cinkas, Zn

Apie

Cinkas yra pilkas, melsvo atspalvio, minkštas, blizgantis metalas. Dažniausiai cinkas būna sulfidinių, karbonatinių, silikatinių mineralų pavidalo. Nedaug cinko junginių aptinkama augaluose bei gyvūnuose. Cinkas sudaro 8.3*10-3 % žemės plutos masės.

Cinkas – periodinės elementų sistemos II grupės cheminis elementas. Jo atomų skaičius 30, atomo išorinių elektronų konfigūracija 3d10 4s2. Oksidacijos junginiuose +2. Cinką sudaro 5 stabilūs izotopai. Cinkas išoriniame elektronų sluoksnyje turi po 2, o priešpaskutiniame – po 18 elektronų. Dėl to metalinės jo savybės žymiai silpnesnės kaip pagrindinio pogrupio

Istorija

Cinkas yra žinomas nuo seno. Manoma, kad anksčiau jis buvo gautas Ryytų šalyse. Europoje cinką iš rūdų gauti išmokta žymiai vėliau. Cinkas gamtoje randamas mineralais. Svarbiausi iš jų – sfaleritas, ZnS, ir galmėjus, ZnCO3. Dažniausiai jis rūdose randamas su kitais mineralais: variu, švinu, manganu, kadmiu. Nedaug cinko junginių aptinkama augaluose bei gyvuliuose. Cinkas sudaro 8.310-3% Žemės plutos masės. 1746 metais vokiečių mokslininkas A.Margrafas sukūrė cinko gavimo technologiją. Iki tol cinko išgauti nesisekė todėl, kad nebuvo numatyta, kokiomis sąlygomis tyri vykti cinko redukcijos iš jo oksido reakcija, panaudojant anglį:
2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2
ZnO + C = Zn + CO

Cinko fizinės ir cheminės savybės

Jis yra ne toks aktyvus, sunkiai oksiduojasi, kambario temperatūroje neskaldo vandens. Jo hidroksidai netirpsta vandenyje, jo hidroksidas yra amfoterinis.

Grynas cinkas kalus, aukštesnėje kaip 200 o C temperatūroje – trapus. Cinko lydymosi temperatūra – 419,5 o C, o virimo – 907 o C. Pa

akaitintas cinkas dega. Vanduo cinko beveik neveikia. Jis lengvai tirpsta rūgštyse ir, kaip amfoterinis metalas, šarmuose:
Zn + 2H2SO4  ZnSO4 + SO2 + 2H2O
Zn + 2KOH + 2H2O  K2(Zn(OH)4) + H2

Tirpdamas koncentruotame H2SO4, cinkas išskiria SO2, azoto rūgštyje – NH3, kuris su rūgšties pertekliumi sudaro amonio nitratą:
4Zn+10HNO3  4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Aukštoje temperatūroje ir drėgnoje terpėje cinkas jungiasi su halogenais. Kaitinant cinko miltelius amoniake susidaro nitridas – Zn3N2, acetilene susidaro karbidas – ZnC2.

Cinko kristalų struktūra

Cinko gavyba

Cinkas yra žinomas nuo seno. Manoma, kad anksčiau jis buvo gautas Rytų šalyse. Europoje cinką iš rūdų gauti išmokta žymiai vėliau.
1746 m. vokiečių mokslininkas A. Margrafas sukūrė cinko gavimo technologiją. Iki tol cinko išgauti nesisekė todėl, kad nebuvo numatyta, kokiomis sąlygomis turi vykti cinko redukcijos iš jo oksido reakcija, panaudojant anglį (pirometalurginiu būdu):

2ZnS + 3O2  2ZnO + 2SO2
ZnO + C  Zn + CO

Ši reakcija vyksta 1000 o C temperatūroje, o 906 o C temperatūroje cinkas jau verda, garuoja. Karšti garai ore sudega ir vėl virsta cinko oksidu. Vadinasi, cinko garus reikia izoliuoti nuo oro.

Cinkas gaunamas ir kitaip: jo oksidas tirpinamas H2SO4, ir gautasis ZnSO4 tirpalas elektrolizuojamas.

Cinko junginiai

Kambario temperatūroje yra trapus, 100-110C temperatūroje – kalus, aukštesnėje kaip 200C temperatūroje – labai trapus. Vanduo cinko beveik neveikia.

Svarbiausi cinko junginiai – sfaleritas, ZnS, galmėjus, ZnCO3. Cinkas sudaro ir organinius junginius, kuriuose cinko atomas tiesiog susijungia su anglies atomu.

