Разлика между версии на „Цинк“

33 bytes added ,  преди 1 година
редакция без резюме
м (Bot: Automated text replacement (-language=German +език=de))
| ван_дер_Ваалс =139
| ван_дер_Ваалс_коментар =
| окс_състояния ='''2''', 1,<ref>{{cite journal|author1=Resa, I.|author2=Carmona, E.|author3=Gutierrez-Puebla, E.|author4=Monge, A.|title=Decamethyldizincocene, a Stable Compound of Zn(I) with a Zn-Zn Bond|journal=Science|doi=10.1126/science.1101356|pmid=15326350|year=2004|volume=305|issue=5687|pages=1136–81136 – 8}}</ref><ref>{{cite book|title=Inorganic Chemistry|last1 =Housecroft|first1=C. E.|last2 =Sharpe|first2 =A. G.|year=2008|publisher=Prentice Hall|edition=3rd|isbn=978-0131755536|page=843}}</ref> -2
| окс_състояния_коментар =
| оксид =ZnO (амфотерен)
Характерната за цинка [[атомна маса]] е равна на 65,37 [[Единица за атомна маса|u]], атомният му [[радиус]] е 0,139 nm, а [[електроотрицателност]]та му – 1,4 eV.
 
Химичните свойства на цинка са подобни на тези на преходните метали никел и мед, макар че той има запълнена s-обвивка, така че неговите съединения са диамагнити и предимно безцветни.<ref name=Greenwood1997>{{Citationcite book
|last=Greenwood
|first=N. N.
|ref=CITEREFGreenwood1997}}</ref>
 
Йонният му радиус е почти идентичен с този на [[магнезий|магнезия]] и поради това някои от техните соли имат еднаква кристална структура <ref name=CRC>{{Citationcite book
|author=CRC contributors
|title=Handbook of Chemistry and Physics
и там, където йонният радиус е определящ фактор, цинкът и магнезият имат подобни химични характеристики.
 
Цинкът има [[йонен радиус]] 0,074 nm, който е много по-малък от тези на представителите на IIА група, а характерната за него [[йонизационна енергия]] е значително по-голяма – 9,39 eV. Затова и активността на този елемент е значително по-малка. Поради стабилността на d<sup>10</sup>-конфигурацията, характерната [[степен на окисление]] на този елемент е +2. Химичните връзки се образуват с участието на двата s-електрона. Проявява подчертана склонност към комплексообразуване <ref name=Holl>{{Citationcite book|publisher=Walter de Gruyter|year=1985|edition=91 – 100| pages=1034 – 1041|isbn=3110075113|title=Lehrbuch der Anorganischen Chemie|first=Arnold F.|last=Holleman|coauthors=Wiberg, Egon; Wiberg, Nils;|език=de|chapter=Zink}}</ref>.
 
== Изотопи ==
Цинкът има пет стабилни [[изотоп]]а. <sup>64</sup>Zn е най-често срещан в природата (48,63%).<ref name="NNDC">{{Citationcite book|url=http://www.nndc.bnl.gov/chart/|author=NNDC contributors|editor=Alejandro A. Sonzogni (Database Manager)|title=Chart of Nuclides|publisher=National Nuclear Data Center, [[Brookhaven National Laboratory]]|date=13 септември 2008|year=2008|location=Upton (NY)}}</ref> Този изотоп има толкова дълъг [[период на полуразпад]] (4,3х10<sup>18</sup>години),<ref name="CRC 2">{{harvnb|CRC|2006|p='''11'''-70}}</ref> че неговата [[радиоактивност]] може да се пренебрегне.<ref name="NASA">{{Citationcite book|title=Five-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Data Processing, Sky Maps, and Basic Results|url=http://lambda.gsfc.nasa.gov/product/map/dr3/pub_papers/fiveyear/basic_results/wmap5basic.pdf|publisher=[[NASA]]|date=6 март 2008|author=NASA contributors|format=PDF}}</ref> Аналогично, <sup>70</sup>Zn (0,6%), с период на полуразпад 1,3х10<sup>16</sup> години обикновено не се счита за радиоактивен. Другите естествени изотопи на цинка са <sup>66</sup>Zn (28%), <sup>67</sup>Zn (4%) и <sup>68</sup>Zn (19%).
 
