Роль цинка в организме человека

Среднее содержание цинка – 2-3 грамма. Часть его накапливается в мышечной и костной ткани, 20% - в кожных покровах. Этот микроэлемент содержится в лейкоцитах, эритроцитах, сперме, в предстательной и поджелудочной железе и печени. Входит в состав порядка 400 ферментов, самый изученный – карбоангидраза. Белок, содержащий цинк, находится в эритроцитах. Он расщепляет углекислоту на угольную кислоту и гидрокарбонат с целью утилизации из организма. Чистый углекислый газ в кровяном русле образует газовые пробки, а вот его производная – угольная кислота, водорастворима и легко разлагается под воздействием фермента.

Функции цинка в организме:

• Участвует в расщеплении и синтезе углеводов, белков и жиров.
• Входит в состав гормонов, антител, лейкоцитов, повышает иммунитет.
• Повышает регенеративные способности организма.
• Осуществляет детоксикацию двуокиси углерода из организма.
• Влияет на формирование мужских половых гормонов, поддерживает здоровье простаты.
• Участвует в обменных процессах щитовидной железы, надпочечников, яичников и гипофизе. Защищает от повреждений поджелудочную железу, нужен для секреции инсулина.
• Способствует лучшему усвоению витамина Е , способствует обмену витамина А .
• Благотворно влияет на здоровье зубов: цинк содержится в ферментах и клетках костной ткани.
• Снимает воспаление, улучшает состояние кожи.
• Способствует нормализации структуры рибосом, рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислот (РНК и ДНК), участвует в делении клеток.
• В период беременности поступление в организм матери цинка влияет на формирование костной, сердечно-сосудистой, дыхательной, мочеполовой системы. При недостатке цинка повышается риск преждевременных родов или прерывания беременности.
• Цинк необходим для нормального функционирования нервной системы и головного мозга. При нарушении обмена цинка повышается риск заболеть болезнью Альцгеймера.
• Нормализует работу печени.
• Поддерживает обонятельные и вкусовые рецепторы, благотворно влияет на органы зрения.
• Участвует в образовании соляной кислоты в ЖКТ (желудочно-кишечный тракт), поддерживает кислотно-щелочной баланс.

Серьезная нехватка цинка чревата нарушениями работы внутренних желез, обменных процессов, увеличивается риск новообразований. У беременных могут наступить преждевременные роды, появиться атонические кровотечения, долго будет сокращаться маточная мускулатура. Цинк активно используют для лечения заболеваний нервной, мочеполовой и кровеносной системы.

Животные и растительные источники цинка

Растительные источники (табл. 1):

• Овощи: брокколи, морковь, цветная капуста, редис, салат, шпинат. А также кукуруза, лук зеленый, спаржа, картофель и помидоры.
• Фрукты и ягоды: цитрусовые, яблоки, смородина, черника. А также малина, слива, вишня, груша, персик и др.
• Орехи (грецкие, арахис, кедровые, кешью, кокос).
• Сухофрукты (инжир, чернослив, финики, курага).
• Крупы: коричневый рис, ячмень, отруби пшеничные, гречка, овсянка.
• Семена подсолнечника и тыквы.
• Грибы.
• Зеленый чай, какао.
• Бобовые (горох, фасоль, чечевица).
• Дрожжи.

Животные источники (табл.1):

• Мясо курицы, кролика, молодая баранина и телятина.
• Рыба (хек, камбала, треска, тунец и др.). Морепродукты (устрицы, креветки, мидии).
• Молоко, твердый сыр, творог.
• Яйца.
• Субпродукты (сердце, говяжий язык, печень).

Таблица 1. Содержание цинка в продуктах

Мидии	60
Отруби пшеничные	16
Печень говяжья (обработанная)	15
Говядина	8
Семечки тыквы	7,5
Кедровые орехи	6,5
Бобы	4,2
Кешью	4
Шпинат	3,8
Овсяная каша	3
Миндаль	2,1
Мясо птицы	2-2,4
Фасоль	1,2
Курага	0,75
Лук зеленый	0,4
Авокадо	0,3

Совет специалиста. Крупы лучше употреблять необработанные. После шлифовки риса, к примеру, содержание в нем цинка снижается на 80%. Не забывайте разнообразить свой рацион животными продуктами, они усваиваются лучше

• Кулинарная обработка также ведет к потере этого ценного минерала. Старайтесь употреблять больше овощей и фруктов в свежем виде.
• Мясные продукты стоит тушить или готовить на пару, не жарить и не переваривать.
• Если не любите овощи и фрукты, пейте свежеотжатые соки. В них концентрация цинка выше.
• Забудьте о кашах быстрого приготовления, все полезное из них было уничтожено во время обработки. Суточная норма употребления цинка подана в таблице 2.