Medicinoje na

audojami neorganiniai cinko junginiai: cinko sulfato (ZnSO4) vandeniniai tirpalai slopina uždegimą, cinko chlorido (ZnCl2) tirpalai vartojami stomatologijoje gleivinei prideginti. Cinko oksidas, ZnO – balti, vandenyje netirpstantys milteliai. Sumaišius juos su koncentruotu ZnCl2 ar H3PO4 tirpalu, gaunama masė, kuri greit kietėja, nes susidaro

Sfaleritas bazinė druska, naudojama stomatologijoje, pvz.:

ZnO + ZnCl2 + H2O  2ZnOHCl.

Vandenyje netirpus cinko oksidas vartojamas gydant ir odos ligas. Beto, cinko oksidas vartojamas kaip pigmentas dažų gamyboje, taip pat kosmetikos pramonei – pudrai, plasteriams (cinko muilui), antiseptiniams tepalams gaminti. Daugiausia ZnO kaip užpildomosios medžiagos suvartojama gumos pramonėje.

ZnCO3

Cinko chloridu impregnuojama mediena.

Dažnai vartojami cinko lydiniai su aliuminiu, variu, magniu ir kadmiu, kurie yra palyginti stiprūs, bet mažiau atsparūs korozijai, negu grynas cinkas, naudojami mašinų gamyboje.

Cinkas yra chemiškai aktyvus metalas. Jo paviršius ore visada apsitraukia plona, tankia plėvele: veikiant oro deguoniui, anglies (IV) oksidui, vandens garams, susidaro bazinis cinko karbonatas – ZnCO3*Zn(OH)2. Jis apsaugo cinką nuo tolesnio cheminio irimo. Dėl šios savybės daugiau kaip pusė gaunamo cinko suvartojama geležinei skardai cinkuoti, nes ji apsaugo geležį nuo korozijos. Cinkuota skarda tinka stogams dengti, kibirams, vonelėms ir kitiems daiktams gaminti. Cinkas įeina į daugelį lydinių, pvz.: žalvarį, bronzą, alpaką ir kt. Daug jo sunaudojama ir sausiems elementams, kurie naudojami telefono įrengimuose, kišeninėms elektros lemputėms ir t.t.

Cinko su

ulfidas, ZnS – balta, vandenyje beveik netirpstanti medžiaga. Amorfinis ZnS vartojamas kaip baltas dažas, bet dažniau mišinys su BaSO4 (litoponas). Kristalinis ZnS, paveiktas rentgeno arba radioaktyviųjų medžiagų spinduliais, pradeda švytėti. Todėl jis vartojamas rentgeno ekranams gaminti, paruošti tamsoje švytinčiai masei, kuri taikoma laikrodžių rodyklėms ir valandų skaitmenims aptepti.

Cinkas ir jo junginiai yra nuodingi. Dėl to cinkuotame kibire negalima laikyti rūgščių maisto produktų ir gėrimų, nes jie pasidarys nuodingi. Apsinuodijimo požymiai: erzina gleivinę, pykina. Nuodingasis cinko junginys yra fosfidas – Zn3P2, kuris plačiai vartojamas graužikams, žiurkėms ir pelėms, nuodyti.

Jis lengvai tirpsta rūgštyse ir, kaip amfoterinis metalas, šarmuose. Tirpdamas koncentruotame H2SO4, cinkas išskiria SO2, azoto rūgštyje – NH3, kuris su rūgšties pertekliumi sudaro amonio nitratą:
Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H2O
4Zn+10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

Cinkas gamtoje

Cinkas yra būtinas žmogui ir augalijai. Jis reguliuoja daugelį organizmuose vykstančių reakcijų.

Cinkas greitina nudegimų gijimą, stiprina regėjimą, užtikrina geležies pasisavinimą hemoglobino gamybai, padeda stabdyti ir gydyti reumatizmą, virškinimo organų opaligę, skatina plaukų, nagų augimą, teigiamai veikia senatvinį atminties susilpnėjimą. Jei trūksta cinko, žmogui sutrinka skonio ir kvapo pojūčiai. Cinkas padeda skaidyti angliavandenius, skatina ląsteles atsinaujinti. Daugiausiai cinko netenkama prakaituojant. Jo gausu virtoje mėsoje, ypač jautienoje, fermentiniame sūryje, riešutuose, egzotiniuose vaisiuose, grybuose, kiaušiniuose, žuvyse, kviečių gemaluose ir austrėse. Daugiausiai cinko yra jūros gė

ėrybėse. Rekomenduojama cinko paros norma – 15 mg. Cinkas kaupiasi dantyse, kepenyse, kraujyje, centrinėje nervų sistemoje.