Изследвани са няколко десетки [[радиоизотоп]]и на цинка. <sup>65</sup>Zn, с [[период на полуразпад]] 243,66&nbsp;дни, е на-дълго живущият от тях, следван от <sup>72</sup>Zn с период на полуразпад 46,5&nbsp;часа.<ref name="NNDC"/> Цинкът има и 10 [[ядрен изомер|ядрени изомера]]. От тях <sup>69m</sup>Zn има най-дълъг период на полуразпад, 13,76 часа.<ref name="NNDC"/> Горният индекс ''m'' означава метастабилен изотоп. Ядрото на метастабилните изотопи се намира във възбудено състояние и се връща към [[основно състояние на атома|основно състояние]] чрез излъчване на [[фотон]] във вид на [[гама лъчи]]. <sup>61</sup>Zn има три възбудени състояния, а <sup>73</sup>Zn – две.<ref>{{Citationcite book| last=Audi|first=Georges|title=The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties|journal=Nuclear Physics A|volume=729|pages=3 – 128| publisher=Atomic Mass Data Center|year=2003|doi=10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001}}</ref> Изотопите <sup>65</sup>Zn, <sup>71</sup>Zn, <sup>77</sup>Zn и <sup>78</sup>Zn имат по едно възбудено състояние.<ref name="NNDC"/>
 
Най-честата реакция на [[радиоактивност|радиоактивен разпад]] на радиоизотопите на цинка с атомен номер по-нисък от 66 е [[електронен захват|електронният захват]]. В резултат се получава изотоп на [[мед (елемент)|мед]]. <ref name="NNDC"/> Най-честата реакция на радиоактивен разпад на радиоизотопите на цинка с атомен номер по-висок от 66 е бета разпад ((β<sup>−</sup> разпад)), в резултат на който се получава изотоп на [[галий]]. <ref name="NNDC"/>
По химична активност цинкът значително отстъпва на представителите на А-групата.
 
Изложен на [[въздух]], губи металния си блясък, като бързо се покрива с корица от [[цинков карбонат]](Zn<sub>5</sub>(OH)<sub>6</sub>CO<sub>3</sub>), като реагира с атмосферния [[въглероден диоксид]].<ref>{{Citationcite book|publisher=CRC Press|year=1994|page=121|isbn=0824792130|title=Corrosion Resistance of Zinc and Zinc Alloys| first=Frank C.|last=Porter}}</ref>, която го предпазва от по-нататъшно [[окисление]]. Цинкът има голям афинитет към [[кислород]]а. Загрят на въздуха при достатъчно висока температура, той може да изгори със синкаво-зелен пламък, както е в праховидно състояние или в състояние на тънки нишки до [[цинков оксид]] (ZnO).<ref name="Holl"/>
::2Zn + O<sub>2</sub> → 2ZnO
Нагрят до тъмночервено, той отнема кислорода дори и от водните пари и от СО<sub>2</sub>:
::Zn + 2H<sub>3</sub>O<sup>+</sup> + 2H<sub>2</sub>O → [Zn(H<sub>2</sub>O)<sub>4</sub>]<sup>2+</sup> + H<sub>2</sub>
 
Цинкът лесно реагира с киселини, алкални соли и други неметали (при нагряване).<ref>{{Citationcite book|last=Hinds|first=John Iredelle Dillard|title=Inorganic Chemistry: With the Elements of Physical and Theoretical Chemistry|publisher=John Wiley & Sons|location=New York|year=1908|edition=2nd|pages=506 – 508}}</ref> Цинк с висока степен на чистота обаче реагира много бавно с киселини при стайна температура.<ref name="Holl"/> При взаимодействие с киселини, които са и силни [[окислител]]и, цинкът се държи като по-силен редуктор. Например, с разредена [[азотна киселина]] се извършва реакцията:
 
