What is Цинк?
Цинк (symbol Zn) is element 30 on the periodic table, a переходный металл 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.
Строение
Это не схема из точек на кольцах, а выборка методом Монте-Карло из фактической плотности вероятности |ψ|² для каждой занятой подоболочки. Перетаскивайте, чтобы вращать. Синий и фиолетовый цвета обозначают противоположные знаки волновой функции, благодаря чему возможно образование связей.
Измеренные значения
Каждая полоса показывает, какое место цинк занимает среди всех 118 элементов по этому свойству.
Источники: стандартные атомные массы IUPAC 2021 года · Справочник химии и физики CRC · NIST. Значения, отмеченные ~, являются расчётными, а не измеренными.
Размер в масштабе
Radius 134 pm — that is 0.134 nm, so about 3731 million of them side by side would span a millimetre.
Тепловой диапазон
Цинк is liquid over a 487 K window, from 693 K to 1180 K.
История
Синевато-белый металл. Важный питательный элемент, защищающий сталь от ржавчины.
История открытия цинка насчитывает тысячелетия, соединяя древнюю металлургию и современную химию. В отличие от элементов, открытых в лабораторных колбах, цинк появился благодаря практическим потребностям ремесленников и любознательности алхимиков.
Археологические свидетельства из цивилизации долины Инда (2500 г. до н. э.) обнаруживают артефакты из латуни, содержащей цинк, что указывает на раннее знание цинксодержащих руд. Однако древние металлурги неосознанно получали цинк с помощью цементационного процесса — нагревали медь с богатым цинком каламином (карбонатом цинка) в тиглях, создавая латунь, но никогда не выделяя чистый цинк.
Производство римской латуни процветало примерно с 20 г. до н. э.; мастерские на территории современной Бельгии и Германии совершенствовали технологии, которые на протяжении веков влияли на европейскую металлургию. Римляне называли содержащую цинк руду «кадмия», признавая её ценность, но не понимая её истинной природы.
Пока европейцы боролись с летучестью цинка, индийские металлурги уже к XII веку научились получать чистый цинк. На рудниках Zawar в Раджастхане они разработали революционные методы перегонки в ретортах: нагревали цинковые руды в герметичных глиняных сосудах и конденсировали пар в бамбуковых трубках, охлаждаемых водой, — процесс, опередивший европейские методы на 500 лет.
Немецкий врач и алхимик Andreas Libavius впервые описал металлический цинк в европейской литературе в 1597 году, назвав его «индийским оловом». Однако систематическое изучение началось благодаря Andreas Sigismund Marggraf (1709-1782), сыну берлинского аптекаря, ставшему одним из пионеров химии.
В 1746 году Маргграф провёл решающие эксперименты, доказавшие, что цинк является самостоятельным элементом. В своей частной лаборатории он осторожно нагревал каламин с древесным углём в герметичных ретортах, собирая образовавшийся серебристый конденсат. Его тщательная документация доказала, что цинк — не просто нечистая форма олова или свинца, как считалось ранее.
Настоящий прорыв произошёл благодаря патенту William Champion 1738 года на крупномасштабную выплавку цинка в Бристоле, Англия. В процессе Чемпиона использовались массивные реторты, способные производить 200 фунтов цинка в день, что положило начало промышленной эпохе цинка и сделало возможной революцию в гальванизации, изменившую строительство XIX века.
Применение
Цинк — один из самых универсальных защитников промышленности, и его главным преимуществом является гальванизация — процесс, ежегодно предотвращающий ущерб инфраструктуре на миллиарды долларов. При горячем цинковании сталь погружают в расплавленный цинк при температуре 450°C, создавая металлургическую связь и формируя несколько слоёв цинк-железных сплавов. Этот процесс защищает всё: от дорожных ограждений до недавно отреставрированной Эйфелевой башни.
В современной гальванизации применяются несколько передовых технологий. Линии непрерывного цинкования могут обрабатывать стальные рулоны со скоростью до 600 метров в минуту, нанося цинковые покрытия толщиной всего 7 микрон, но обеспечивая защиту на десятилетия. Электроцинкование использует растворы сульфата цинка и точное управление током для нанесения сверхгладких покрытий на кузовные панели автомобилей, сохраняя их безупречный вид.
Литьё цинка под давлением создаёт сложные компоненты, которые незаметно окружают нас повсюду. В процессе расплавленные цинковые сплавы (обычно Zamak 3, 5 или 7) впрыскиваются в прецизионные стальные формы под давлением, превышающим 1,000 psi. Так производятся детали от петель ноутбуков и корпусов смартфонов до картеров автомобильных трансмиссий и декоративной фурнитуры с допусками, измеряемыми в тысячных долях дюйма.
В щелочных батарейках цинковый порошок служит анодом в электролите из гидроксида калия, обеспечивая надёжное напряжение 1.5V, от которого работают бесчисленные устройства. Современные цинк-воздушные батарейки для слуховых аппаратов достигают плотности энергии, сопоставимой с литиевыми системами, используя атмосферный кислород в качестве катода, благодаря чему они чрезвычайно лёгкие и долговечные.
