Plik cynk Jest to metal przejściowy należący do grupy 12 układu okresowego i jest reprezentowany przez symbol chemiczny Zn. Jest to pierwiastek numer 24 w obfitości w skorupie ziemskiej, znajdujący się w minerałach siarkowych, takich jak sfaleryt lub węglany, takie jak smitsonit..
To bardzo znany metal w kulturze popularnej; Przykładem są dachy cynkowe, podobnie jak suplementy regulujące męskie hormony. Występuje w wielu produktach spożywczych i jest niezbędnym składnikiem niezliczonych procesów metabolicznych. Jego umiarkowane spożycie ma kilka zalet w porównaniu z negatywnymi skutkami jego nadmiaru w organizmie.
Cynk był znany na długo przed jego srebrną galwanizowaną stalą i innymi metalami. Mosiądz, stop o zróżnicowanym składzie miedzi i cynku, od tysięcy lat jest częścią zabytków. Dziś jego złoty kolor jest zwykle widoczny na niektórych instrumentach muzycznych.
Podobnie, jest to metal, z którego wykonane są baterie alkaliczne, ponieważ jego redukcja mocy i łatwość oddawania elektronów sprawia, że jest to dobra opcja jako materiał anodowy. Jego głównym zastosowaniem jest cynkowanie stali, przykrywanie ich warstwą cynku, która utlenia się lub poświęca, aby zapobiec późniejszej korozji znajdującego się pod spodem żelaza..
W swoich związkach pochodnych prawie zawsze ma stopień utlenienia lub stan +2. Dlatego rozważany jest jon Zndwa+ otoczone środowiskami molekularnymi lub jonowymi. Podczas gdy Zndwa+ jest to kwas Lewisa, który może powodować problemy w komórkach, skoordynowany z innymi cząsteczkami, pozytywnie oddziałuje z enzymami i DNA.
Zatem cynk jest ważnym kofaktorem dla wielu metaloenzymów. Pomimo niezwykle ważnej biochemii i blasku zielonkawych błysków i płomieni podczas spalania, w świecie nauki jest uważany za „nudny” metal; ponieważ jego właściwościom brakuje atrakcyjności innych metali, a także jego temperatura topnienia jest znacznie niższa niż ich.
Indeks artykułów
Cynk był manipulowany przez tysiące lat; ale w sposób niezauważalny, ponieważ starożytne cywilizacje, w tym Persowie, Rzymianie, Siedmiogród i Grecy, już wytwarzały przedmioty z mosiądzu, monety i broń.
Dlatego mosiądz jest jednym z najstarszych znanych stopów. Przygotowali go z mineralnej galmanu Zn4takdwaLUB7(O)dwaH.dwaLub, które mielą i ogrzewają w obecności wełny i miedzi.
Podczas tego procesu niewielkie ilości metalicznego cynku, które mogły powstać, wydostały się w postaci pary, co opóźniało jego identyfikację jako pierwiastka chemicznego na lata. W miarę upływu stuleci mosiądz i inne stopy zwiększały zawartość cynku, wyglądając bardziej szaro.
Już w XIV wieku w Indiach udało im się wyprodukować metaliczny cynk, który nazwali Jasada i sprzedawali go w tym czasie w Chinach.
I tak alchemicy mogli go zdobyć, aby przeprowadzić swoje eksperymenty. To słynna postać historyczna Paracelsus nadała mu nazwę „cynk”, prawdopodobnie ze względu na podobieństwo między kryształami cynku i zębami. Stopniowo, pośród innych nazw i różnych kultur, nazwa `` cynk '' skończyła się zsiadaniem z tego metalu.
Chociaż Indie już produkowały cynk metaliczny od XIV wieku, pochodzi on z metody, w której używano galmanu z wełną; dlatego nie była to metalowa próbka o znacznej czystości. William Champion udoskonalił tę metodę w 1738 r. W Wielkiej Brytanii, stosując pionowy piec retortowy.
W 1746 r. Niemiecki chemik Andreas Sigismund Marggraf „po raz pierwszy” uzyskał próbkę czystego cynku poprzez podgrzanie galmanu w obecności węgla drzewnego (lepszego środka redukującego niż wełna) wewnątrz pojemnika z miedzią. Ten sposób wytwarzania cynku rozwinął się komercyjnie równolegle z metodą Champion.