::4Zn + 10HNO<sub>3</sub> → 4Zn(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> + NH<sub>4</sub>NO<sub>3</sub> + 3H<sub>2</sub>O
[[Файл:BasicZnAcetate.png|мини|ляво|200px|Структурна химическа формула на триизмерно съединение, в което централният атом кислород е свързан с четири атома Zn чрез O-C-O групи.]]
 
Цинкът образува бинарни съединения с повечето [[металоид]]и и с всички неметали с изключение на благородните газове. Оксидът ZnO представлява бял прах, който е почти неразтворим в неутрални водни разтвори, но има амфотерни свойства, разтваряйки се в концентрирани основи и киселини.<ref name="Holl"/> [[Халкоген]]идите му (цинков сулфид ZnS, цинков селенид ZnSe и цинков телурид ZnTe) имат разнообразни приложения в [[електроника]]та и [[оптика]]та.<ref>{{Citationcite book|title=Zinc Sulfide|publisher=American Elements|accessdate=3 февруари 2009}}</ref> Една от най-характерните цинкови соли е [[цинков сулфид|цинковият сулфид]] (ZnS).
 
Известни са и съединенията с елементи от [[пниктоген|подгрупата]] на [[азот]]а: цинков нитрид Zn<sub>3</sub>N<sub>2</sub>, цинков фосфид Zn<sub>3</sub>P<sub>2</sub>, цинков арсенид Zn<sub>3</sub>As<sub>2</sub> и цинков антимонид Zn<sub>3</sub>Sb<sub>2</sub>,<ref>{{Citationcite book|author=Grolier contributors|title=Academic American Encyclopedia|year=1994|publisher=Grolier Inc| location=Danbury, Connecticut|isbn=0717220532|page=202}}</ref><ref>{{Citationcite book|title=Zinc Phosphide|publisher=American Elements|accessdate=3 февруари 2009}}</ref> както и цинков пероксид, цинков хидрид ZnH<sub>2</sub> и цинков карбид ZnC<sub>2</sub>.<ref>{{Citationcite book|journal=Diamond and Related Materials|volume=9|year=2000|title=Peculiarities of interaction in the Zn–C system under high pressures and temperatures|first=A. A.|last=Shulzhenko|coauthors=Ignatyeva, I. Yu.; Osipov, A. S.; Smirnova, T. I.|doi=10.1016/S0925-9635(99)00231-9|page=129}}</ref>
 
Халогенидите на цинка се получават при непосредствено взаимодействие с [[халоген]]ните елементи. Халогенидите са бели на цвят и имат сравнително високи температури на топене и йонна или молекулна [[кристална решетка]]. Флуоридът е слаборазтворим във вода, но останалите халогениди са със значителна разтворимост. Те притежават силно хигроскопични свойства. Разтварят се и в органични разтворители, като [[етилов алкохол]], [[ацетон]] и др. Получени по мокър път, някои от тях кристализират като хидрати – ZnCl<sub>2</sub>.4H<sub>2</sub>O. За сметка на свободните s-, p- и d-орбитали на металния йон тези халогениди са склонни към присъединителни реакции, които дават комплексни съединения с координационни числа 3, 4 и 6. Поляризуемостта на халогенидните йони нараства от [[флуор]]а към [[йод]]а. От четирите халогенида цинковият флуорид ZnF<sub>2</sub> притежава най-силно изразен йонен характер, докато цинковият хлорид ZnCl<sub>2</sub>, цинковият бромид ZnBr<sub>2</sub> и цинковият йодид ZnI<sub>2</sub> имат относително ниски точки на топене и се счита, че проявяват ковалентен характер.<ref name="Greenwood1997p1211">{{harvnb|Greenwood|1997|p=1211}}</ref>
 