Kai dirvoje trūksta cinko, augalai skursta: menkai šakojasi, susmulkėja lapai, sulėtėja augimas. Ypač jautrūs cinko trūkumui vaismedžiai, daržovės, ankštiniai augalai, todėl juos būtina tręšti mikroelementų trąšomis, kuriose yra cinko.

Cinko panaudojimas

Cinko oksidas, ZnO, – balti, vandenyje netirpstą milteliai. Sumaišius juos su koncentruotu ZnCl2 ar H3PO4 tirpalu, gaunama masė, kuri greit kietėja, nes susidaro bazinė druska, pvz.:
ZnO + ZnCl2 + H2O = 2ZnOHCl

Masė vartojama dantims plombuoti.

Cinko oksidas naudojamas kaip balti dažai (cinko baltasis), be to, pudrai, plasteriams (Zn muilui), antiseptiniams tepalams gaminti. Daugiausia ZnO kaip užpildomosios medžiagos suvartojama gumos pramonėje.

Cinko sulfidas, ZnS, yra baltos spalvos, vandenyje beveik netirpstanti medžiaga. Amorfinis ZnS vartojamas kaip baltas dažas, bet dažniau mišinys su BaSO4 (litoponas). Kristalinis ZnS, paveiktas Rentgeno arba radioaktyviųjų medžiagų spinduliais, pradeda švytėti. Todėl jis vartojamas Rentgeno ekranams gaminti, paruošti tamsoje švytinčiai masei, kuri taikoma laikrodžių rodyklėms ir valandų skaitmenims aptepti.

Cinkas naudojamas ir baterijoms gaminti
Pasižymi laibai dideliu energijos tankiu 220-300 Wh/kg, dvigubai didesnis nei gyvsidabrio. Baterijos gali būti saugomos pakankami ilgai, bet jas aktyvavus oru jų gyvavimas trumpas.
Privalumas: saviiškrova – iki 2% per metus. Sudėtyje nėra toksiškų medžiagų.

Cinkavimas

Karštasis cinkavimas vienas efektyviausių metodų plieninėms konstrukcijoms ilgam laikui apsaugoti nuo korozijos.

Kadangi cinko danga atsiranda cheminės reakcijos dėka, ji yra patvaresnė nei dauguma kitų industrinių dangų.
Svarbiausi cinko dangos privalumai yra ilgas tarnavimo laikas bei atsparumas mechaniniams gedimams, nes tebesitęsiant cinko cheminei reakcijai su plienu, cinko sluoksnis padengia atsiradusią gedimo vietą.
Net esant blogiausioms aplinkos sąlygoms cinko danga tarnaus ne mažiau kaip 10 metų be papildomų palaikymo išlaidų. Vidutinis cinko dangos tarnavimo laikas yra nuo 20 metų (kontinento gilumoje, gamybinėse zonose) iki 30 metų (pakrančių rajonuose).

Cinkografija

Iškilioji spauda; piešiama rūgštims atspariu laku ant cinko plokštės. kai pasibaigia rūgščių veikimas, lieka aštriabriaunės linijos, kurios pašalinus laką sugeria dažą ir vėliau atsispaudžia lakšte.

Naudota informacija:

J.Kontrimas, N.Smorigaitė “Neorganinė Chemija”, V., 1965
R.Jasiūnienė, V.Valentinavičienė “Chemija. Vadovėlis IX klasei.”, V., 1994
J.Tretjakovas ir kt. “Chemija. Informacinė medžiaga”, K., 1989
http://www.pangeaminerals.com/nllecaledonie/pb/cerusite%20verte.jpg
http://www.ona.com/lt/glossary/273/
http://www.lankmeta.lt/prod.htm
http://www.europages.lt/lt/cat/rubr04565K.html
http://www.galvanta.lt/cinkavimas.htm
http://www.baterijos.lt/info.php?content=teorija2
http://www.theodoregray.com/PeriodicTable/Samples/030.5/s7s.JPG
http://www.webelements.com/webelements/elements/media/xtal-image/Zn-bs.jpg
http://www.pangeaminerals.com/nllecaledonie/pb/cerusite%20verte.jpg
http://lt.wikipedia.org/wiki/Sfaleritas
http://lt.wikipedia.org/wiki/Cinkas

Leave a Comment