Później opracowano procesy, które ostatecznie uniezależniły się od galmanu, wykorzystując zamiast tego tlenek cynku; innymi słowy, bardzo podobny do obecnego procesu pirometalurgicznego. Udoskonalono również piece, które są w stanie produkować coraz większe ilości cynku..
Do tego czasu nadal nie było aplikacji wymagającej olbrzymich ilości cynku; ale to się zmieniło dzięki wkładowi Luigiego Galvaniego i Alessandro Volty, którzy ustąpili miejsca koncepcji galwanizacji. Volta wymyślił również tak zwane ogniwo galwaniczne, a cynk stał się wkrótce częścią projektu suchych ogniw..
Jest to szarawy metal, zwykle dostępny w postaci granulatu lub proszku. Fizycznie jest słaby, więc nie jest dobrym rozwiązaniem dla aplikacji, w których musi obsługiwać ciężkie obiekty.
Podobnie jest kruchy, chociaż po podgrzaniu do temperatury powyżej 100 ° C staje się plastyczny i ciągliwy; do 250 ° C, w której to temperaturze staje się ponownie kruchy i nadaje się do rozpylania.
65,38 g / mol
30
419,53 ° C. Ta niska temperatura topnienia wskazuje na jego słabe wiązanie metaliczne. Po stopieniu ma wygląd podobny do płynnego aluminium.
907 ºC
460 ºC
-7,14 g / ml w temperaturze pokojowej
-6,57 g / ml w temperaturze topnienia, to znaczy właśnie podczas topnienia lub topnienia
7,32 kJ / mol
115 kJ / mol
25,470 J / (mol K)
1,65 w skali Paulinga
-Pierwsza: 906,4 kJ / mol (Zn+ gazowy)
-Po drugie: 1733,3 kJ / mol (Zndwa+ gazowy)
-Po trzecie: 3833 kJ / mol (Zn3+ gazowy)
Empiryczne 134 pm
122 ± 16:00
2.5. Wartość ta jest znacznie niższa w porównaniu z twardością innych metali przejściowych, czyli wolframu..
Diamagnetyczny
116 W / (m · K)
59 nm przy 20 ° C
Jest nierozpuszczalny w wodzie, o ile chroni go warstwa tlenku. Po usunięciu tego przez atak kwasu lub zasady cynk reaguje z wodą, tworząc kompleks wodny Zn (OHdwa)6dwa+, zlokalizowanie Zndwa+ w środku ośmiościanu ograniczonego cząsteczkami wody.
Kiedy się pali, może uwalniać toksyczne cząsteczki ZnO do powietrza. Obserwuje się przy tym zielonkawy płomień i świecące światło.
Cynk jest metalem reaktywnym. W temperaturze pokojowej może być pokryty nie tylko warstwą tlenku, ale także zasadowym węglanem Zn5(O)6(WSPÓŁ3)dwa, lub nawet siarka, ZnS. Kiedy ta warstwa o różnym składzie zostanie zniszczona przez atak kwasu, metal reaguje:
Zn (s) + Hdwapołudniowy zachód4(ac) → Zndwa+(ac) + SO42−(ac) + Hdwa(sol)
Równanie chemiczne odpowiadające jego reakcji z kwasem siarkowym i:
Zn (s) + 4 HNO3(ac) → Zn (NO3)dwa(ac) + 2 NIEdwa(g) + 2 H.dwaO (l)
Z kwasem solnym. W obu przypadkach, chociaż nie jest to napisane, złożony wodny Zn (OHdwa)6dwa+; chyba że podłoże jest zasadowe, ponieważ wytrąca się jako wodorotlenek cynku, Zn (OH)dwa:
Zndwa+(aq) + 2OH-(ac) → Zn (OH)dwa(s)
Który jest białym, bezpostaciowym i amfoterycznym wodorotlenkiem, zdolnym do dalszej reakcji z większą liczbą jonów OH-:
Zn (OH)dwa(s) + 2OH-(ac) → Zn (OH)4dwa-(ac)
Zn (OH)4dwa- jest anionem cynkowym. W rzeczywistości, gdy cynk reaguje z tak mocną zasadą, jak stężony NaOH, złożony cynk sodu, Nadwa[Zn (OH4]:
Zn (s) + 2 NaOH (aq) + 2HdwaO (l) → Nadwa[Zn (OH4)] (aq) + Hdwa(sol)
Podobnie cynk może reagować z pierwiastkami niemetalicznymi, takimi jak halogeny w stanie gazowym lub siarka:
Zn (s) + Idwa(g) → ZnIdwa(s)
Zn (s) + S (s) → ZnS (s) (górne zdjęcie)
Cynk występuje w naturze jako pięć izotopów: 64Zn (49,2%), 66Zn (27,7%), 68Zn (18,5%), 67Zn (4%) i 70Zn (0,62%). Pozostałe są syntetyczne i radioaktywne.