В слаби основни разтвори, съдържащи Zn<sup>2+</sup> йони, цинковият хидроксид Zn(OH)<sub>2</sub> се образува като бяла утайка. В силни алкални разтвори този хидроксид се разтваря и образува Zn(OH){{индекси|p=2-|b=4}}.<ref name="Holl"/> Някои други често срещани [[неорганични съединения]] са нитрат Zn(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>, хлорат Zn(ClO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>, сулфат ZnSO<sub>4</sub>, фосфат Zn<sub>3</sub>(PO<sub>4</sub>)<sub>2</sub> и др. <ref>{{Citationcite book| last=Rasmussen|first=J. K.|coauthors=Heilmann, S. M.| title=In situ Cyanosilylation of Carbonyl Compounds: O-Trimethylsilyl-4-Methoxymandelonitrile| journal=Organic Syntheses, Collected Volume| volume=7| page=521|year=1990}}</ref><ref name="perry">{{Citationcite book|title=Handbook of Inorganic Compounds|last=Perry|first=D. L.|pages=448 – 458|year=1995|isbn=0849386713|publisher=CRC Press}}</ref>
 
Цинкът образува най-различни съединения с кислородосъдържащи и други киселини. Солите [[цинков цианид]], [[цинков фосфат]] и [[цинков карбонат]] са слаборазтворими. Цианидът – Zn(CN)<sub>2</sub>, е бяла утайка. Възможно е да се получи чрез утаяване на воден разтвор на разтворима цинкова сол с разтвор на калиев или натриев цианид
=== Антикорозионни покрития ===
[[Файл:Feuerverzinkte Oberfläche.jpg|мини|250px|Кристална структура на покритието на галванизиран предмет]]
Най-широко приложение на цинка е като антикорозионен агент.<ref name="Greenwood1997p1203">{{harvnb|Greenwood|1997|p=1203}}</ref> Галванизацията, която представлява покриване на предмети от [[желязо]] или [[стомана]] с тънък слой цинк, е най-често използваният метод за нанасяне на цинков слой ([[поцинковане]]) с цел защита от корозия. През 2006 г. в САЩ 56% или 773 000 тона от метала са били използвани именно за галванизация <ref name="USGS-yb2006">{{Citationcite book
|url=http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/zinc/zinc_mcs06.pdf|format=PDF|publisher=United States Geological Survey|title=Mineral Yearbook 2006: Zinc|first=Amy C|last=Tolcin|date=11 декември 2010}}</ref>, а в световен мащаб за тази цел са използвани 47%.<ref name="NRC2006">{{Citationcite book|publisher=Natural Resources Canada
|title=Zinc|last=Panagapko|first=Doug|year=2006|url=http://info.wlu.ca/~wwwgeog/special/vgt/English/can_mod2/unit7.htm|date=11 декември 2010}}</ref>
 
Цинкът е по-силно реактивен от желязото и стоманата и затова, когато е в близост с тези метали, „привлича“ окислението към себе си, докато напълно корозира. При корозията му се формира защитен слой от оксид или карбонат, който постепенно деградира. Това му свойство се използва широко при т.нар. катодна защита с жертвени аноди, широко прилагана за защита на подземни тръбопроводи или метални корабни елементи. <ref>{{Citationcite book|title=A comparative study of the electrochemical behaviour of Algerian zinc and a zinc from a commercial sacrificial anode|first=M.|coauthors=Salhi, E.; Benzine, K.; Ghali E.; Dalard F.|last=Bounoughaz|journal=Journal of Materials Science|volume =38|page=1139|doi=10.1023/A:1022824813564|year=2003}}</ref> Към руля на кораба се прикрепва цинков диск, който бавно корозира, докато рулят остава чист.
 
