Цинк является типичным представителем группы металлических элементов и обладает всем спектром их характеристик: металлическим блеском, пластичностью, электро- и теплопроводностью. Однако химические свойства цинка несколько отличаются от основных реакций, присущих большинству металлов. Элемент при определенных условиях может вести себя как неметалл, например, реагировать со щелочами. Такое явление называется амфотерностью. В нашей статье мы изучим физические свойства цинка, а также рассмотрим типичные реакции, характерные для металла и его соединений.

Положение элемента в периодической системе и распространение в природе

Металл располагается в побочной подгруппе второй группы периодической системы. В нее, кроме цинка, входят кадмий и ртуть. Цинк относится к d-элементам и находится в четвертом периоде. В химических реакциях его атомы всегда отдают электроны последнего энергетического уровня, поэтому в таких соединениях элемента, как оксид, средние соли и гидроксид, металл проявляет степень окисления +2. Строением атома объясняются все физико-химические свойства цинка и его соединений. Общее содержание металла в почве составляет примерно 0,01вес. %. Он входит в состав минералов, например, таких как галмей и цинковая обманка. Так как содержание цинка в них невысокое, сначала горные породы подвергаются обогащению, которое проводится в шахтных печах. Большинство цинксодержащих минералов представляют собой сульфиды, карбонаты и сульфаты. Это соли цинка, химические свойства которых лежат в основе процессов их переработки, например, таких как обжиг.

Получение металла

Реакция жесткого окисления карбоната или сульфида цинка приводит к получениюего оксида. Процесс происходит в кипящем слое. Это специальный метод, основанный на тесном контакте мелкоизмельченного минерала и струи горячего воздуха, движущейся с большой скоростью. Далее оксид цинка ZnO восстанавливают коксом и удаляют образовавшиеся пары металла из сферы реакции. Еще один способ получения металла, основанный на химических свойствах цинка и его соединений - это электролиз раствора сульфата цинка. Он представляет собой окислительно-восстановительную реакцию, проходящую под действием электрического тока. Металл высокой чистоты при этом осаждается на электроде.

Физическая характеристика

Голубовато-серебристый, при обычных условиях хрупкий металл. В интервале температур от 100° до 150° цинк становится гибким и его можно прокатывать в листы. При нагревании выше 200° металл становится необычайно хрупким. Под действием кислорода воздуха куски цинка покрываются тонким слоем оксида, а при дальнейшем окислении он превращается в гидроксокарбонат, который играет роль протектора и препятствует дальнейшему взаимодействию металла с кислородом воздуха. Физические и химические свойства цинка взаимосвязаны. Рассмотрим это на примере взаимодействия металла с водой и кислородом.

Жесткое окисление и реакция с водой

При сильном нагревании на воздухе цинковые стружки сгорают голубым пламенем, при этом образуется оксид цинка.

Он проявляет амфотерные свойства. В парах воды, разогретых до температуры красного каления, металл вытесняет водород из молекул Н 2 О, кроме этого, образуется оксид цинка. Химические свойства вещества доказывают его способность взаимодействовать как с кислотами, так и со щелочами.

Окислительно-восстановительные реакции с участием цинка

Так как элемент в ряду активности металлов стоит перед водородом, он способен вытеснять его из молекул кислот.

Продукты реакции между цинком и кислотами будут зависеть от двух факторов:

• вида кислоты
• ее концентрации

Оксид цинка

Белый пористый порошок, желтеющий при нагревании и возвращающий свой первоначальный цвет при охлаждении - это окись металла. Химические свойства оксида цинка, уравнения реакций его взаимодействия с кислотами и щелочами подтверждают амфотерный характер соединения. Так, вещество не может реагировать с водой, но взаимодействует как с кислотами, так и со щелочами. Продуктами реакций будут средние соли (в случае взаимодействия с кислотами) или комплексные соединения - тетрагидроксоцинкаты.

Оксид цинка применяют в производстве белой краски, которую называют цинковыми белилами. В дерматологии вещество входит в состав мазей, присыпок и паст, оказывающих на кожу противовоспалительное и подсушивающее действие. Большая же часть производимого оксида цинка применяется в качестве наполнителя для резины. Продолжая изучать химические свойства цинка и его соединений, рассмотрим гидроксид Zn(OH) 2 .

Амфотерный характер гидроксида цинка

Белый осадок, выпадающий под действием щелочи на растворы солей металла - это основание цинка. Соединение быстро растворяется под действием кислот или щелочей. Первый тип реакции заканчивается образованием средних солей, второй - цинкатов. В твердом виде выделены комплексные соли - гидроксоцинкаты. Особенностью гидроксида цинка является его способность растворяться в водном растворе аммиака с образованием гидроксида тетраамминцинка и воды. Основание цинка является слабым электролитом, поэтому как его средние соли, так и цинкаты в водных растворах поддаются гидролизу, то есть их ионы взаимодействуют с водой и образуют молекулы гидроксида цинка. Растворы таких солей металла, как хлорид или нитрат, будут иметь кислую реакцию вследствие накопления избытка ионов водорода.