Atomy cynku krystalizują w zwartą, ale zniekształconą strukturę heksagonalną (hcp), będącą produktem ich metalicznego wiązania. Elektrony walencyjne, które rządzą takimi interakcjami, to, zgodnie z konfiguracją elektronów, te należące do orbitali 3d i 4s:
[Ar] 3d10 4sdwa
Oba orbitale są całkowicie wypełnione elektronami, więc ich nakładanie się nie jest zbyt efektywne, nawet gdy jądra cynku oddziałują na nie przyciągającą siłą..
W konsekwencji atomy Zn są mało spójne, o czym świadczy ich niska temperatura topnienia (419,53 ° C) w porównaniu z innymi metalami przejściowymi. W rzeczywistości jest to charakterystyczne dla metali z grupy 12 (wraz z rtęcią i kadmem), więc czasami zastanawiają się, czy naprawdę należy je uznać za elementy bloku d.
Chociaż orbitale 3d i 4s są pełne, cynk jest dobrym przewodnikiem elektryczności; dlatego jego elektrony walencyjne mogą „przeskoczyć” do pasma przewodnictwa.
Nie jest możliwe, aby cynk stracił dwanaście elektronów walencyjnych lub miał stopień utlenienia lub stan +12, zakładając istnienie kationu Zn.12+. Zamiast tego traci tylko dwa ze swoich elektronów; szczególnie te z orbity 4s, zachowujące się podobnie do metali ziem alkalicznych (pan Becambara).
W takim przypadku mówi się, że cynk uczestniczy w związku o stopniu utlenienia lub stopniu utlenienia +2; to znaczy, zakładając istnienie kationu Zndwa+. Na przykład cynk w swoim tlenku ZnO ma ten stopień utlenienia (Zndwa+LUBdwa-). To samo odnosi się do wielu innych związków, dochodząc do wniosku, że istnieje tylko Zn (II).
Istnieje jednak również Zn (I) lub Zn+, który stracił tylko jeden z elektronów orbitalu 4s. Innym możliwym stopniem utlenienia cynku jest 0 (Zn0), gdzie jego neutralne atomy oddziałują z cząsteczkami gazowymi lub organicznymi. Dlatego można go przedstawić jako Zndwa+, Zn+ lub Zn0.
Cynk zajmuje 24 miejsce wśród pierwiastków występujących w największej liczbie w skorupie ziemskiej. Zwykle występuje w minerałach siarki, rozmieszczonych na całej planecie.
Aby uzyskać metal w czystej postaci, należy najpierw zebrać skały znajdujące się w podziemnych tunelach i skoncentrować bogate w cynk minerały, które stanowią prawdziwy surowiec..
Do tych minerałów należą: sfaleryt lub wurzit (ZnS), cynkit (ZnO), willemit (Zndwatak4), smitsonit (ZnCO3) i gahnit (ZnAldwaLUB4). Zdecydowanie głównym źródłem cynku jest sfaleryt.
Po zagęszczeniu minerału po procesie flotacji i oczyszczania skał, należy go kalcynować, aby przekształcić siarczki w odpowiednie. Na tym etapie minerał jest po prostu podgrzewany w obecności tlenu, wywołując następującą reakcję chemiczną:
2 ZnS (s) + 3 Odwa(g) → 2 ZnO (s) + 2 SOdwa(sol)
SOdwa reaguje również z tlenem, wytwarzając SO3, związek przeznaczony do syntezy kwasu siarkowego.