Таблица 2. Суточная норма цинка

Взаимодействие с другими элементами

Органический цинк накапливается в небольших дозах. Адсорбция происходит в ЖКТ, преимущественно в тонком кишечнике. Интересен тот факт, что из продуктов животного происхождения цинк усваивается быстрее, чем из фруктов и овощей. В последнем случае ему мешает фитиновая кислота, которая с цинком образует нерастворимые солевые соединения.

Особенности совместимости цинка:

• Хорошо совместим с витамином А , он улучшает усвояемость и биологическую доступность цинка.
• Повышают свойства цинка ионы фосфора , лития и кальция (в небольших дозах).
• Цинк не совместим с медью , поскольку они всасываются через одни каналы.
• Тяжелые металлы (свинец, кадмий) вытесняют цинк из организма.
• Цинк нельзя принимать одновременно с железом , оловом и марганцем, тогда он усваивается хуже.
• Работает в тандеме с витамином Е . Чаще всего дефицит цинка и витамина Е диагностируется одновременно.
• Препараты тетрациклиновой группы также вытесняют цинк из организма.
• Дополнительный прием фолиевой кислоты замедляет усвоение микроэлемента.
• Цинк несовместим с Аспирином.
• Гистидин и цистеин – аминокислоты, которые содержатся в продуктах животного происхождения. Они улучшают всасывание цинка.

Дефицит цинка

Существует 3 формы дефицита цинка: острая, подострая и хроническая. Последний вариант также связывают с врожденным энтеропатическим акродерматитом.

Нехватка цинка проявляется следующими симптомами:

• Быстрая утомляемость, снижение концентрации, бессонница, нервные расстройства.
• Ухудшение зрения, утрата вкусовых ощущений.
• Потеря аппетита, похудение.
• Расстройство желудка.
• Малокровие.
• Проблемы с кожей: появление аллергических высыпаний, язв, экзем, дерматитов. Ногти расслаиваются, на них заметны пятнышки белого цвета.
• Тусклые и безжизненные волосы, перхоть, очаговое облысение.
• Понижение инсулина в крови, повышается риск заболеть сахарным диабетом.
• У детей гипогонадизм, нарушение полового созревания.
• У мужчин возможны проблемы с сексуальной активностью, нарушение работы предстательной железы, у женщин – бесплодие.
• Снижение иммунитета.
• Для беременных дефицит цинка чреват преждевременными родами.

Дефицит цинка появляется, если человек получает из еды менее 7 мг. Прежде всего, нужно скорректировать рацион, добавив в него мясо, рыбу и морепродукты. Не забывайте о свежих овощах и фруктах. Принимать минеральные комплексы нужно только по назначению врача и в прописанной им дозировке

Избыток цинка в организме

Причины избытка цинка:

• Работа на вредном производстве с соединениями цинка.
• Неконтролируемый прием препаратов, содержащих этот микроэлемент.
• Нарушения цинкового обмена.

Важно! Продолжительный прием цинкосодержащих препаратов (более 100 мг в день) чревато появлениями эрозий, язв и снижением иммунитета. Доза в 200 мг – сильное рвотное средство

Симптоматика избытка цинка:

• Ухудшение иммунитета.
• Патологии волос, ногтей и кожи.
• Частая тошнота, боли в желудке, расстройство стула.
• Понижение уровня меди, кадмия и железа в организме.
• Нарушение функций печени, простаты, поджелудочной железы.
• Сладковатый привкус во рту, частая жажда.

Если отравление произошло вследствие контакта с испарениями цинка, это проявляется падением давления, судорогами, одышкой, тошнотой, болезненностью печени. Если вы заметили характерные симптомы, обратитесь к эндокринологу и сдайте анализы. В случае хронического или острого избытка микроэлемента медицинская помощь необходима. Детоксикация проводится препаратами Ацетилсалициловой кислоты, Унитиолом, Тиосульфатом.

Препараты с цинком

При выборе препарата обращайте внимание на то, какая форма вещества в него включена. В самых бюджетных сериях используются сульфаты, но они хуже воспринимаются организмом, чем хелат, ацетат, пиколинат или глицерат. Препараты выпускаются в разных формах:

• Суппозитории.
• Мази.
• Капли.
• Жевательные таблетки и пастилки.
• Капсулы.
• Таблетки в оболочке и без.
• Шипучие таблетки.

