Zgodovina cinka, lastnosti, struktura, tveganja, uporabe

On cink Gre. Elementa je v izobilju v korteksu Zemlje, ki je v sulfuriziranih mineralih, kot je sfalerit, ali gazirajoči, kot je esmitsonit.

Je zelo znana kovina v popularni kulturi; Cinkove strehe so primer, tako kot dodatki za uravnavanje moških hormonov. Je v mnogih živilih in je bistven element za neskončnosti presnovnih procesov. Obstaja več prednosti njegovega zmernega vnosa v primerjavi z negativnimi učinki njegovega presežka v telesu.

Streha cinkove zlitine muzeja Riverside. Vir: EOIN [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0)]

Cink je bil znan že dolgo, preden je srebrna barva pocinkana jekla in druge kovine. Medenina, zlitina raznolike sestave bakra in cinka, je že tisoč let del zgodovinskih predmetov. Danes je njegova zlata barva ponavadi priča nekaj glasbenih instrumentov.

To je tudi kovina, s katero se izdelujejo alkalne baterije, saj je njegova zmanjšanja moči in enostavnosti darovanja elektronov dobra možnost kot anodni material. Njegova glavna uporaba je pocinkanje jekla, ki jih pokriva iz cinka.

V svojih izvedenih spojinah ima oksidacijska številka ali stanje +2 običajno. Zato se upošteva Zn ion²⁺ Zaviti v molekularno ali ionsko okolje. Medtem ko Zn²⁺ Gre za Lewisovo kislino, ki lahko povzroči težave znotraj celic, usklajene z drugimi molekulami, pozitivno sodeluje z encimi in DNK.

Tako je cink pomemben kofaktor mnogih metalo-encimov. Kljub svoji ogromni pomembni biokemiji in sijaju njegovih utrinkov in zelenkastih plamenov, ki jih je treba kuriti, v svetu znanosti velja za "dolgočasno" kovino; Ker njegove lastnosti nimajo privlačnosti drugih kovin, pa tudi njihova tališča je bistveno manjša od njihovih.

[TOC]

Zgodovina

Antika

Cink že tisoč let manipulira; Toda neopaženo, saj so starodavne civilizacije, vključno s Perzijci, Rimljani, prevozniki in Grki, že izdelali predmete, kovance in medeninasto orožje.

Zato je medenina ena najstarejših zlitin, ki so znane. Pripravili so ga iz minerala kalamina, Zn₄Ja₂Tudi₇(OH)₂· H₂Ali, ki se je zemlja in ogrela v prisotnosti volne in bakra.

Med postopkom so majhne količine kovinskega cinka, ki bi se lahko oblikovalo. Ko so stoletja minila, so medenine in druge zlitine povečevali vsebnost cinka in nosili bolj siva.

V štirinajstem stoletju v Indiji jim je že uspelo izdelati kovinski cink, ki so ga poimenovali Jasada in so jih takrat tržili s Kitajsko.

In tako bi ga alkimisti lahko pridobili za izvedbo svojih poskusov. To je bil priznani zgodovinski značaj Paracelsus, ki ga je poimenoval "cincum", morda na podobnost med cinkovimi kristali z zobmi. Malo po malo, sredi drugih imen in več kultur se je ime "cink" končalo za to kovino.

Izolacija

Medtem ko je Indija že 1300 let proizvajala kovinski cink, je to izhajalo iz metode, ki je bila uporabljena kalamina z volno; Zato ni bil kovinski vzorec precejšnje čistosti. William Champion je to metodo izboljšal leta 1738 v Veliki Britaniji z navpično motno pečico.

Leta 1746 je nemški kemik Andreas Sigismund Marggragra dobil za "prvič" vzorec čistega cinka pred segrevanjem kalamina v prisotnosti rastlinskega premoga (boljšega reduciranega sredstva kot volne), znotraj sklede s bakrom. Ta način ustvarjanja cinka se je razvil komercialno in vzporedno s prvakom.

Nato so bili razviti procesi, ki so končno postali kalamin, namesto da bi namesto cinkovega oksida; to je zelo podobno trenutnemu pirometalurškemu procesu. Tudi peči so se izboljšale, saj so lahko ustvarile količino vse večje cinka.

Do takrat še ni bilo nobene aplikacije, ki bi zahtevala ogromne količine cinka; Toda to se je spremenilo s prispevki Luigi Galvani in Alessandro Volta, ki sta popustila konceptu galvanizacije. Volta je zasnovala tudi tisto, kar je znano kot galvanska celica, in kmalu je bil cink del zasnove suhih baterij.

