Реферат: Цинк

МосковскаяГосударственная Академия Приборостроения и Информатики.

ЦИНК.

Студент: Жариков С.А.

Факультет: ТИ-6

Преподаватель: МосинаГ.Н.

Москва 2001.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ.

Z=30

атомный вес = 65,37

валентность II

заряд 2+

массовые числа основных природных изотопов: 64, 66, 68, 67,70

электронная структура атома цинка: KLM 4s2

¯

¯

¯

¯

¯

3d10

¯

4s2

ИСТОРИЧЕСКАЯ СПРАВКА.

С древних времён известны латуни, являющиеся сплавами Cu-Zn. Металлический цинк впервые получен в1746 году в Англии нагреванием каламина с древесным углём.

РАСПРОСТРАНЕНИЕ ВПРИРОДЕ.

В природе цинк находиться только в виде соединений.

СФАЛЕРИТ (цинковая обманка, ZnS) имеет вид кубических жёлтых иликоричневых кристаллов; плотность 3,9-4,2 г/см3 , твёрдость 3-4 пошкале Мооса. В качестве примесей содержит кадмий, индий, галлий, марганец,ртуть, германий, железо, медь, олово, свинец.

В кристаллической решётке сфалерита атомы цинка чередуются сатомами серы и наоборот. Атомы серы в решётке образуют кубическую упаковку.Атом цинка располагается в этих тетраэдрических пустотах.

ВЮРТЦИТ (ZnS) представляет собойкоричнево-чёрные гексагональные кристаллы, плотностью 3,98 г/см3 итвердостью 3,5-4 по шкале Мооса. Обычно содержит цинка больше чем сфалерит. Врешётке вюртцита каждый атом цинка тетраэдрически окружён четырьмя атомами серыи наоборот. Расположение слоёв вюртцита отличается от расположения слоёвсфалерита.

СМИТСОНИТ (цинковыйшпат, ZnCO3)встречается в виде белых (зелёных, серых, коричневых в зависимости от примесей)тригональных кристаллов плотностью 4,3-4,5 г/см3 и твёрдостью 5 пошкале Мооса.

КАЛАМИН (Zn2SiO4*H2O*ZnCO3 или Zn4[Si2O7](OH)4*H2O*ZnCO3) представляет собой смесь карбоната и силикатацинка; образует белые (зелёные, синие, жёлтые, коричневые в зависимости отпримесей) ромбические кристаллы плотностью 3,4-3,5 г/см3 итвёрдостью 4,5-5 по шкале Мооса.

ВИЛЛЕМИТ (Zn2SiO4)залегает в виде бесцветных или жёлто-коричневых ромбоэдрических кристалловплотностью 3,89-4,18 г/см3 и твёрдостью 5-5,5 по шкале Мооса.

ЦИНКИТ (ZnO) — гексагональные кристаллы жёлтого, оранжевого или красногоцвета с решёткой типа вюртцита и твёрдостью 4-4,5 по шкале Мооса.

ГАНИТ (Zn[Al2O4]) имеет видтёмно-зелёных кристаллов плотностью 4-4,6 г/см3 и твёрдостью 7,5-8по шкале Мооса.

Помимо приведённых, известны и другие минералы цинка:

монгеймит(Zn, Fe)CO3

гидроцикитZnCO3*2Zn(OH)2

трустит (Zn,Mn)SiO4

гетеролит Zn[Mn2O4]

франклинит (Zn,Mn)[Fe2O4]

халькофанит (Mn,Zn) Mn2O5*2H2O

госларит ZnSO4*7H2O

цинкхальканит(Zn, Cu)SO4*5H2O

адаминZn2(AsO4)OH

тарбуттитZn2(PO4)OH

деклуазит(Zn, Cu)Pb(VO4)OH

леграндитZn3(AsO4)2*3H2O

гопеитZn3(PO4)*4H2O

ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЦИНКА.

Цинк добывают из концентратов сфалерита, смитсонита икаламина.

Сульфидные полиметаллические руды, которые содержат пирит Fe2S, галеннит PbS,

халькопирит CuFeS2и в меньшем количестве сфалерит после измельчения и размалывания подвергаютобогащению сфалеритом методом селективной флотации. Если руда содержитмагнетит, то для его удаления используют магнитный метод.

При прокаливании (700°

) концентратов сульфидацинка в специальных печах, образуется ZnO, который служит для получения металлического цинка.

2ZnS+3O2=2ZnO+2SO2+221 ккал

Для превращения ZnS в ZnOизмельчённые концентраты сфалерита предварительно нагревают в специальных печахгорячим воздухом

Окись цинка также получают прокаливанием смитсонита при 300°

Металлический цинк получают путём восстановления окиси цинкауглеродом

ZnO+CÞ

Zn+CO-57 ккал

водородом

ZnO+H2Û

Zn+H2O

ферросилицием

ZnO+FeSiÞ

2Zn+Fe+SiO2

метаном

2ZnO+CH4Þ

2Zn+H2O+C

окисью углерода

ZnO+COÞ

Zn+CO2

карбидом кальция

ZnO+CaC2Þ

Zn+CaS+C

Металлический цинк также можно получить сильным нагреванием ZnS с железом, с углеродом вприсутствии CaO, скарбидом кальция

ZnS+CaC2Þ

Zn+CaS+C

ZnS+FeÛ

2Zn+FeS

2ZnS+2CaO+7CÞ

Zn+2CaC2+2CO+CS2

Металлургический процесс получения металлического цинка,применяемый в промышленном масштабе, заключается в восстановлении ZnO углеродом при нагревании.В результате этого процесса ZnOвосстанавливается не полностью, теряется некоторое количество цинка, идущего наобразование Zn[Al2O4], и получаютзагрязнённый цинк.