Po uzyskaniu ZnO można go poddać procesowi pirometalurgicznemu lub elektrolizie, w której końcowym efektem jest utworzenie metalicznego cynku..
ZnO redukuje się za pomocą węgla (minerału lub koksu) lub tlenku węgla:
2 ZnO (s) + C (s) → 2 Zn (g) + COdwa(sol)
ZnO (s) + CO (g) → Zn (g) + COdwa(sol)
Trudność w tym procesie polega na wytwarzaniu cynku w postaci gazowej, ze względu na jego niską temperaturę wrzenia, którą pokonują wysokie temperatury w piecu. Dlatego opary cynku muszą być destylowane i oddzielane od innych gazów, a ich kryształy kondensują na stopionym ołowiu..
Z dwóch metod zbierania jest to najczęściej stosowana na całym świecie. ZnO reaguje z rozcieńczonym kwasem siarkowym, wypłukując jony cynku w postaci soli siarczanowej:
ZnO (s) + Hdwapołudniowy zachód4(ac) → ZnSO4(ac) + HdwaO (l)
Ostatecznie to rozwiązanie poddaje się elektrolizie w celu uzyskania metalicznego cynku:
2 ZnSO4(ac) + 2 H.dwaO (l) → 2 Zn (s) + 2 Hdwapołudniowy zachód4(ac) + Odwa(sol)
W podrozdziale dotyczącym reakcji chemicznych wspomniano, że wodór jest jednym z głównych produktów reakcji cynku z wodą. Dlatego w stanie metalicznym musi być odpowiednio przechowywany i poza zasięgiem kwasów, zasad, wody, siarki lub jakiegokolwiek źródła ciepła; w przeciwnym razie istnieje ryzyko pożaru.
Im drobniejszy jest cynk, tym większe jest ryzyko pożaru, a nawet wybuchu..
W przeciwnym razie, o ile temperatura nie jest bliska 500 ºC, jego stała lub ziarnista postać nie stanowi żadnego zagrożenia. Jeśli jest pokryty warstwą tlenku, można go obsługiwać gołymi rękami, ponieważ nie reaguje z ich wilgocią; jednakże, jak każde ciało stałe, działa drażniąco na oczy i drogi oddechowe.
Chociaż cynk jest niezbędny dla zdrowia, nadmierna dawka może powodować następujące objawy lub skutki uboczne:
- Nudności, wymioty, niestrawność, bóle głowy i brzucha lub biegunka.
- Wypiera miedź i żelazo podczas wchłaniania z jelit, co przekłada się na narastające osłabienie kończyn.
- Kamienie nerkowe.
- Utrata węchu.
Być może cynk jest jednym z metali, obok miedzi, który tworzy najpopularniejsze stopy: mosiądz i żelazo ocynkowane. Mosiądz był wielokrotnie obserwowany podczas orkiestry muzycznej, ponieważ złoty blask instrumentów jest częściowo spowodowany wspomnianym stopem miedzi i cynku..
Sam cynk metaliczny nie ma wielu zastosowań, chociaż zwinięty służy jako anoda do ogniw suchych, aw postaci proszku jest przeznaczony jako środek redukujący. Kiedy warstwa tego metalu jest osadzana elektrolitycznie na drugiej, ta pierwsza chroni tę drugą przed korozją, ponieważ jest bardziej podatna na utlenianie; to znaczy cynk utlenia się przed żelazem.
Dlatego stale są cynkowane (powlekane cynkiem) w celu zwiększenia ich trwałości. Przykłady tej galwanizowanej stali są również obecne w niekończących się dachach „cynkowych”, z których niektóre są pokryte zieloną farbą, a także w nadwoziach autobusów, sprzęcie domowym i mostach wiszących..
Istnieje również alucynk, stop aluminiowo-cynkowy stosowany w budownictwie cywilnym..
Cynk jest dobrym środkiem redukującym, więc traci elektrony, aby inny gatunek mógł je zdobyć; zwłaszcza kation metalu. W postaci proszku jego działanie redukujące jest nawet szybsze niż w przypadku stałych granulek..
Wykorzystywany jest w procesach pozyskiwania metali z ich minerałów; takie jak rod, srebro, kadm, złoto i miedź.