Fizikalne in kemijske lastnosti

Fizični videz

Je sivkasta kovina, običajno na voljo v granuliran ali prahu. Fizično je šibek, zato ne predstavlja dobre možnosti za aplikacije, kjer bi morali podpirati težke predmete.

Prav tako je krhka, čeprav ko se segreva nad 100 ° C, postane poprt in duktilna; do 250 ° C, temperatura, pri kateri spet postane krhka in razprši.

Vam lahko služi: oxácido

Molarna masa

65,38 g/mol

Atomsko število (z)

30

Tališče

419,53 ° C. Ta nizka tališče kaže na njegovo šibko kovinsko vez. Ko ima taline, ima videz podoben kot pri tekočem aluminiju.

Vrelišče

907 ° C

Temperatura samostojnosti

460 ° C

Gostota

-7,14 g/ml pri sobni temperaturi

-6,57 g/ml na talilni točki, torej samo s taljenjem ali taljenjem

Fuzijska toplota

7,32 kJ/mol

Toplota za uparjanje

115 kJ/mol

Molarna toplotna sposobnost

25.470 J/(mol · k)

Elektronegativnost

1,65 na lestvici Pauling

Ionizacijske energije

-Prvi: 906,4 kJ/mol (Zn⁺ plinasto)

-Drugič: 1733,3 kJ/mol (Zn²⁺ plinasto)

-Tretjič: 3833 kJ/mol (Zn³⁺ plinasto)

Atomski radio

Empirični 134 PM

Radijski kovalent

122 ± 16 pm

Mohs trdota

2.5. Ta vrednost je bistveno nižja proti trdoti drugih prehodnih kovin, recimo, volfram.

Magnetni vrstni red

Diamagnet

Toplotna prevodnost

116 w/(m · k)

Električna upornost

59 nΩ · m pri 20 ° C

Topnost

Je netopna v vodi, dokler jo ščiti svojo oksidno plast. Ko to odstranimo z napadom kisline ali baze, se cink konča z vodo, da tvori kompleksni ACU₂)₆²⁺, Nahaja se Zn²⁺ V središču oktaedra, omejenega z molekulami vode.

Razgradnja

Ko opečejo, lahko sprostite strupene delce iz zraka v zraku. V tem procesu opazimo zelenkasto obarvanost in sijoča ​​svetloba.

Kemične reakcije

Reakcija med cinkom in žveplom znotraj lončka, kjer je mogoče videti zelenkasto modro barvo plamena. Vir: EOIN [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by-sa/4.0)]

Cink je reaktivna kovina. Pri sobni temperaturi ga plast oksida ne more samo pokriti, ampak poleg osnovnega karbonata Zn₅(OH)₆(Co₃)₂, ali celo sulfid, Zns. Ko ta plast raznolike sestave uniči z napadom kisline, kovina reagira:

Zn (s) + h₂SW₄(AC) → Zn²⁺(Ac) + Torej₄²⁻(Ac) + h₂(g)

Kemična enačba, ki ustreza njegovi reakciji na žveplovo kislino in:

Zn (s) + 4 hno₃(AC) → Zn (št₃)₂(Ac) + 2 ne₂(g) + 2 h₂Ali (l)

S klorovodikovo kislino. V obeh primerih, čeprav ni napisan, je kompleksni ACU kompleksna (OH₂)₆²⁺; Razen če je medij osnovni, nato oborimo kot cinkov hidroksid, Zn (OH)₂:

Zn²⁺(AC) +2OH^-(AC) → Zn (OH)₂(S)

Ki je beli, amorfni in amfoterični hidroksid, ki lahko še naprej reagira z več OH ioni^-:

Zn (OH)₂(S)  + 2OH^-(AC) → Zn (OH)₄^2-(AC)

Zn (OH)₄^2- To je cincato anion. Pravzaprav, ko cink reagira s tako močno osnovo, kot je koncentrirano NaOH₂[Zn (oh₄]::

Zn (s) + 2naOH (AC) + 2H₂Ali (l) → na₂[Zn (oh₄) (AC) +H₂(g)

Prav tako lahko cink reagira z nemetalnimi elementi, kot so halogeni v plinastem stanju ali žveplom:

Zn (s) + i₂(g) → ZNI₂(S)

Zn (s) +s (s) → Zns (s) (nadrejena slika)

Izotopi

Cink obstaja v naravi kot pet izotopov: ⁶⁴Zn (49,2 %), ⁶⁶Zn (27,7 %), ⁶⁸Zn (18,5 %), ⁶⁷Zn (4 %) in ⁷⁰Zn (0,62 %). Ostali so sintetični in radioaktivni.