Часто производители производят витаминные комплексы для отдельных групп:

• Для мужчин: КомпливитСелмевит, Дуовит для мужчин, Цинк Хелат, Цинктерал и др.
• Для женщин: ВитрумБьюти, Компливит сияние, Дуовит для женщин и др.
• Для детей: Кальций+глюконат цинка, Витажуйки, Витамишки, Дуовит для детей, Витрум Юниор и др.

Принимать желательно за час до приема пищи или через 2 часа после. Не рекомендуется пить одновременно с антибиотиками, контрацептивами и прочими препаратами.

Цинк активно используется в ряде препаратов:

• В ректальных свечах от геморроя (Релиф Ультра, Анузол).
• В офтальмологических каплях (Офтальмол, Окуметил, Цинка сульфат).
• В монопрепаратах (Фенюльс цинк, Цинктерал, Цинкозак, Цинк Пиколинат и др.).
• В мазях (цинковая мазь и ее аналоги).

Цинк – удивительный и незаменимый элемент: смотрите видео ниже.

Введение

Фосфорнокислый цинк представляет собой бесцветные кристаллы ромбической системы. Плотностью 3,03-3,04 г/см 3 . Практически не растворим в воде (ПР=9,1*10-33). Растворим в кислотах. Целью данной курсовой работы является получение фосфорнокислого цинка. Для этого необходимо решить следующие задачи: 1) Подобрать литературу и изучить свойства Zn, Cd, Hg, Cd 3 (PO 4) 2 Hg 3 (PO 4) 2 ; рассмотреть их историю открытия, распространение в природе; изучить физические и химические свойства; рассмотреть применение и биологическую роль. 2) Подобрать оптимальную методику синтеза. 3) Синтезировать и изучить окислительно-восстановительные свойства Zn 3 (PO 4) 2 .

цинк кадмий ртуть химический

Теоретическая часть

Цинк

История открытия

Цинк является тем элементом, который человек знает и использует с древних времен. Наиболее распространенным минералом является карбонат цинка, или каламин. Как любой карбонат, каламин при нагревании, точнее прокаливании, разлагается на оксид цинка и углекислый газ. Оксид цинка широко применялся в медицине, например, при лечении глазных болезней. Оксид цинка легко можно восстановить до свободного цинка. Но получить цинк в виде металла удалось значительно позже, чем были получены основные металлы древности: олово, свинец, железо, медь. Для восстановления цинка из оксида углем, необходима температура около 1100 °С. Температура же кипения цинка всего 906 °С. Следствием этого являлось то, что цинк просто напросто испарялся, его невозможно было уловить.

Цинк человеком применялся для приготовления латуни, сплава меди и цинка. Латунь применялась повсеместно, и в Китае, и в Индии, и в Греции и в Риме. Историки и археологи установили, что впервые получили латунь римляне. Это произошло во времена правления императора Августа, в начале нашей эры по летоисчислению. И этот способ применялся до XIX века.

Когда был получен цинк установить точно не удалось. В развалинах Дакии археологи нашли идола, который содержал более 27% цинка. Предположительно, цинк получали как побочный продукт при получении латуни.

Искусство получения цинка в Европе было утеряно В X--XI вв. Но цинк требовался для получения латуни, поэтому его приходилось завозить из Китая и Индии. Первое промышленное производство было открыто в Китае. Но способ был очень простым. Для получения цинка каламин засыпали в глиняные горшки, которые плотно закрывались, складывались в пирамиду, промежутки между ними заполнялись углем и нагревались горшки до высоких температур. Горшки нагревались докрасна. После данной операции горшки охлаждали, разбивали их и извлекали металлический цинк в виде слитков.

В Европе цинк стали получать вторично в XVI веке. Задачей химиков было совершенствование способов получения металлического цинка. Огромная заслуга в этом принадлежит А. Маргграфу, который занимался методами выделения цинка из природных минералов.

Название цинка произошло от аналогичного по звучанию слову из латинского языка, которое означало белый налет. Хотя есть другое мнение, что название металла произошло от немецкого слова цинн.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http :// www . allbest . ru /

• Введение
• Немного истории
• Нахождение в природе, животных и человеке
• Физические свойства
• Получение металлического цинка
• Применение
• Химические свойства
• Соединения цинка
• Сплавы
• Методы цинкования
• Комплексные соединения цинка
• Цинк против рака
• Биологическая роль цинка в жизнедеятельности человеческого и животного организмов
• Препараты цинка в пульмонологии
• Заключение
• Список литературы

Введение

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 4s 2

Размещено на http :// www . allbest . ru /

Цинк находится в побочной подгруппе II группы Периодической системы Д.И. Менделеева. Его порядковый номер 30. Распределение электронов по уровням в атоме следующее: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 . Максимальная заполненность d-слоя, высокое значение третьего потенциала ионизации обуславливают постоянную валентность цинка, равную двум.

