какую плотность имеет цинк
Какую плотность имеет цинк
Цинк — хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка). Эссенциальный (незаменимый) микроэлемент тканей человека. По количественному соотношению в организме занимает второе, после железа, место. Ему принадлежит ключевая роль в регенерации поврежденных тканей, так как без цинка нарушается синтез нуклеиновых кислот и белка.
СТРУКТУРА
СВОЙСТВА
При комнатной температуре хрупок, при сгибании пластинки слышен треск от трения кристаллитов (обычно сильнее, чем «крик олова»). Имеет низкую температуру плавления. Объем металла при плавлении увеличивается в соответствии со снижением плотности. С повышением температуры уменьшается кинетическая вязкость и электропроводность цинка и возрастает его удельное электрическое сопротивление. При 100—150 °C цинк пластичен. Примеси, даже незначительные, резко увеличивают хрупкость цинка. Является диамагнетиком.
ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА
Месторождения цинка известны в Иране, Австралии, Боливии, Казахстане. В России крупнейшим производителем свинцово-цинковых концентратов является ОАО «ГМК Дальполиметалл»
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.
Основной способ получения цинка — электролитический (гидрометаллургический). Обожжённые 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.
ПРОИСХОЖДЕНИЕ
Цинк в природе как самородный металл не встречается. 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.
ПРИМЕНЕНИЕ
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.
Пластины цинка широко используются в полиграфии, в частности, для печати иллюстраций в многотиражных изданиях. Для этого с XIX века применяется цинкография — изготовление клише на цинковой пластине при помощи вытравливания кислотой рисунка в ней. Примеси, за исключением небольшого количества свинца, ухудшают процесс травления. Перед травлением цинковую пластину подвергают отжигу и прокатывают в нагретом состоянии.
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.
Теллурид, селенид, фосфид, сульфид цинка — широко применяемые полупроводники. Сульфид цинка — составная часть многих люминофоров. Фосфид цинка используется в качестве отравы для грызунов.
Селенид цинка используется для изготовления оптических стёкол с очень низким коэффициентом поглощения в среднем инфракрасном диапазоне, например, в углекислотных лазерах.
Плотность цинка
Плотность цинка и другие его физические свойства
Рис. 1. Цинк. Внешний вид.
При комнатной температуре цинк хрупок, но при нагревании до 100 o С становится пластичным, прокатывается в тонкие листы и вытягивается в проволоку. Дальнейшее нагревание выше 200 o С вновь делает его хрупким. На воздухе он покрывается тонким слоем оксида или основного карбоната, предохраняющим его от дальнейшего окисления. Вода почти не действует на цинк.
Важнейшие константы цинка приведены в таблице ниже.
Таблица 1. Физические свойства и плотность цинка.
Температура плавления, o С
Температура кипения, o С
Перенапряжение водорода, В
Нахождение цинка в природе
Краткое описание химических свойств и плотность цинка
Цинк при хранении на воздухе тускнеет, покрываясь тонким слоем оксида ZnO. Особенно легко окисление протекает при высокой влажности и в присутствии углекислого газа. Пар цинка горит на воздухе, если тонкую пластинку металла накалить в пламени горелки, то она сгорает зеленоватым пламенем с образованием белого дыма оксида.
При повышенной температуре цинк реагирует также с галогенами, серой, фосфором.
Zn + S = ZnS (t > 130 o C);
3Zn + 2P = Zn3P2 (t = 400 — 650 o C).
Цинк взаимодействует с кислотами-неокислителями с выделением водорода:
Особенно легко растворяется в кислотах технический цинк, содержащий примеси менее активных металлов, например меди или кадмия.
При температуре красного каления расплавленный цинк вытесняет водород из водяного пара:
Цинк взаимодействует также с кислотами-окислителями: серной и азотной. Состав продуктов восстановления определяется концентрацией раствора:
Благодаря амфотерности гидроокиси цинка металлический цинк способен растворяться в щелочах:
Примеры решения задач
| Задание | Рассчитайте плотность оксида углерода (II) по водороду. |
| Решение | Для того, чтобы вычислить относительную плотность одного газа по другому, надо относительную молекулярную массу первого газа разделить на относительную молекулярную массу второго газа. |
| Задание | Определите во сколько раз тяжелее воздуха фосфин PH3. |
| Решение | Отношение массы данного газа к массе другого газа, взятого в том же объеме, при той же температуре и том же давлении, называется относительной плотностью первого газа по второму. Данная величина показывает, во сколько раз первый газ тяжелее или легче второго газа. |
Относительную молекулярную массу воздуха принимают равной 29 (с учетом содержания в воздухе азота, кислорода и других газов). Следует отметить, что понятие «относительная молекулярная масса воздуха» употребляется условно, так как воздух – это смесь газов.
Свойства цинка: плотность, теплопроводность, теплоемкость
В таблице представлена температурная зависимость теплофизических свойств цинка Zn таких, как плотность цинка, теплоемкость, температуропроводность, теплопроводность и его удельное электрическое сопротивление. Теплофизические свойства цинка указаны при температуре от 50 до 1000 К (-223 до 727°С).