=== Батерии ===
Цинкът се използва стандартно като материал за анода при изработването на [[батерия|батерии]] поради ниския си електроден потенциал (-0,76 V). В алкалните батерии се използва цинк във форма на прах, а в цинково-въглеродните батерии – във форма на листове.<ref>{{Citationcite book|first=Jürgen O.|last=Besenhard|title=Handbook of Battery Materials|publisher=Wiley-VCH|url=http://www.ulb.tu-darmstadt.de/tocs/60178752.pdf|format=PDF|isbn=3527294694|year=1999|date=11 декември 2010}}</ref><ref>{{Citationcite book|doi=10.1016/0378 – 7753(95)02242 – 2|year=1995|title=Recycling zinc batteries: an economical challenge in consumer waste management|first=J. -P.|last=Wiaux|coauthors=Waefler, J. -P.|journal=Journal of Power Sources|volume=57|page=61}}</ref> В цинково-въздушната [[горивна клетка]] цинкът е анод или гориво.<ref>{{Citationcite book|title=A design guide for rechargeable zinc-air battery technology|last=Culter|first=T.|doi=10.1109/SOUTHC.1996.535134|journal=Southcon/96. Conference Record|year=1996|page=616}}</ref><ref>{{Citationcite book|url=http://www.electric-fuel.com/evtech/papers/paper11-1-98.pdf|format=PDF| title=Zinc Air Battery-Battery Hybrid for Powering Electric Scooters and Electric Buses|first=Jonathan|last=Whartman|coauthors=Brown, Ian|publisher=The 15th International Electric Vehicle Symposium|date=11 декември 2010}}</ref><ref>{{Citationcite book|url =http://www.osti.gov/energycitations/product.biblio.jsp?osti_id=82465|title=A refuelable zinc/air battery for fleet electric vehicle propulsion|last=Cooper|first=J. F|coauthors=Fleming, D.; Hargrove, D.; Koopman, R.; Peterman, K|publisher=Society of Automotive Engineers future transportation technology conference and exposition|date=11 декември 2010}}</ref>
 
=== Препарати за биозащита ===
== Биологична роля ==
[[Файл:Carbonic anhydrase.png|мини|250px|Лентова диаграма на човешки ензим [[карбонанхидраза]] II, като атомът на цинка е в разположен в центъра.]]
Цинкът е важен [[микроелемент]], необходим за растенията,<ref name=Broadley2007>{{Citationcite book|last=Broadley|first=M. R.|coauthors=White, P. J.; Hammond, J. P.; Zelko I.; Lux A.|title=Zinc in plants|journal=New Phytologist|volume=173|page=677|year=2007|pmid=17286818|doi=10.1111/j.1469-8137.2007.01996.x|issue=4}}</ref> животните,<ref>{{Citationcite book|author=Prasad A. S.|title=Zinc in human health: effect of zinc on immune cells|journal=Mol. Med.|volume=14|page=353|year=2008|pmid=18385818|pmc=2277319|doi=10.2119/2008 – 00033.Prasad|issue=5 – 6}}</ref> и [[микроорганизъм|микроорганизмите]].<ref>{{Citationcite book|author=Sugarman B|title=Zinc and infection|journal=Review of Infectious Diseases|volume=5|page=137|year=1983|pmid=6338570|issue=1}}</ref> Цинкът се среща в около 100 специфични [[ензим]]а <ref>{{Citationcite book
|publisher=National Academies Press
|author=United States National Research Council, Institute of Medicine.
}}</ref> (според други източници 300), играе важна роля при репликацията на [[ДНК]] и е втори метал след желязото по честота на срещане в човешкия организъм <ref name=Broadley2007/>.
 