В подгруппе цинка мы встречаемся с весьма оригинальными сочетаниями свойств переходных и не переходных элементов. С одной стороны, поскольку цинк не проявляет переменной валентности и не образует соединений с незаполненным d-слоем, его следует отнести к переходным элементам. Об этом говорят и некоторые физические свойства цинка (низкая температура плавления, мягкость, высокая электроположительность). Отсутствие способности к образованию карбонилов, комплексов с олефинами, отсутствие стабилизации полем лигандов также заставляют отнести его к переходным элементам, если учесть его склонность к реакциям комплексообразования, особенно с аммиаком, аминами,а также с галогенид-, цианид-, роданид- ионами. Диффузионный характер d-орбиталей делает цинк легко деформируемым и способствует образованию прочных ковалентных комплексов с поляризующимися лигандами. Металл имеет кристаллическую структуру: гексагональная плотная упаковка.

Немного истории

Латунь - сплав меди с цинком - была известна еще до нашей эры, но металлического цинка тогда еще не знали. Производство латуни в древнем мире восходит, вероятно, ко II в. до н.э.; в Европе (во Франции) оно началось около 1400г. Предполагают, что производство металлического цинка зародилось в Индии около XII в.; в Европу в XVI - XVIII вв. ввозили индийский и китайский цинк под названием « калаем». В 1721г. саксонский металлург Генкель подробно описал цинк его некоторые минералы и соединения. В 1746 г. немецкий химик А.С. Маркграф разработал способ получения цинка прокаливанием смеси его оксида с углем без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров цинка в условиях охлаждения.

О происхождении слова «цинк» существует несколько предположений. Одно из них - от немецкого Zinn - «олово», на которое цинк несколько похож.

Нахождение в природе, животных и человеке

В природе цинк находиться только в виде соединений:

СФАЛЕРИТ (цинковая обманка, ZnS) имеет вид кубических жёлтых или коричневых кристаллов. В качестве примесей содержит кадмий, индий, галлий, марганец, ртуть, германий, железо, медь, олово, свинец.

В кристаллической решётке сфалерита атомы цинка чередуются с атомами серы и наоборот. Атомы серы в решётке образуют кубическую упаковку. Атом цинка располагается в этих тетраэдрических пустотах. Сфалерит или цинковая обманка ZnS, наиболее распространённый в природе минерал. Разнообразные примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Видимо, за это минерал и называют обманкой. Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы этого элемента: смитсонит ZnCO3, цинкит ZnO, каламин 2ZnO*SiO2*H2O. На Алтае нередко можно встретить полосатую “бурундучную” руду - смесь цинковой обманки и бурого шпата. Кусок такой руды издали действительно похож на затаившегося полосатого зверька. Сульфид цинка используют для покрытия светящихся экранов телевизоров и рентгеновских аппаратов. Под действием коротковолнового излучения или электронного луча сернистый цинк приобретает способность светиться, причем эта способность сохраняется и после того, как прекратилось облучение.

ZnS кристаллизуется в двух модификациях: гексагональной плотность 3,98-4,08, показатель преломления 2,356 и кубической плотность 4.098, показатель преломления 2,654.При обычном давлении не плавиться, но плавиться с другими сульфидами с образованием легкоплавких штейнов. Под давлением 150 атм. плавится при 1850С. При нагревании до 1185С возгоняется. При действии на растворы солей цинка сероводородом образуется белый осадок сульфида цинка:

ZnCl 2 + H 2 S = ZnS(т) + 2HCl

Сульфид довольно легко образует коллоидные растворы. Свежеосажденный сульфид хорошо растворяется в сильных кислотах, не растворяется в уксусной кислоте, в щелочах и аммиаке. Растворимость в воде примерно 7*10 -6 моль/г.

ВЮРТЦИТ (ZnS) представляет собой коричнево-чёрные гексагональные кристаллы, плотностью 3,98 г/см 3 и твердостью 3,5-4 по шкале Мооса. Обычно содержит цинка больше чем сфалерит. В решётке вюртцита каждый атом цинка тетраэдрически окружён четырьмя атомами серы и наоборот. Расположение слоёв вюртцита отличается от расположения слоёв сфалерита.