Свойства цинка в жидком состоянии претерпевают значительные изменения. Из таблицы хорошо видно, что плотность жидкого цинка имеет меньшее значение, чем плотность твердого металла.
Также существенно снижаются значения таких свойств цинка, как температуропроводность и теплопроводность. Температуропроводность цинка в твердом состоянии убывает с повышением температуры и возрастает — в жидком. Теплопроводность цинка в твердом состоянии имеет отрицательный температурный коэффициент и положительный — в жидком, она носит электронный характер. При комнатной температуре теплопроводность цинка равна 115 Вт/(м·град), что сопоставимо с теплопроводностью алюминиевых сплавов.
Зависимость удельной теплоемкости цинка от температуры является типичной для простых металлов. Выше температуры Дебая теплоемкость слабо зависит от значения температуры. Дебаевская температура цинка близка к комнатной температуре. Теплоемкость цинка при его плавлении увеличивается с 453 до 480,3 Дж/(кг·град) и при дальнейшем нагреве до 1000 К практически не изменяется.
Удельное электрическое сопротивление цинка при переходе его в жидкое состояние значительно увеличивается. По сравнению с другими металлами, цинк отличается удивительно малой анизотропией удельного электрического сопротивления при температуре выше 100 К. В целом, температурная зависимость удельного электросопротивления цинка близка к линейной, хотя и наблюдается некоторый рост температурного коэффициента с повышением температуры.
Цинк (Zn, Zincum)
История цинка
Цинк в чистом виде впервые выделил Уильям Чемпион в 1738 году, хотя латунь (сплав меди с цинком) использовали в Древнем Египте и Древней Греции (calorizator). Иногда первооткрывателем цинка называют немца С. Маргграфа, который в 1746 году разработал аналогичный способ выработки цинка и описал его более подробно, чем Чемпион.
Названием цинк обязан Парацельсу, в чьих трудах встречаются слова zincum и zinken, которыми назван металл, видимо, из-за схожести его кристаллитов с иглами (zinke – зубец).
Общая характеристика цинка
Цинк является элементом побочной подгруппы II группы IV периода периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 30 и атомную массу 65,39. Принятое обозначение – Zn (от латинского Zincum).
Нахождение в природе
Цинк достаточно распространённый элемент, он содержится в земной коре, практически во всех водных ресурсах Мирового Океана и во многих живых организмах. На сегодняшний день известно более 60-ти минералов цинка (сфалерит, цинкит, каламин и др.). крупные месторождения цинка обнаружены в Австралии, Боливии, Иране и Казахстане.
Физические и химические свойства
Цинк является хрупким, пластичным переходным металлом, имеет бело-голубоватый цвет, на воздухе покрывается слоем оксида цинка, что приводит к потускнению. При высоких температурах сгорает, образуя белый оксид цинка.
Суточная потребность в цинке
В сутки организм взрослого здорового человека должен получать от 9 до 11 мг цинка, дети – чуть меньше, от 2 до 8 мг, женщины в период беременности и кормления грудью – от 11 до 13 мг.
Продукты питания богатые цинком
Основные поставщики цинка – продукты питания, важный для жизнедеятельности организма элемент содержится в зелёных листовых овощах, брокколи, цветной капусте и редисе, моркови и кукурузе, зелёном луке, фасоли, горохе и чечевице, авокадо и ягодах, арахисе, кокосе, грецких и кедровых орехах, кунжуте, пшенице, овсянке и рисе. Присутствует цинк и в продуктах животного происхождения – свинине и баранине, говядине и индейке, мясе утки и говяжьем языке, морепродуктах и рыбе, плавленом сыре и яичном желтке.
Полезные свойства цинка и его влияние на организм
Функции и полезные свойства цинка:
Взаимодействие с другими
Признаки нехватки цинка
Нехватка цинка в организме человека характеризуется следующими симптомами:
Признаки избытка цинка
Избыточное содержание цинка в организме человека как правило обусловлено приёмом БАДов и препаратов цинка, характеризуется головными болями, приступами слабости и тошнотой.
Применение цинка в жизни
Цинк в чистом виде используется как восстановитель благородных металлов, как защита стали от коррозии, для производства аккумуляторов, в полиграфической промышленности, в медицине, производстве различных сплавов, резиновых шин и масляных красок.
Физические свойства цинка (Zn)
Физические свойства цинка
Цинк – серебристо – серый металл. Для свежего среза на металле характерен голубоватый оттенок, в результате окисления цвет металлической поверхности цинка изменяется. Физические свойства цинка:
Изменение температурного режима активно влияет на изменение физических свойств металлического цинка:
Плотность цинка
жидкого цинка (419,5 °С) — 6,66 г/см 3
Строение решетки цинка
Цинк не обладает полиморфностью. Цинк имеет гексагональное строение кристаллической решетки.
Параметры решетки
| а | 2,6594Å |
| с | 4,9370Å |
| Атомный радиус цинка | 1,37Å |
| Ионный Zn 2+ | 0,83Å |
| Отношение c/a | 1,856 |
|---|---|
| Температура Дебая | 234 K |
Термодинамические характеристики цинка
Температурный коэффициент линейного расширения
Прочие физические свойства цинка
Цинк обладает диамагнитными свойствами.