Характеристика сульфата цинка

Рассмотренные нами ранее химические свойства цинка, в частности, его реакции с разбавленной сульфатной кислотой, подтверждают образование средней соли - сернокислого цинка. Это бесцветные кристаллы, нагревая которые до 600° и выше, можно получить оксосульфаты и трехокись серы. При дальнейшем нагревании сернокислый цинк преобразуется в оксид цинка. Соль растворима в воде и глицерине. Вещество выделяют из раствора при температуре до 39°C в виде кристаллогидрата, формула которого ZnSO 4 ×7H 2 O. В этом виде его называют цинковым купоросом.

В интервале температур 39°-70° получают шестиводную соль, а выше 70° в составе кристаллогидрата остается только одна молекула воды. Физико-химические свойства сульфата цинка позволяют применять его в качестве отбеливателя при изготовлении бумаги, в виде минерального удобрения в растениеводстве, как подкормку в рационе домашних животных и птицы. В текстильной промышленности соединение используют в производстве вискозной ткани, в окрашивании ситца.

Сернокислый цинк входит также в состав раствора электролита, применяемого в процессе гальванического покрытия слоем цинка железных или стальных изделий диффузным способом или методом горячего оцинкования. Слой цинка в течение длительного времени защищает такие конструкции от коррозии. Учитывая химические свойства цинка, нужно отметить, что в условиях высокой солености воды, значительных колебаний температуры и влажности воздуха оцинкование не дает желаемого эффекта. Поэтому в промышленности нашли широкое применение сплавы металла с медью, магнием и алюминием.

Применение сплавов, содержащих цинк

Для транспортировки многих химических веществ, например, аммиака, по трубопроводам, необходимы особые требования к составу металла, из которого изготовлены трубы. Они изготавливаются на основе сплавов железа с магнием, алюминием и цинком и обладают высокой антикоррозионной устойчивостью к действию агрессивной химической среды. Кроме этого, цинк улучшает механические свойства сплавов и нивелирует вредное влияние таких примесей, как никель и медь. В процессах промышленного электролиза широкое применение получили сплавы меди и цинка. Для транспортировки продуктов нефтепереработки используют танкеры. Они построены из алюминиевых сплавов, содержащих, кроме магния, хрома и марганца, большую долю цинка. Материалы такого состава обладают не только высокими антикоррозионными свойствами и повышенной прочностью, но еще и криогенной стойкостью.

Роль цинка в организме человека

Содержание Zn в клетках составляет 0,0003%, поэтому его относят к микроэлементам. Химические свойства, реакции цинка и его соединений играют важную роль в обмене веществ и поддержании нормального уровня гомеостаза, как на уровне клетки, так и всего организма в целом. Ионы металла входят в состав важных ферментов и других биологически активных веществ. Например, известно, о серьезном влиянии цинка на формирование и функции мужской половой системы. Он входит в состав кофермента гормона тестостерона, отвечающего за фертильность семенной жидкости и формирование вторичных половых признаков. Небелковая часть еще одного важнейшего гормона - инсулина, вырабатываемого бета-клетками островков Лангерганса поджелудочной железы, также содержит микроэлемент. Иммунный статус организма тоже напрямую связан с концентрацией в клетках ионов Zn +2 , которые находятся в гормоне тимуса - тимулине и тимопоэтине. Высокая концентрация цинка регистрируется в структурах ядра - хромосомах, содержащих дезоксирибонуклеиновую кислоту и участвующих в передаче наследственной информации клетки.

В нашей статье мы изучили химические функции цинка и его соединений, а также определили его роль в жизнедеятельности организма человека.

Своё название цинк получил с лёгкой руки Парацельса, назвавшего этот металл «zincum» («zinken»). В переводе с немецкого это означает «зубец» – именно такую форму имеют кристаллиты металлического цинка.

В чистом виде цинк в природе не встречается, однако он содержится в земной коре, в воде и даже практически в каждом живом организме. Его добыча чаще всего осуществляется из минералов: цинкита, виллемита, каламина, смитсонита и сфалерита. Последний является наиболее распространенным, а его основную часть составляет сульфид ZnS. Сфалерит в переводе с греческого – обманка. Такое название он получил из-за трудности определения минерала.

Zn можно обнаружить в термальных водах, где он постоянно мигрирует, осаждаясь в виде того же сульфида. В роли главного осадителя цинка выступает сероводород. В качестве биогенного элемента цинк активно участвует в жизни многих организмов, причем некоторые из них концентрируют в себе этот элемент (отдельные виды фиалок).

Наиболее крупными месторождениями минералов с содержанием Zn располагают Боливия и Австралия. Основные месторождения цинка в России находятся в Восточно-Сибирском и Уральском регионах. Общие прогнозируемые запасы страны – 22,7 млн. т.