Elektronska struktura in konfiguracija

Atomi cinka kristalizirajo v kompaktni šesterokotni strukturi (HCP), čeprav izkrivljajo produkt njegove kovinske vezi. Valencia elektroni, ki urejajo takšne interakcije, so po elektronski konfiguraciji tisti, ki pripadajo 3D in 4S orbitali:

[AR] 3D¹⁰ 4s²

Obe orbitali sta popolni.

Posledično atomi Zn niso zelo kohezivni, narejeni v njihovi nizki tališču (419,53 ° C) v primerjavi z drugimi prehodnimi kovinami. Pravzaprav je takšna značilnost kovine skupine 12 (poleg živega srebra in kadmija), zato včasih dvomijo, ali je treba resnično upoštevati elemente bloka DS.

Čeprav so orbitale 3D in 4S polne, je cink dober električni prevodnik; Zato lahko njihovi elektroni Valencia "skočijo" gonilni pas.

Oksidacijske številke

Nemogoče je, da cink izgubi dvanajst elektronov Valencije ali ima oksidacijsko številko ali stanje +12, ob predpostavki¹²⁺. Namesto tega izgubi le dva elektrona; Konkretno tiste iz orbitale 4S, ki se obnašajo podobno kot alkalineterne kovine (SR. Scholambara).

Ko se to zgodi, se reče, da cink sodeluje v spojini s +2 oksidacijsko številko ali stanje; to pomeni, da ob predpostavki obstoja Zn kationa²⁺. Na primer, v svojem oksidu, ZnO, cink ima to oksidacijsko številko (Zn²⁺Tudi^2-). Enako velja za številne druge spojine, pri čemer mislite, da obstaja samo Zn (ii).

Vam lahko služi: butanone: struktura, lastnosti in uporabe

Vendar obstaja tudi Zn (i) ali Zn⁺, ki je izgubil le enega od elektronov orbitala 4S. Druga možna oksidacijska številka za cink je 0 (Zn⁰), kjer njihovi nevtralni atomi vplivajo na plinaste ali organske molekule. Zato se lahko pojavi kot Zn²⁺, Zn⁺ ali Zn⁰.

Kako je pridobljeno

Surovina

Mineralni vzorec iz Romunije. Vir: James St. John [cc do 2.0 (https: // creativeCommons.Org/licence/by/2.0)]

Cink je v položaju dvaindvajset od najpogostejših elementov zemeljske skorje. Običajno ga najdemo v žveplovih mineralih, razporejenih na širino planeta.

Za pridobitev kovine v svoji čisti obliki je najprej potrebno zbrati kamnine, ki se nahajajo v podzemnih tunelih, in koncentrirati cinkove minerale, ki predstavljajo pravi surovi material.

Med temi minerali je mogoče omeniti: Sphalerite ali Wurzita (ZnS), petdeseta (ZnO), Willemita (Zn₂Sio₄), Esmitsonita (Znco₃) in Gahnita (Znal₂Tudi₄). Spheny je daleč glavni vir cinka.

Kalcinacija

Ko se mineral koncentrira po procesu flotacije in čiščenja kamnin, ga je treba izračunati tako, da sulfide spremenijo v njihove ustrezne. V tem koraku se mineral preprosto segreje v prisotnosti kisika in razvije naslednjo kemijsko reakcijo:

2 Zns (s) + 3 o₂(g) → 2 ZnO (S) + 2 SO₂(g)

SO₂ tudi reagira s kisikom, da tako ustvari₃, spojina za sintezo žveplove kisline.

Ko je ZnO pridobljen, lahko to predložimo bodisi v pirometalurški postopek bodisi na elektrolizo, kjer je končni rezultat tvorba kovinskega cinka.

Pirometalurški proces

ZnO se zmanjša s premogom (mineralnim ali kokcioznim) ali ogljikovim monoksidom:

2 ZnO (S) + C (S) → 2 Zn (G) +₂(g)

ZnO (S) + Co (G) → Zn (G) + CO₂(g)

Težava, s katerim se sooča ta postopek. Zato je treba cinkove hlape destilirati in ločiti od drugih plinov, medtem ko so njihovi kristali na stalnem svincu kondenzirani.

