Цинк

Цинк – химический элемент с атомным номером 30, простое вещество которого – вязкий голубовато-серый металл. Цинк входит в 12 группы периодической таблицы и по своим химическим свойствам близок к магнию в том смысле, что имеет степень окисления +2. Цинк двадцать четвёртым по распространенности элемент в земной коре. Чаще всего он встречается в виде сульфида, его основная порода – сфалерит (цинковая обманка).
Хотя человечество очень давно использовало латунь – сплав меди с цинком, выделение цинка, как отдельного элемента произошло сравнительно поздно. Древние римляне получали латунь, нагревая каламин с древесным углем и медью.
Различные алхимические символы цинка. Считается, что название цинка дал Парацельс, наверное, как производную от слова нем. Zinke – зубчатый. По другой версии слово цинк могло быть производным от персидского ??? (Сенг), что означает «камень».
В природе встречается пятый изотопов цинка, среди которых чаще встречается 64 Zn (48.63% от общего числа). Период полураспада 4.3 x октября 1918 этого изотопа настолько велик, что его радиоактивности можно пренебречь. Аналогично, обычно не считается радиоактивным 70 Zn (0.6%) с периодом полураспада 1.3 x 10 16 лет. В природе встречаются также 66 Zn (28%), 67 Zn (4%) и 68 Zn (19%).
Зарегистрировано много радиоактивных изотопов 65 Zn с периодом полураспада 243.66 дней живет дольше них. За ним следует 72 Zn с периодом полураспада 46.5 часов. Существует 10 ядерных изомеров цинка. Среди них наибольший период полураспада имеет 69m Zn – 13.76 часов. Верхний индекс m обозначает, что этот изотоп метастабилен. Ядро метастабильного изотопа находится в возбужденном состоянии, из которого возвращается в основное состояние, излучая фотон, гамма-квант. Изотоп 61 Zn имеет три возбужденных состояния, а изотоп 73 Zn – два. Изотопы 65 Zn, 71 Zn, 77 Zn и 78 Zn имеют один возбужденное состояние.
Обычно радиоизотопы цинка с массовым числом, меньшим чем 66 распадаются с захватом электрона. Продуктом распада в таком случае является один из изотопов меди

n Zn + e - -> n Cu

Для изотопов с массовым числом, большим чем 66, привычным каналом распада является бета-распад (? -), при котором образуются изотопы галлия

n Zn -> n Ga + e - + ? e.

Цинк слишком тяжел, чтобы образовываться внутри звезд, поэтому основным механизмом его нуклеосинтеза является R-процесс, происходящий при взрыве сверхновых.
В мире ежегодно производится 10 миллионов тонн цинка. Это четвертый по объему использования металл после железа, алюминия и меди. Основном сырьем служат серные руды, в которых сфалерит смешанный с сульфидами других металлов. Цена на оцинкованный лист.
Цинк в природе как самородный металл не встречается. Его добывают из полиметаллических руд, содержащих 1-4% Zn в виде сульфида, а также Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руды обогащают селективные флотацией, получая цинковые концентраты (50-60% Zn) и одновременно свинцовые, медные, а иногда также пиритные концентраты. Цинковые концентраты обжигают в печах в кипящем слое, переводя сульфид цинка в оксид ZnO, при этом образуется сернистый газ SO 2, затрачиваемого на производство серной кислоты. От ZnO к Zn идут двумя путями. По пирометаллургических (дистилляционных) способом, который существует издавна, обожженный концентрат подвергают спеканию для увеличения зернистости и газопроницаемости, а затем восстанавливают углем или коксом при 1200-1300 ° С: ZnO + С = Zn + CO. Образованную при этом пару металла конденсируют и разливают в формы. Сначала восстановление проводили только в ретортах из обожженной глины, обслуживаемых вручную, позднее стали применять вертикальные механизированные реторты из карборунда, затем – шахтные и дуговые электропечи; из свинцово-цинковых концентратов цинк получают в шахтных печах с дутьем. Производительность постепенно повышалась, но цинк содержал до 3% примесей, в том числе и ценный кадмий. Дистилляцийно цинк очищают ликвацией (т.е. отстаиванием жидкого металла от железа и части свинца при 500 ° C), достигая чистоты 98,7%. Применяют иногда более сложное и дорогое очистки – ректификацию, она дает металл чистотой 99,995% и позволяет извлекать из цинка кадмий.
Основной способ получения цинка – электролитический (гидрометаллургический). Обожженные концентраты обрабатывают серной кислотой; полученный сульфатный раствор очищают от примесей осаждением их цинковой пылью и подвергают электролизу в ваннах, плотно выложенных внутри свинцом или винипластом. Цинк оседает на алюминиевых катодах, с которых его ежесуточно удаляют (сдирают) и плавят в индукционных печах. Обычно чистота электролитного цинка 99,95%, полнота извлечения его из концентрата (с учетом переработки отходов) 93-94%. Из отходов производства получают цинковый купорос, Pb, Cu. Cd, Au, Ag, иногда также In, Ga, Ge, Tl.
Цинк используется как антикоррозионный материал, им покрывают изделия из железа и стали, а также как конструкционный материал для цинкографии анодов, использованных в электролизерах и в гальванических элементах.
Используется также латунь – сплав цинка с медью.
Цинк влияет на активность тропных гормонов гипофиза, участвует в реализации биологических функций инсулина, нормализуя жировой обмен. Цинк участвует в кроветворении, а также необходимый для нормального функционирования гипофиза, поджелудочной железы, семенных пузырей. Соединения цинка используют в медицине в качестве лекарственных средств.
Избыток цинка в организме может привести к общей интоксикации и мутаций ДНК.