Цинк: производство

Главное сырье для добычи цинка – это полиметаллическая руда, содержащая сульфид Zn в количестве 1-4 %. В дальнейшем это сырьё обогащается селективной флотацией, позволяющей получить цинковый концентрат (до 50-60 % Zn). Его помещают в печи, превращая сульфид в оксид ZnO. Затем обычно применяется дистилляционный (пирометаллургический) способ получения чистого Zn: концентрат обжигается и спекается до состояния зернистости и газопроницаемости, после чего восстанавливается коксом или углем при температуре 1200-1300°C. Простая формула показывает, как из оксида цинка получить цинк:

ZnO+С=Zn+CO

Данный способ позволяет добиться 98,7-процентной чистоты металла. Если же необходима чистота в 99,995%, применяется технологически более сложная очистка концентрата ректификацией.

Физические и химические свойства цинка

Элемент Zn, с атомной (молярной) массой 65,37 г/моль занимает в таблице Менделеева ячейку под номером 30. Чистый цинк – это металл сине-белого цвета с характерным металлическим блеском. Его основные характеристики:

• плотность – 7,13 г/см 3
• температура плавления – 419,5 о С (692,5 К)
• температура кипения – 913 о С (1186 К)
• удельная теплоемкость цинка – 380 дж/кг
• удельная электропроводность – 16,5*10 -6 см/м
• удельное электрическое сопротивление – 59,2*10 -9 ом/м (при 293 К)

Контакт цинка с воздухом приводит к образованию оксидной пленки и потускнению поверхности металла. Элемент Zn легко образует оксиды, сульфиды, хлориды и фосфиды:

2Zn+О 2 =2ZnО

Zn+S=ZnS

Zn+Сl 2 =ZnСl 2

3Zn+2Р=Zn 3 Р 2

Цинк взаимодействует с водой, сероводородом, отлично растворяется в кислотах и щелочах:

Zn+Н 2 О=ZnО+Н 2

Zn+Н 2 S=ZnS+Н 2

Zn+Н 2 SO 4 =ZnSO 4 +Н 2

4Zn+10НNО 3 =4Zn(NО 3)2+NН 4 NО3+3 Н 2 О

Zn+2КОH+2Н 2 О=К2+Н 2

Также цинк взаимодействует с раствором CuSO 4 , вытесняя медь, поскольку она менее активна, нежели Zn, а значит, первой выводится из раствора соли.

Цинк может находиться не только в твердом или пылеобразном виде, но и в виде газа. В частности, пары цинка возникают при сварочных работах. В данном виде Zn представляет собой яд, который становится причиной появления цинковой (металлической) лихорадки.

Сульфид цинка: физические и химические свойства

Свойства ZnS представлены в таблице:

У цинка есть несколько марок. В зависимости от них металл может использоваться:

• Для оцинковки стали.
• Для изготовления цинковых сплавов.
• Для производства полуфабрикатов из цинка.
• Для изготовления цинковых соединений.

Продукция из металла

С помощью напыления цинкосодержащих красок на самих строительных объектах обрабатываются сварные швы.

Использование в строительстве

На протяжении долгих лет цинк используется в строительстве для защиты железа от коррозии. Эта процедура получила название «оцинкование».

Роль оцинкования

Процессам коррозии подвержен практически весь строительный фонд. Если говорить в цифрах, то это примерно 75%. Зная это, конструкторы уже на этапе проектирования закладывают процедуру оцинковки или закупку уже готовых оцинкованных изделий.

К этому шагу производители пришли не сразу. Повышенные требования к качеству возникли после ряда обрушений строительных сооружений, причиной которых были некачественные крепежные изделия. Борьба с коррозий металлических конструкция давно стала вопросом государственной важности.

Сейчас количество выпускаемых оцинкованных изделий растет с каждым годом. При этом на каждый вид изделия есть ГОСты, ОСты или технические условия, в которых обязательно регламентируется оцинковка конкретных элементов.

Так, например, обязательной оцинковке подлежат линии электропередач и дорожные ограждения.

На сегодняшний день ассортимент оцинкованных изделий порадует любого покупателя и производителя.

Технологии оцинкования

Существует несколько способов использования цинка на поверхности металла. И далее мы погорим о технологиях и методах оцинкования металлоконструкций, труб, деталей, профнастила и других изделий.

Горячий способ

Это наиболее популярный способ оцинкования. Он с успехом применяется во многих странах. В результате его использования изделие получает высокое качество и отличные эксплуатационные характеристики. Пятьдесят процентов стали подвергается оцинкованию в виде листового проката, примерно сорок процентов приходится на долю готовых изделия, а остальные десять процентов идет на оцинковку труб и проволоки.

Суть горячего способа заключается в следующем: очищенное стальное изделие погружают в цинк, который представлен в виде расплавленного вещества. Между металлом и цинком происходит связь, которая приводит к формированию нескольких слоев. На характеристики покрытия (толщину и структуру) влияет состав расплавленного вещества.

У горячего способа цинкования металлов есть свои недостатки.

• В частности, способ экологически небезопасен, так как в нем используется много химических составляющих.
• Второй недостаток: процесс обработки требует постоянного поддержания высокой температуры, а это в свою очередь свидетельствует о больших энергозатратах.

Горячим способом чаще всего обрабатывается стальная сетка, элементы строительных конструкция огромных размеров, а так же .