В [[протеин]]ите, цинковите йони често са свързани във веригите на някои [[аминокиселина|аминокиселини]].<ref name="pmid19177216">{{Citationcite book|author = Erik G. Brandt, Mikko Hellgren, Tore Brinck, Tomas Bergman and Olle Edholm|title = Molecular dynamics study of zinc binding to cysteines in a peptide mimic of the alcohol dehydrogenase structural zinc site|journal = Phys. Chem. Chem. Phys. (PCCP)|volume = 11|issue = 6|pages = 975 – 83|year = 2009|pmid = 19177216|doi = 10.1039/b815482a}}</ref>
 
В човешкото тяло са разпределени общо около 2 – 4&nbsp;g цинк <ref name=Rink2000>{{Citationcite book|last=Rink|first =L.|coauthor=Gabriel P.|title=Zinc and the immune system|journal=Proc Nutr Soc|volume=59|page=541|year=2000|doi=10.1017/S0029665100000781|issue=4}}</ref>. Най-голяма част от него се намира в мозъка, мускулите, костите, бъбреците и черния дроб, като най-високи концентрации има в простатата и части от очите <ref>{{Citationcite book|last=Wapnir|first=Raul A.|title=Protein Nutrition and Mineral Absorption|publisher=CRC Press|location=Boca Raton, Florida|year=1990|isbn=0849352274}}</ref>. Цинкът играе важна роля за растежа и развитието на човешкото тяло.
 
Цинкът не е токсичен, но неговите соли притежават известно [[токсично действие]].
=== Препоръчителен дневен прием ===
[[Файл:Foodstuff-containing-Zinc.jpg|мини|upright|200px|ляво|Храни и подправки, богати на цинк]]
Цинкът е необходим микроелемент на храната, но само в много малки количества (50 mg или по-малко). В САЩ препоръчителната дневна доза (Recommended Dietary Allowance – RDA) е 8&nbsp;mg/ден за жени и 11&nbsp;mg/ден за мъже.<ref name=NRC2000p442>{{harvnb|NRC|2000|p=442}}</ref> Най-много цинк съдържат червените меса, особено телешко и агнешко, както и черният дроб. От растителните храни високо съдържание на цинк имат пшеницата и различни семена – сусам, мак, горчица. <ref name=Ensminger1993>{{Citationcite book|last=Ensminger|first=Audrey H.|coauthors=Konlande, James E.|title=Foods & Nutrition Encyclopedia|publisher=CRC Press|location=Boca Raton, Florida|year=1993|edition=2nd|pages=2368 – 2369|isbn=0849389801}}</ref> Цинкът се среща също в бобовите растения, ядките, бадемите, тиквените семки, слънчогледовите семки и касиса.<ref name="USDA_Zn">{{Citationcite book|url=http://www.nal.usda.gov/fnic/foodcomp/Data/SR20/nutrlist/sr20w309.pdf|title=Zinc content of selected foods per common measure|date=6 декември 2007|format=PDF|publisher=United States Department of Agriculture|work=USDA National Nutrient Database for Standard Reference, Release 20}}</ref>
 
== Получаване на цинк ==
 
По-нататък ZnO може да се обработи по два начина:
* Пирометалургия  редуциране с [[Каменни въглища|въглища]] ([[кокс]])
*:: ZnO + C → Zn + CO
*: Редукцията се извършва при висока температура и цинкът се отделя във вид на [[пара|па̀ри]]. При охлаждането може да стане окисляване на цинка вследствие на равновесието, което се установява при тези условия
*:: Zn + CO<sub>2</sub> ↔ ZnO + CO.
*: За да се избегне това, цинковите пари се охлаждат чрез впръскване на разтопено [[олово]]. Стопилките от двата метала не се смесват и при тези условия се получава цинк с чистота около 99%. Пречистването му става чрез [[вакуумдестилация]].
* Хидрометалургия  цинковият оксид се разтваря в разредена [[сярна киселина]] и се подлага на [[електролиза]].
*:Електролитът е [[цинков сулфат]], [[анод]]ите са оловни, а [[катод]]ите – алуминиеви. Оловните аноди не се разрушават при електролизата, а отделеният върху алуминиевите катоди цинк лесно се отделя механически от тях. Поради значителният си парен натиск цинкът лесно се пречиства чрез [[дестилация]]. Така се получава метал с чистота 99,99%.