

زنك melts at 692.9 K (419.7 °C) and boils at 1180 K (906.9 °C).

What is the atomic mass of زنك?

The standard atomic weight of زنك is 65.38 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.

How dense is زنك?

زنك has a density of 7.134 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of زنك is about 7.1× heavier.

What is the electronegativity of زنك?

زنك has a Pauling electronegativity of 1.65. The scale runs from 0.70 (francium, the least greedy for electrons) to 3.98 (fluorine, the most). Values in this middle band tend to form covalent rather than strongly ionic bonds.

Who discovered زنك, and when?

زنك was discovered in 1746 by Andreas Marggraf. It is named after german Zinke, "prong".

How common is زنك on Earth?

زنك makes up about 70 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.

→ السابق Cu Copper Element 29 · Transition metal التالي ← Ga Gallium Element 31 · Post-transition metal