Про горячее цинкование расскажет это видео:

Гальванический способ

Способ применяется при необходимости достижения высокой гладкости поверхности. В результате электрохимического воздействия происходит фиксация цинка на поверхности. Здесь металл и цинк плотно сливаются друг с другом.

Суть гальванического способа состоит в следующем: металлическое изделие погружают в ванну с раствором электролита. Изделие подводят к источнику тока. В результате электролиза цинк ровно ложится на деталь. Такой способ обработки подходит для всех видов металла. В результате изделие получается очень блестящим. При этом блеск равномерно распределяется по всему объему.

На качество покрытия существенно влияет частота изделия. На нем не должно быть мелкого мусора и различных пленок, в противном случае оцинкование будет некачественным. За чистотой поверхности очень трудно уследить при производстве больших объемов. К положительным сторонам этого способа обработки относится идеально блестящая и ровная поверхность.

• К отрицательной стороне: большое количество отходов, которые образуются на этапе очистки. Полученные отходы наносят сильный вред окружающей среде.
• Ко второй отрицательной стороне относится обязательное наличие дорогостоящего оборудования, без которого гальванический способ обработки произвести нельзя.

Термодиффузионный способ

Этот способ применяется при необходимости получения толщины слоя в 20 мкм. Термодиффузионный способ очень схож с горячим цинкованием. Только здесь обработанное изделие помещают в печь барабанного тира.

За счет вращательного движения на изделие наносится оцинкованный слой. На выполнения одного полного цикла нанесения слоя требуется примерно три часа. Термодиффузионный способ в основном применяют для мелких метизов, таких как шурупы и шайбы. Так же этот способ применяется для сложных по форме деталей, для элементов с глухими отверстиями и для изделий с резьбой.

К самому эффективному способу обработки изделий относят термодиффузионное окрашивание. Способ обработки решает вопрос не только поверхностной коррозии, но внутренней. Термодиффузионный способ применяется для защиты арматуры в и перекрытиях. Его используют для труб водоснабжения (как холодного, так и горячего).

Холодный способ

Этот вид обработки давно широко применяется. В результате холодной обработки изделие окрашивается цинкосодержащими веществами. Обработка изделий таким способом не требует от исполнителя профессиональных навыков. Так же не требуется дорогостоящего оборудования.

Но есть один минус этой обработки. Готовые оцинкованные изделия могут быть подвержены механическому влиянию. Холодное оцинкование часто применяют для оцинкования труб.

Процесс холодного цинкования рассмотрен в этом видеоролике:

Цинк - металл серебристо-белого цвета, который еще с древних времен в Египте, Китае, Греции и Индии широко использовался в сплаве с медью (латунь). В середине XVIII века вещество было выделено в чистом виде. Современное название цинк получил лишь в 1920 годах. В природе он представлен солями, находящимися в составе минералов. Из этой статьи вы подробнее узнаете, что такое цинк и как его можно использовать.

Общая характеристика

Цинк - это элемент побочной подгруппы 2-й группы 4-го периода таблицы Менделеева, с порядковым номером 30. Атомная масса цинка равна 65,39. Своим названием он обязан Парацельсу, в трудах которого встречаются слова zinken и zincum, происходящие, очевидно, от слова zinke, означающего зубец. Отсюда произошла и химическая формула цинка - Zn. Будучи весьма распространенным элементом, цинк встречается в земной коре едва ли не во всех водных ресурсах планеты и в львиной доле живых организмов. На сегодняшний день известно более шести десятков минералов этого вещества. Основная масса цинка добывается в Боливии, Австралии, Казахстане и Иране.

Физические и химические свойства

Давайте узнаем, что такое цинк с точки зрения науки. Данный элемент является хрупким и пластичным переходным металлом. При взаимодействии с воздухом, серебристо-белое вещество тускнеет. Цинк горит, образуя белый оксид. При сгибании пластинки из этого материала можно услышать треск, образующийся из-за трения кристаллов. Цинк, нагретый до 100-150 °С становится очень пластичным.

Промышленное использование

Металлический цинк нашел широкое применение в промышленности. С его помощью, путем подземного выщелачивания добывают золото и серебро. Также цинк используется для защиты стали от коррозии (оцинковка и металлизация). В батарейках и аккумуляторах данное вещество выступает в качестве материала для отрицательных электродов.

Цинковые пластины широко используют в полиграфии, главным образом для печати иллюстраций. Из меди и цинка делают латунь. Сплавы этого вещества с магнием и алюминием нашли широкое применение в машиностроении. Цинк вводят в состав твердых припоев, для снижения температуры их плавления. Его окись является антисептическим и противовоспалительным средством, поэтому пользуется популярностью в медицине. Также с ее помощью производят краски - так называемые цинковые белила.

Селенид, фосфид, сульфид и теллурид цинка являются широко применяемыми полупроводниками. Кроме того, фосфид используется в составе отравы для грызунов, сульфид - в составе люминофоров, а селенид - в изготовлении оптических стекол.