Podobnie jego działanie redukujące jest wykorzystywane do redukcji związków organicznych, które mogą być wykorzystywane w przemyśle naftowym, takich jak benzen i benzyna, lub w przemyśle farmaceutycznym. Z drugiej strony pył cynkowy znajduje również zastosowanie w bateriach alkalicznych z dwutlenkiem cynku i manganu..
Pył cynkowy, ze względu na swoją reaktywność i bardziej energiczne spalanie, znajduje zastosowanie jako dodatek do główek zapałek, materiałów wybuchowych i fajerwerków (wywołują białe błyski i zielonkawe płomienie)..
Siarczek cynku ma właściwości fosforyzujące i luminescencyjne, dlatego jest używany do produkcji farb świecących..
Biały kolor jego tlenku, jak również jego półprzewodnictwo i fotoprzewodnictwo, jest używany jako pigment w ceramice i papierze. Ponadto występuje w talku, kosmetykach, gumach, tworzywach sztucznych, tkaninach, lekarstwach, tuszach i emaliach..
Nasz organizm potrzebuje cynku, aby mógł spełniać wiele swoich życiowych funkcji. Aby go zdobyć, jest włączany do niektórych suplementów diety w postaci tlenku, glukonianu lub octanu. Występuje również w kremach łagodzących oparzenia i podrażnienia skóry oraz w szamponach.
Niektóre korzyści znane lub związane z przyjmowaniem cynku to:
- Poprawia system odpornościowy.
- Jest dobrym środkiem przeciwzapalnym.
- Zmniejsza irytujące objawy przeziębienia.
- Zapobiega uszkodzeniom komórek siatkówki, dlatego jest zalecany do widzenia.
- Pomaga regulować poziom testosteronu, jest również związany z płodnością mężczyzn, jakością ich nasienia i rozwojem tkanki mięśniowej..
- Reguluje interakcje między neuronami mózgu, dlatego wiąże się z poprawą pamięci i uczenia się.
-Ponadto jest skuteczny w leczeniu biegunki.
Te suplementy cynku są dostępne w handlu w postaci kapsułek, tabletek lub syropów..
Uważa się, że cynk jest częścią 10% wszystkich enzymów w ludzkim organizmie, czyli około 300 enzymów. Wśród nich można wymienić anhydrazę węglanową i karboksypeptydazę..
Anhydraza węglanowa, enzym zależny od cynku, działa na poziomie tkankowym, katalizując reakcję dwutlenku węgla z wodą z wytworzeniem wodorowęglanu. Kiedy wodorowęglan dociera do płuc, enzym odwraca reakcję i powstaje dwutlenek węgla, który jest wydalany na zewnątrz podczas wydechu.
Karboksypeptydaza jest egzopeptydazą, która trawi białka, uwalniając aminokwasy. Cynk działa poprzez dostarczanie dodatniego ładunku, który ułatwia interakcję enzymu z trawionym białkiem..
Cynk jest obecny w różnych narządach ludzkiego ciała, ale najwyższe stężenie występuje w prostacie i nasieniu. Cynk odpowiada za prawidłowe funkcjonowanie prostaty i rozwój męskich narządów rodnych.
Cynk bierze udział w metabolizmie RNA i DNA. Paluszki cynkowe (palce Zn) składają się z atomów cynku, które służą jako pomosty między białkami, które razem pełnią różne funkcje.
Palce cynkowe są przydatne w czytaniu, pisaniu i transkrypcji DNA. Ponadto istnieją hormony, które wykorzystują je w funkcjach związanych z homeostazą wzrostu w całym organizmie..
Glutaminian jest głównym pobudzającym neuroprzekaźnikiem w korze mózgowej i pniu mózgu. Cynk gromadzi się w glutaminergicznych pęcherzykach presynaptycznych, wpływając na regulację uwalniania glutaminianu neuroprzekaźnika i pobudliwość neuronów.
Istnieją dowody na to, że przesadne uwalnianie glutaminianu neuroprzekaźnika może mieć działanie neurotoksyczne. Dlatego istnieją mechanizmy regulujące jego uwalnianie. Dlatego homeostaza cynku odgrywa ważną rolę w funkcjonalnej regulacji układu nerwowego..
Jeszcze bez komentarzy