ФИЗИЧЕСКИЕ ИХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА.

Цинк — блестящий серебристый белый металл с плотностью 7,13г/ см3 при 20°

(тяжелый металл), температура плавления 419,44°, температура кипения 906°,твердость 2,5 — 2,9 по шкале Мооса. Имеет плотную гексагональную структурукристаллов. Цинк становится при 100 — 150° и хрупким — выше 200°, онгеомагнитен и имеет пять природных изотопов.

С химической точки зрения цинк менее активен, чем щелочные ищелочноземельные металлы, и более активен, чем олово, свинец, медь, ртуть,серебро, золото.

При сильном нагревании цинк воспламеняется и горитсине-зеленым пламенем.

Zn + 1/2 O2 = ZnO +83,5 ккал

Цинк окисляется кислородом воздуха при нагревании выше 225°

, а втоке сухого кислорода выше 150°.

Металлический цинк не разлагает воду при комнатнойтемпературе или кипячении, поскольку в присутствии воды поверхность цинкапокрывается Zn(OH)2, которыйпрепятствует дальнейшему разрушению металла.

Цинк, нагретый почти до температуры плавления, энергичноразлагает поры воды с образованием ZnO и H2.

Zn + H2O Û

ZnO + H2

При комнатной температуре во влажном воздухе галогены образуют с цинком соответствующиегологениды. В сухом состоянии гологены взаимодействуют с металлическим цинкомпри высокой температуре.

Zn + F2 = ZnF2+ 172,7 ккал

Zn + Cl2 = ZnCl2+99,55 ккал

Zn +Br2 =ZnBr2 +78,4 ккал

Zn + I2 = ZnI2 + 49,8 ккал

Нагревание порошкообразного цинка порошком серы приводит кобразованию ZnS.

Zn + S = ZnS + 44 ккал

Под действием сероводорода поверхность металлического цинкапокрывается плотной защитной плёнкой ZnS.

Zn+H2S Û

ZnS + H2

Двуокись серы во влажной атмосфере и хлористый тионилвзаимодействуют с цинком при нагревании.

3Zn + SO2 = ZnS + 2ZnO

Zn +SOCl2 = ZnCl2 + SO

Нагревание цинка в атмосфере аммиака дает нитрит Zn3N2.

Цинк непосредственно не вступает в реакцию с азотом,углеродом, водородом и другими элементами.

Обработка парами фосфора, нагретого до 440 — 780°

,металлического цинка в атмосфере азота или водорода приводят к образованию Zn3P2и ZnP2.

Поскольку нормальный потенциал системы Zn/ Zn2+ = -0,761 В, металлический цинк легко растворяетсяв кислотах и щелочах. При растворении цинка в разбавленных кислотах образуютсясоответствующие соли и водород.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Zn + H2SO4 = ZnSO4 +H2

Чистый металлический цинк медленно взаимодействует сразбавленными кислотами, поскольку образовавшийся атомарный водород покрываетповерхность цинка и выделение водорода уменьшается.

При образовании гальванического элемента Zn — Cu в соляной кислотевыделение водорода происходит очень интенсивно, и цинк легко растворяется,превращаясь в хлорид. Для образования гальванического элемента Zn — Cu в раствор соляной кислоты добавляютнесколько капель сульфата меди. Медь, стоящая в электрохимическом рядунапряжений правее цинка, осаждается им, покрывает поверхность цинка и ускоряет,таким образом, растворение его в соляной кислоте.

По отношению к концентрированным серной и азотной кислотамцинк является восстановителем.

Zn + 2H2SO4 = ZnSO4+ SO2 + 2H2O

4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2+ NH4NO3 +3H2O

При действии щелочей на металлический цинк образуютсягидроцинкаты и водород.

Zn + NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH4)]+ H2

Цинк вытесняет менее активныеметаллы из растворов их солей и восстанавливает хромовую, марганцевую имолибденовую кислоты, соли железа (III) и олово (IV).

С помощью цинка можно осуществлятьцинкотермическое разложение многихокислов, например: CdO,PbO, CuO, NiO.

Восстанавливая сероуглерод,цинковый порошок раскаляется.

С точки зрения физиологии цинк — необходимый элемент для живых организмов.

Цинк входит в состав фермента,имеющегося в красных кровяных тельцах (гемоглобин), с помощью которогопроисходит перенос двуокиси углерода в крови.

Для животных цинк загрязненныймышьяком, сурьмой, свинцом, кадмием становится токсичен. Вдыхание ZnCl2 в большихдозах смертельно.

ПРИМЕНЕНИЕ.

Во влажном воздухе поверхностьцинка покрывается тонкой защитной пленкой окисла и основного карбоната, которыйв дальнейшем предохраняет металл от атмосферного действия атмосферныхреагентов. Благодаря этому свойству цинк применяется для покрытия железныхлистов и проволоки. Также цинк применяется для извлечения серебра изсеребросодержащего свинца по процессу Паркеса; для получения водорода врезультате разложения соляной кислоты; для вытеснения металлов с более низкойхимической активностью из растворов их солей; для изготовления гальваническихэлементов; в качестве восстановителя во многих химических реакциях; дляполучения многочисленных сплавов с медью, алюминием, магнием, свинцом, оловом идругими металлами.

еще рефераты

Еще работы по химии

Реферат по химии

Дмитрий Иванович Менделеев и его Система элементов

15 Июля 2015

Реферат по химии

Источники и виды загрязнения атмосферного воздуха

К вопросу о металлической связи в плотнейших упаковках химических элементов

15 Июля 2015