Цинк в организме

Действие макроэлемента обуславливается тем фактом, что он входит в состав большого количества ферментов. Таким образом, цинк играет важную роль в организме человека. Еще в древнем Египте, с его помощью заживляли раны. На сегодняшний день учеными доказано, что данный макроэлемент принимает непосредственное участие в укреплении иммунной системы и поддержании нормального гормонального фона, а также стабилизирует рост.

В организме человека это химическое вещество можно найти в: мышечных тканях, костях, почках, печени, клетках крови, и даже сетчатке глаза. Цинк не только способствует долголетию, но и помогает сохранить молодость и избавиться от следов усталости.

Сегодня даже молодежь страдает от недостатка антиоксидантов, одним из которых является цинк. Это крайне негативно влияет на женскую репродуктивность и эндокринную систему. Девушки, у которых наблюдается дефицит цинка, страдают от недостаточной выработки половых гормонов и растут больше, чем нужно. У них отмечаются чересчур длинные конечности, нарушение отложения жировых клеток и менструального цикла и внешняя инфантильность.

Для мужчин цинк также очень важен. Он регулирует рост предстательной железы, а также отвечает за профилактику мужского бесплодия и аденомы простаты. Кроме того, данный микроэлемент активирует деятельность половых гормонов и сперматозоидов.

В пожилом возрасте недостаток цинка приводит к потере слуха, развитию атеросклероза и частым инфекционным заболеваниям. При достаточном употреблении этого вещества улучшаются память, внимание и прочие функции мозга.

Огромное количество цинка содержится в наших волосах. Поэтому проблемы с волосяным покровом (ломкость, тусклость, выпадение) являются первым сигналом о его недостатке. Многие знают, что витамин А - это залог здоровья ногтей кожи и волос. Однако даже его усиленный прием может оказаться безрезультатным, если не принимать цинк, выступающий активатором витаминов Е и А.

Кроме того, он позволяет избавиться от угревой сыпи, ревматизма, и инфекционных заболеваний ротовой полости. Исследования показали, что высокая смертность новорожденных мальчиков может быть вызвана дефицитом цинка у матери во время беременности. Усиливается данная проблема тем фактом, что женская потребность в этом веществе гораздо меньше, чем мужская. По этой же причине возможны гестоз и выкидыши.

Благодаря антиоксидантным и регенеративным свойствам, данный макроэлемент более 5000 лет используется для заживления ран и ожогов. Его по сей день добавляют в мази, лосьоны и крема.

Суточная норма

Норма потребления цинка была определена лишь в 1970 году. У мужчин она составляет 15 мг в сутки, а у женщин - 12 мг. Вместе с тем многие специалисты настаивают на том, что эти показатели стоит увеличить как минимум вдвое. Статистика же показывает, что большинство населения Земли не получает и указанных количеств макроэлементы. В некоторых случаях дозу цинка однозначно стоит увеличить. Это: психологические нагрузки, беременность и кормление, физические нагрузки, вегетарианство.

Необходимо также иметь в виду, что при лечении кортизоном, употреблении противозачаточных препаратов, а также злоупотреблении чересчур сладкой и соленой пищей усвояемость цинка снижается. А вот употребление магния и витамина В6, наоборот, повышает активность этого макроэлемента. Поэтому магний и цинк часто представлены в лекарственных препаратах в тандеме.

Признаки дефицита

Недостаток цинка в организме может быть обусловлен рядом причин: недостаточное поступление с пищей, плохое усвоение, нарушения в работе щитовидной железы, заболевания печени. Кроме того, поводом для дефицита этого макроэлемента может стать переизбыток белков, фитина и селена, употребляемых с продуктами питания. Причиной данной проблемы и снижения качества жизнедеятельности в целом также могут стать моральные и физические нагрузки, нестабильный образ жизни, стрессовые ситуации, вредные привычки.

Перерасход цинка в организме происходит при воспалениях и онкологии. Причина в том, что при лечении данных заболеваний, активируется рост клеток, в котором важную роль играет цинк.

Недостаток данного макроэлемента в организме является довольно серьезной проблемой. Он может привести к таким проблемам:

1. Патологии желудочно-кишечного тракта.
2. Нарушения сна, утомляемость, нервозность.
3. Склонность к алкогольной зависимости, депрессивные состояния.
4. Гиперактивность.
5. Потеря обоняния, аппетита и вкусовых ощущений.
6. Уменьшение остроты зрения.
7. Малокровие.
8. Угри, дерматит, экзема, псориаз и прочие заболевания кожи.
9. Поражение волосяного покрова и ногтей.
10. Развитие сахарного диабета.
11. Задержка полового созревания, которая может привести к аденоме простаты и импотенции.
12. Патологии во время беременности или даже бесплодие.
13. Ослабление иммунитета и, как следствие, аллергические и респираторные заболевания.
14. Преждевременное старение.

Как показали недавние исследования, если в организме человека наблюдается недостаток цинка и таурина, то у него может начать развиваться эпилепсия.

Цинк особенно важен для детей, так как его нехватка может привести к остановке роста. В некоторых восточных странах, из-за указанной причины проживает много людей карликового роста.