Elektrolitični postopek

Od obeh načinov pridobivanja je to najbolj uporabljeno po vsem svetu. ZnO reagira z razredčeno žveplovo kislino na izpiranje cinkovih ionov, kot je njihova sulfatna sol:

ZnO (s) + h₂SW₄(AC) → Znso₄(Ac) + h₂Ali (l)

Končno je ta rešitev elektroli za ustvarjanje kovinskega cinka:

2 Znso₄(AC) + 2 h₂Ali (l) → 2 Zn (s) + 2 h₂SW₄(ac) + oz₂(g)

Tveganja

V poddelju kemijskih reakcij je bilo omenjeno, da je vodikov plin eden glavnih produktov, ko cink reagira z vodo. Zato mora biti v kovinskem stanju pravilno shranjen in zunaj dosega kislin, baz, vode, žvepla ali nekaj toplotnega vira; V nasprotnem primeru tveganje za požar.

Bolj ko je fino razdeljen cink, večje je tveganje za požar ali celo eksplozijo.

Za ostalo, dokler temperatura ni blizu 500 ° C, njegova trdna ali granulirana oblika ne predstavlja nevarnosti. Če ga pokriva oksidna plast, se lahko manipulira z golimi rokami, saj ne reagira z njihovo vlažnostjo; Vendar pa je, tako kot vsaka trdna snov, draži za oči in dihalne poti.

Čeprav je cink nepogrešljiv za zdravje, lahko presežni odmerek povzroči naslednje simptome ali bočne učinke:

- Slabost, bruhanje, prebavne motnje, glavoboli in želodec ali driska.

- Med absorpcijo v črevesju premika baker in železo, kar se odraža v naraščajočih slabostih v okončinah.

- Izračuni ledvic.

- Izguba vonja.

Prijave

- Kovina

Zlitine

Številni glasbeni inštrumenti so narejeni iz medenine, zlitine bakra in cinka. Vir: pxhere.

Morda je cink ena od kovin, skupaj z bakrom, ki tvori najbolj znane zlitine: medenina in pocinkano železo. Med glasbenim orkestrom so opazili medenino, ki je že večkrat, saj je zlata svetlost instrumentov deloma posledica omenjene bakra in cinkove zlitine.

Kovinski cink sam nima preveč uporabe, čeprav je bil valjan. Ko je plast te kovine elektrodepos na drugi, prva ščiti drugo pred korozijo, saj je bolj dovzetna za oksidacijo; to pomeni, da cink oksidira pred železom.

Zato so jekla pocinkana (pokrivajo s cinkom), da povečajo svojo trajnost. Primeri teh pocinkanih jekel so prisotni tudi v "cinkovem" strešnem simfinu.

Vam lahko služi: kromatogram

Imate tudi Aluzinc, zlitino z aluminijem-cinc, ki se uporablja v civilnih konstrukcijah.

Zmanjšanje sredstva

Cink je dobro reducirajoče sredstvo, zato izgubi svoje elektrone, da bi jih osvojila še ena vrsta; Še posebej kovinski kation. Pri prašnju njegovega reduciranja je celo hitrejši kot pri granulirani trdni snovi.

Uporablja se v procesih pridobivanja kovin iz svojih mineralov; kot so rodio, srebro, kadmij, zlato in baker.

Prav tako se njegovo zmanjševanje uporablja za zmanjšanje organskih vrst, ki so lahko vključene v naftno industrijo, kot sta benzen in bencin ali v farmacevtski industriji. Po drugi strani pa cinkov prah najde tudi nanašanje v alkalnih baterijah cink-manganskega dioksida.

Razno

Cinkov prah glede na svojo reaktivnost in bolj energično zgorevanje najde uporabo kot dodatek v glavah tekem, v eksplozivih in ognjemetu (poučujejo bele utripe in zelenkaste plamene).

- Spojine

Sulfid

Pazi s fosforescentno barvo v iglah in urah. Vir: Francis Flinch [javna domena]

Cinkov sulfid ima lastnost fosforescentnega in luminescentnega, zato se uporablja pri izdelavi svetlobnih barv.

Oksid

Bela barva njegovega oksida, kot je njegova pol in foto prevodnost, se uporablja kot keramični pigment in papirji. Poleg tega je prisoten v talku, kozmetiki, gumi, plastiki, tkaninah, zdravilih, črnilih in emajlih.