Производство оксида цинка осуществляется либо по французскому процессу (испарение металлического цинка при температуре 950°C), либо по американскому процессу (сжигание паров цинка в контролируемой атмосфере). Полученный оксид цинка служит важным катализатором синтеза метанола и ключевым компонентом вулканизации резины, где он действует как активатор образования серных поперечных связей, придающих шинам прочность.
Откуда он берётся
70 mg/kg of Earth's crust · more abundant than 80% of elements
История цинка начинается в ядерных печах массивных звёзд, где горение кремния и процессы захвата нейтронов создают этот важный элемент в последние мгновения перед коллапсом звезды. Когда эти звёзды взрываются как сверхновые, они рассеивают цинк по космосу, и со временем он входит в состав новых планетных систем, подобных нашей.
Земная кора содержит примерно 70 частей на миллион цинка, что делает его 24-м по распространённости элементом. Эта концентрация сформировалась в результате ранних процессов планетарной дифференциации, когда умеренная атомная масса цинка позволила ему остаться в силикатной мантии, а не опуститься в железо-никелевое ядро.
Сфалерит (ZnS) составляет основу мирового производства цинка, на него приходится 95% всей цинковой руды. Этот минерал с кубической кристаллической системой часто отличается яркими цветами — от медово-жёлтого до тёмно-красного — из-за замещения железом и кадмием. Крупные месторождения сформировались в результате гидротермальных процессов, когда богатые цинком растворы осаждались в известняковой среде.
Смитсонит (ZnCO₃) и гемиморфит (Zn₄Si₂O₇(OH)₂·H₂O) представляют собой важные вторичные минералы, образовавшиеся при выветривании первичных сульфидных месторождений. В этих окисленных зонах часто формируются впечатляющие кристаллические образования, высоко ценимые коллекционерами минералов.
Крупнейшие в мире месторождения цинка сосредоточены вокруг древних тектонических границ. В районе Broken Hill в Австралии находятся одни из богатейших на Земле руд цинка, свинца и серебра, образовавшихся 1.7 миллиарда лет назад. На руднике Antamina mine в Перу разрабатывается крупное скарновое месторождение, где известняк вступил в контакт с интрузивной магмой, создав идеальные условия для концентрации цинка.
Цинк участвует в биогеохимических циклах Земли через выветривание, поглощение растениями и морское осаждение. Морская вода содержит около 0.5 частей на миллиард цинка, а морские организмы концентрируют его в тканях, со временем возвращая в осадки после смерти.
Обращение
Цинк представляет собой удивительный парадокс: он одновременно необходим для жизни и потенциально токсичен в избытке. Понимание этого хрупкого баланса крайне важно для безопасного обращения с ним и поддержания здоровья.
Человеческому организму ежедневно требуется 8-11 мг цинка для работы более 300 ферментов, функционирования иммунной системы и заживления ран. Однако острая токсичность начинается примерно при дозе 225-450 мг и вызывает тошноту, рвоту и диарею. Хроническое воздействие свыше 40 мг в день может нарушить усвоение меди, приводя к анемии и нарушению функций иммунной системы.
Лихорадка металлических паров — наиболее значимая профессиональная опасность, связанная с цинком. Вдыхание паров оксида цинка при сварке или плавке вызывает симптомы, похожие на грипп, через 4-12 часов после воздействия: жар, озноб, тошноту и усталость. Хотя это состояние редко бывает тяжёлым, его полностью можно предотвратить с помощью надлежащей вентиляции и средств защиты органов дыхания.
Вдыхание: немедленно удалить пострадавшего из зоны воздействия; обеспечить доступ свежего воздуха и при необходимости кислород. Контакт с кожей: промывать водой в течение 15 минут; снять загрязнённую одежду. Контакт с глазами: промывать чистой водой в течение 15 минут; обратиться за медицинской помощью. Проглатывание: не вызывать рвоту; дать воду и немедленно обратиться за медицинской помощью при попадании внутрь количества, превышающего питательную дозу.
Краткие ответы
Цинк (symbol Zn) is element 30 on the periodic table, a переходный металл 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.
[Ar] 3d¹⁰ 4s², giving 4 occupied shells holding 2, 8, 18, 2 electrons respectively.Цинк melts at 692.9 K (419.7 °C) and boils at 1180 K (906.9 °C).
The standard atomic weight of Цинк is 65.38 u. That is a weighted average across its naturally occurring isotopes, which is why it is rarely a whole number.
Цинк has a density of 7.134 g/cm³. Water is 1.0 g/cm³, so a block of цинк is about 7.1× heavier.
Цинк 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.
Цинк was discovered in 1746 by Andreas Marggraf. It is named after german Zinke, "prong".
Цинк makes up about 70 mg/kg of the Earth's crust — uncommon, but not rare.