Избыток цинка

Переизбыток макроэлемента наступает при употреблении более двух грамм в сутки. Если же принять более 200 г цинка, то он вызовет рвоту. Длительное употребление вещества в количестве более 100 грамм в день приводит к ухудшению иммунитета и способствует развитию язв желудка. Острое отравление сопровождается рвотными рефлексами, диареей и появлением во рту специфического привкуса.

Причиной переизбытка цинка может быть прием препаратов несогласованных с врачом, нарушение обмена веществ на клеточном уровне, работа на вредном производстве и даже неправильное использование оцинкованной посуды.

Симптомами начальных стадий отравления данным макроэлементом являются: патологии кожи, ногтей и волос, ослабление иммунной системы, боли в желудке, нарушения в работе печени, поджелудочной железы и простаты. При более сильных отравлениях могут возникнуть боли в поясничном отделе, усиленное сердцебиение и боли при мочеиспускании. Велика также вероятность повышения уровня холестерина в сосудах.

Положительным является тот факт, что, по мнению многих ученых, передозировка цинком практически невозможна, так как он не обладает токсичностью и не может накапливаться в тканях в виде излишков. Особенно это касается макроэлемента, содержащегося в естественном виде в продуктах питания. А вот дефицит вещества в рационе питания многих людей действительно является серьезной проблемой.

Источники в пище

Казалось бы, если цинк в продуктах встречается едва ли не повсеместно, откуда у людей проблемы с дефицитом данного макроэлемента. Здесь есть ряд нюансов. Во-первых, в растительных источниках количество цинка крайне незначительно. Во-вторых, макроэлементы, поступающие в организм с пищей, далеко не всегда усваиваются в полном объеме. И в-третьих, на снижение пищевой ценности продуктов может влиять кулинарная обработка и выращивание на обедненных почвах (применительно к растениям). Поэтому прежде чем составлять комплексный рацион питания, стоит разобраться, что такое цинк и сколько его в том или ином продукте. Особо внимательными стоит быть вегетарианцам.

Кстати говоря, в народной медицине есть простое, но действенное средство для восполнения дефицита цинка - настой из листьев березы.

Взаимодействие цинка с другими веществами

У цинка есть как «враги», так и «помощники». К первой категории веществ можно отнести: медь, железо, ртуть и кальций. Цинк плохо усваивается под влиянием: танина, алкоголя, анаболиков, диуретиков и противозачаточных средств. Такое важное для организма вещество как клетчатка, может снизить эффективность цинка до 80%. Здесь, опять же, стоит быть внимательными вегетарианцам, которые потребляют много овощей и фруктов, содержащих клетчатку.

К помощникам цинка относятся: витамины групп А, Е, С и В6, фтор и пиколиновая кислота. Кстати говоря, комплекс из цинка, марганца и витамина В6 используется для профилактики некоторых видов шизофрении.

Препараты на основе цинка

Разобравшись, что такое цинк и как его используют, кратко рассмотрим, в каких медицинских препаратах он представлен. Здесь сразу стоит оговориться, что применять медикаменты без консультации доктора крайне нежелательно. Чаще всего больным назначают растворы цинка, присыпки, мази (например "Бюро плюс", "Деситин", "Глутамол", цинковую мазь), а также окиси и сульфаты в виде капель. Популярны и содержащие цинк витамины («Центрум», «Селиницинк Плюс», «Цинктерал», «Цинкит»). Кроме того, для лечения геморроя используют свечи с цинком, а для борьбы с облысением - таблетки.

Области применения цинка в процентном отношении:

• Цинкование - 45-60 %
• В медицине (оксид цинка как антисептик) - 10 %
• Производство сплавов - 10 %
• Производство резиновых шин - 10 %
• Масляные краски - 10 %

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.

Применение цинка в металлургии

Этот металл по-прежнему остается основой промышленности. По выплавке чугуна и стали и сейчас судят о мощи государства. А чугун и сталь подвержены коррозии, и, несмотря на значительные успехи, достигнутые человечеством в борьбе с «рыжим врагом», коррозия ежегодно губит десятки миллионов тонн металла.

Нанесение на поверхность стали и чугуна тонких пленок коррозионно-стойких металлов – важнейшее средство защиты от коррозии. А на первом месте среди всех металлопокрытий – и по важности, и по масштабам – стоят покрытия цинковые. На защиту стали идет 40% мирового производства цинка!

Оцинкованные ведра, оцинкованная жесть на крышах домов – вещи настолько привычные, настолько будничные, что мы, как правило, не задумываемся, а почему, собственно, они оцинкованные, а не хромированные или никелированные? Если же такой вопрос возникает, то «железная логика» мигом выдает однозначный ответ: потому что цинк дешевле хрома и никеля. Но дело не в одной дешевизне.

Цинковое покрытие часто оказывается более надежным, нежели остальные, потому что цинк не просто механически защищает железо от внешних воздействий, он его химически защищает.

Кобальт, никель, кадмий, олово и другие металлы, применяемые для защиты железа от коррозии, в ряду активности металлов стоят после железа. Это значит, что они химически более стойки, чем железо. Цинк же и хром, наоборот, активнее железа. Хром в ряду активности стоит почти рядом с железом (между ними только галлий), а цинк – перед хромом.