Prehransko dopolnilo

Naše telo potrebuje cink, da izpolni veliko svojih življenjskih funkcij. Če ga želite pridobiti, je vključen v nekatere prehranske dodatke v obliki oksida, glukonata ali acetata. Prisotna je tudi v kremah za lajšanje opeklin in draženja kože ter v šampusih.

Nekatere znane ali povezane koristi z vnosom cinka so:

- Izboljšajte imunski sistem.

- Je dober proti vnetski.

- Zmanjšuje moteče simptome običajnega prehlada.

- Preprečuje poškodbe celic v mrežnici, zato je priporočljiv za vid.

- Pomaga uravnavati raven testosterona in je tudi povezan s plodnostjo moških, kakovostjo njihove sperme in razvojem mišičnega tkiva.

- Uravnava interakcije med možganskimi nevroni, zato je povezana z izboljšavami spomina in učenja.

-In poleg tega je učinkovit pri zdravljenju driske.

Ti cinkovi dodatki so na trgu doseženi kot kapsule, tablete ali sirupi.

Biološki papir

V ogljikovi anhidrazi in karboksimpidazi

Menijo, da je cink del 10% vseh encimov človeškega telesa, približno 300 encimov. Med njimi lahko omenijo karbonsko anhidrazo in karboksipeptidazo.

Karbonska anhidraza, encim, odvisen od cinka, deluje na ravni tkiva, ki katalizira reakcijo ogljikovega dioksida z vodo, da tvori bikarbonat. Po bikarbonatu na pljuča encim obrne reakcijo in nastane ogljikov dioksid, ki se med iztekom izgnaje v tujino.

Karboksipeptidaza je eksopeptidaza, ki prebavi beljakovine in sprošča aminokisline. Cink deluje tako, da zagotavlja pozitivno obremenitev, ki olajša interakcijo encima z beljakovinami, ki se kopajo.

Pri delovanju prostate

Cink je prisoten v različnih organih človeškega telesa, vendar predstavlja največjo koncentracijo v prostati in semenu. Cink je odgovoren za pravilno delovanje prostate in za razvoj moških reproduktivnih organov.

Cinkovi prsti

Cink posega v presnovo RNA in DNK. Cinkovi prsti (Zn-prste) so sestavljeni iz cinkovih atomov, ki služijo kot vezavni mostovi med beljakovinami, ki skupaj posredujejo v več funkcijah.

Cinkovi prsti so uporabni pri branju, pisanju in prepisu DNK. Poleg tega obstajajo hormoni, ki jih uporabljajo v funkcijah, povezanih s homeostazo rasti po telesu.

Pri regulaciji glutamata

Glutamat je glavni vzbujajoč nevrotransmiter v možganski skorji in v možganskem steblu. Cink se kopiči v glutaminergičnih presinaptičnih vezikli.

Obstajajo dokazi, da ima lahko pretirano sproščanje nevrotransmiterskega glutamata nevrotoksično delovanje. Zato obstajajo mehanizmi, ki urejajo njihovo osvoboditev. Homeostaza cinka ima tako pomembno vlogo pri funkcionalni regulaciji živčnega sistema.

Reference

1. Shiver & Atkins. (2008). Anorganska kemija. (Četrta izdaja). MC Graw Hill.
2. Wikipedija. (2019). Cink. Pridobljeno iz: v.Wikipedija.org
3. Michael Pilgaard. (16. julij 2016). Cink: kemijske reakcije. Okrevano od: Pilgaardelegs.com
4. Nacionalni center za informacije o biotehnologiji. (2019). Cink. Baza podatkov Pubchem. Cid = 23994. Okrevano od: pubchem.NCBI.NLM.ameriški nacionalni inštitut za zdravje.Gov
5. Wojes Ryan. (25. junij 2019). Lastnosti in uporabe cinkove kovine. Okreval od: uravnoteženosti.com
6. gospod. Kevin a. Boudreaux. (s.F.). Cink + žveplo. Okreval od: Angelo.Edu
7. Alan w. Richards. (12. april 2019). Obdelava cinka. Encyclopædia Britannica. Okrevano od: Britannica.com
8. Čisto cinkove kovine. (2015). Industrijske aplikacije. Okrevano od: Purityzinc.com
9. Nordqvist, j. (5. december 2017). Kakšne so zdravstvene koristi cinka? Medicinske novice danes. Okrevano od: MedicalNewstody.com