Процессы атмосферной коррозии имеют электрохимическую природу и объясняются с электрохимических позиций. Но в принципе механизм защиты железа цинком состоит в том, что цинк – металл более активный – прежде, чем железо, реагирует с агрессивными компонентами атмосферы. Получается, словно металлы соблюдают правило солдатской дружбы: сам погибай, а товарища выручай... Конечно, металлы не солдаты, тем не менее, цинк выручает железо, погибая.

Вот как это происходит.

В присутствии влаги между железом и цинком образуется микрогальванопара, в которой цинк – анод. Именно он и будет разрушаться при возникшем электрохимическом процессе, сохраняя в неприкосновенности основной металл. Даже если покрытие нарушено – появилась, допустим, царапина, – эти особенности цинковой защиты и ее надежность остаются неизменными. Ведь и в такой ситуации действует микрогальванопара, в которой цинк принесен в жертву, и, кроме того, обычно в процессе нанесения покрытия железо и цинк реагируют между собой. И чаще всего царапина оголяет не само железо, а интерметаллическое соединение железа с цинком, довольно устойчивое к действию влаги.

Существен и состав продукта, образующегося при «самопожертвований» элемента №30. Активный цинк реагирует с влагой воздуха и одновременно с содержащимся в нем углекислым газом. Образуется защитная пленка состава 2ZnCO 3 · Zn(OH) 2 , имеющая достаточную химическую стойкость, чтобы защитить от реакций и железо, и сам цинк. Но если цинк коррелирует в среде, лишенной углекислоты, скажем, в умягченной воде парового котла, то пленка нужного состава образоваться не может, и в этом случае цинковое покрытие разрушается намного быстрее.

Как же наносят цинк на железо? Способов несколько. Поскольку цинк образует сплавы с железом, быстро растворяя его даже при невысоких температурах, можно наносить распыленный цинк на подготовленную стальную поверхность из специального пистолета. Можно оцинковывать сталь (это самый старый способ), просто окуная ее в расплавленный цинк. Кстати, плавится он при сравнительно низкой температуре (419,5°C). Есть, конечно, электролитические способы цинкования. Есть, наконец, метод шерардизации (по имени изобретателя) применяемый для покрытия небольших деталей сложной конфигурации, когда особенно важно сохранить неизменными размеры.

В герметически закрытом барабане детали, пересыпанные цинковой пылью, выдерживают в течение нескольких часов при 350...375°C. В этих условиях атомы цинка достаточно быстро диффундируют в основной материал; образуется железоцинковый сплав, слой которого не «уложен» поверх детали, а «внедрен» в нее.

Приготовление латуни с помощью цинка

Приготовление латуни восстановлением особого камня – кадмея углем в присутствии меди описано у Гомера, Аристотеля, Плиния Старшего. В частности, Аристотель писал о добываемой в Индии меди, которая «отличается от золота только вкусом».

Действительно, в довольно многочисленной группе сплавов, носящих общее название латуней, есть один (Л-96, или томпак), по цвету почти неотличимый от золота. Между прочим, томпак содержит меньше цинка, чем большинство латуней: цифра за индексом Л означает процентное содержание меди. Значит, на долю цинка в этом сплаве приходится не больше 4%.

Можно предполагать, что металл из кадмеи и в древности добавляли в медь не только затем, чтобы осветлить ее. Меняя соотношение цинка и меди, можно получить многочисленные сплавы с различными свойствами. Не случайно латуни поделены на две большие группы – альфа и бета-латуни. В первых цинка не больше 33%.

С увеличением содержания цинка пластичность латуни растет, но только до определенного предела: латунь с 33 и более процентами цинка при деформировании в холодном состоянии растрескивается; 33%Zn – рубеж роста пластичности, за которым латунь становится хрупкой.

Впрочем, могло случиться, что за основу классификации латуней взяли бы другой «порог» – все классификации условны, ведь и прочность латуней растет по мере увеличения в них содержания цинка, но тоже до определенного предела. Здесь предел иной – 47...50% Zn. Прочность латуни, содержащей 45% Zn, в несколько раз больше, чем сплава, отлитого из равных количеств цинка и меди.

Широчайший диапазон свойств латуней объясняется прежде всего хорошей совместимостью меди и цинка: они образуют серию твердых растворов с различной кристаллической структурой. Так же разнообразно и применение сплавов этой группы. Из латуней делают конденсаторные трубки и патронные гильзы, радиаторы и различную арматуру, множество других полезных вещей – всего не перечислить.

И что здесь особенно важно. Введенный в разумных пределах цинк всегда улучшает механические свойства меди (ее прочность, пластичность, коррозионную стойкость). И всегда при этом он удешевляет сплав – ведь цинк намного дешевле меди. Легирование делает сплав более дешевым – такое встретишь не часто.

Цинк входит и в состав другого древнего сплава на медной основе. Речь идет о бронзе. Это раньше делили четко: медь плюс олово – бронза, медь плюс цинк – латунь. Теперь «грани стерлись». Сплав ОЦС-3-12-5 считается бронзой, но цинка в нем в четыре раза больше, чем олова. Бронза для отливки бюстов и статуй содержит (марка БХ-1) от 4 до 7% олова и от 5 до 8% цинка, т.е. называть ее латунью оснований больше – на 1%. А ее по-прежнему называют бронзой, да еще художественной...

До сих пор мы рассказывали только о защите цинком и о легировании цинком. Но есть и сплавы на основе элемента №30. Хорошие литейные свойства и низкие температуры плавления позволяют отливать из таких сплавов сложные тонкостенные детали. Даже резьбу под болты и гайки можно получать непосредственно при отливке, если имеешь дело со сплавами на основе цинка.

Растущий дефицит свинца и олова заставил металлургов искать рецептуры новых типографских и антифрикционных сплавов. Доступный, довольно мягкий и относительно легкоплавкий цинк, естественно, привлек внимание в первую очередь. Почти 30 лет поисковых и исследовательских работ предшествовали появлению антифрикционных сплавов на цинковой основе. При небольших нагрузках они заметно уступают и баббитам и бронзам, но в подшипниках большегрузных автомобилей и железнодорожных вагонов, угледробилок и землечерпалок они стали вытеснять традиционные сплавы. И дело здесь не только в относительной дешевизне сплавов на основе цинка. Эти материалы прекрасно выдерживают большие нагрузки при больших скоростях в условиях, когда баббиты начинают выкрашиваться...

Цинковые сплавы появились и в полиграфии. Так, наряду с сурьмяно-оловянно-свинцовым сплавом – гартом для отливки шрифтов используют и так называемый сплав №3, в котором содержится до 3% алюминия, 1,2...1,6% магния, остальное цинк.

Применение цинка в аккумуляторах

Поскольку цинк в ряду напряжений является самым электроположительным металлом, устойчивым в водных растворах (магний все-таки медленно, но реагирует с водой), на основе цинка создано большое число разнообразных химических источников тока. Это серебряно-цинковые аккумуляторы, «сухие» элементы Лекланше, ртутно-цинковые и воздушно-цинковые элементы.

Например: марганцево-цинковый элемент, серебряно-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,85 В, 150 Вт·ч/кг, 650 Вт·ч/дм³, малое сопротивление и колоссальные разрядные токи), ртутно-цинковый элемент (ЭДС 1,35 В, 135 Вт·ч/кг, 550-650 Вт·ч/дм³), диоксисульфатно-ртутный элемент, йодатно-цинковый элемент, медно-окисный гальванический элемент (ЭДС 0,7-1,6 Вольт, 84-127 Вт·ч/кг, 410-570 Вт·ч/дм³), хром-цинковый элемент, цинк-хлоросеребряный элемент, никель-цинковый аккумулятор (ЭДС 1,82 Вольт, 95-118 Вт·ч/кг, 230-295 Вт·ч/дм³), свинцово-цинковый элемент, цинк-хлорный аккумулятор, цинк-бромный аккумулятор и др). Очень важна роль цинка в цинк-воздушных аккумуляторах, в последние годы интенсивно разрабатываются на основе системы цинк-воздух - аккумуляторы для компьютеров (ноутбуки) и в этой области достигнут значительный успех (большие, чем у литиевых батарей, ёмкость и ресурс, меньшая в 3 раза стоимость), так же эта система очень перспективна для пуска двигателей (свинцовый аккумулятор - 55 Вт·ч/кг, цинк-воздух - 220-300 Вт·ч/кг) и для электромобилей (пробег до 900 км). Входит в состав многих твёрдых припоев для снижения их температуры плавления. Цинк - важный компонент латуни. Окись цинка широко используется в медицине как антисептическое и противовоспалительное средство. Также окись цинка используется для производства краски - цинковых белил .

Хлорид цинка - важный флюс для пайки металлов и компонент при производстве фибры.

Теллурид, селенид, фосфид, сульфид цинка - широко применяемые полупроводники.

Селенид цинка используется для изготовления оптических стёкол с очень низким коэффициентом поглощения в среднем инфракрасном диапазоне, например, в углекислотных лазерах.

В пиротехнике цинковую пыль применяют, чтобы получить голубое пламя. Цинковая пыль используется в производстве редких и благородных металлов. В частности, таким цинком вытесняют золото и серебро из цианистых растворов. Как ни парадоксально, но и при получении самого цинка (и кадмия) гидрометаллургическим способом применяется цинковая пыль – для очистки раствора сульфата цинка от меди и кадмия. Но это еще не все. Вы никогда не задумывались, почему металлические мосты, пролеты заводских цехов и другие крупногабаритные изделия из металла чаще всего окрашивают в серый цвет?

Главная составная часть применяемой во всех этих случаях краски – все та же цинковая пыль. Смешанная с окисью цинка и льняным маслом, она превращается в краску, которая отлично предохраняет от коррозии. Эта краска к тому же дешева, эластична, хорошо прилипает к поверхности металла и не отслаивается при температурных перепадах.