СМИТСОНИТ (цинковый шпат, ZnCO 3) встречается в виде белых (зелёных, серых, коричневых в зависимости от примесей) тригональных кристаллов плотностью 4,3-4,5 г/см 3 и твёрдостью 5 по шкале Мооса. Встречается в природе в виде галмея или цинкового шпата. Чистый карбонат-белый. Его получают действием раствора гидрокарбоната натрия, насыщенного двуокисью углерода, на раствор соли цинка или при пропускании СО 2 через раствор, содержащую взвешенную гидроокись цинка:

ZnO + CO 2 = ZnCO 3

В сухом состоянии карбонат цинка разлагается при нагревании до 150С с выделением углекислого газа. В воде карбонат практически не растворяется, но постепенно гидролизуется не растворяется с образованием основного карбоната. Состав осадка меняется в зависимости от условии, приближаясь к формуле

2ZnCO 3 *3Zn(OH) 2

КАЛАМИН (Zn 2 SiO 4 *H 2 O*ZnCO 3 или Zn 4 (OH) 4 *H 2 O*ZnCO 3) представляет собой смесь карбоната и силиката цинка; образует белые (зелёные, синие, жёлтые, коричневые в зависимости от примесей) ромбические кристаллы плотностью 3,4-3,5 г/см 3 и твёрдостью 4,5-5 по шкале Мооса.

ВИЛЛЕМИТ (Zn 2 SiO 4) залегает в виде бесцветных или жёлто-коричневых ромбоэдрических кристаллов.

ЦИНКИТ (ZnO) - гексагональные кристаллы жёлтого, оранжевого или красного цвета с решёткой типа вюртцита. Еще при первых попытках выплавить цинк из руды у средневековых химиков получался белый налет, который в книгах того времени называли двояко: либо “белым снегом” (nix alba), либо “философской шерстью” (lana philosophica). Нетрудно догадаться, что это была окись цинка ZnO - вещество, которое есть в жилище каждого городского жителя наших дней.

Этот «снег», будучи замешанным на олифе, превращается в цинковые белила - самые распространенные из всех белил. Окись цинка нужна не только для малярных дел, ею широко пользуются многие отрасли промышленности. Стекольная - для получения молочного стекла и (в малых дозах) для увеличения термостойкости обычных стекол. В резиновой промышленности и производстве линолеума окись цинка используют как наполнитель. Известная цинковая мазь на самом деле не цинковая, а оксидоцинковая. Препараты на основе ZnO эффективны при кожных заболеваниях.

Наконец, с кристаллической окисью цинка связана одна из самых больших научных сенсаций 20-х годов нашего века. В 1924 году один из радиолюбителей города Томска установил рекорд дальности приема.

Детекторным приемником он в Сибири принимал передачи радиостанций Франции и Германии, причем слышимость была более отчетливой, чем у владельцев одноламповых приемников.

Как это могло произойти? Дело в том, что детекторный приемник томского любителя был смонтирован по схеме сотрудника нижегородской радиолаборатории О.В. Лосева.

Дело в том, что Лосев включил в схему кристалл окиси цинка. Это заметно улучшило чувствительность аппарата к слабым сигналам. Вот что говорилось в редакционной статье американского журнала «Radio-News», целиком посвященной работе нижегородского изобретателя: «Изобретение О.В. Лосева из Государственной радиоэлектрической лаборатории в России делает эпоху, и теперь кристалл заменит лампу!»

Автор статьи оказался провидцем: кристалл действительно заменил лампу; правда, это не лосевский кристалл окиси цинка, а кристаллы других веществ.

ZnO образуется при сгорании металла на воздухе, получается при прокаливании гидрооксида цинка, основного карбоната или нитрата цинка. При обыкновенной температуре бесцветна, при нагревании желтеет, при очень высокой температуре сублимируется. Кристаллизуется в гексагональной сингонии, показатель преломления 2,008.В воде окись цинка практически нерастворима, ее растворимость 3 мг/л. Легко растворяется в кислотах с образованием соответствующих солей, растворяется также в избытке щелочей аммиаке; обладает полупроводниковыми люминесцентными и фотохимическими свойствами.

Zn(т) + 1/2O 2 = ZnO

ГАНИТ (Zn) имеет вид тёмно-зелёных кристаллов.

ХЛОРИД ЦИНКА(МОНГЕЙМИТ ) ZnCl 2 наиболее изученный из галогенидов, получается растворением цинковой обманки, окиси цинка или металлического цинка в соляной кислоте:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 (ж) + H 2

Безводный хлорид представляет собой белый зернистый порошок, состоящий из кристаллов, легко плавится и при быстром охлаждении застывает в виде прозрачной массы, похожей на фарфор. Расплавленный хлорид цинка довольно хорошо проводит электрический ток. Хлорид кристаллизуется без воды при температуре выше 20С. В воде хлорид цинка растворяется с выделением большого количества теплоты. В разбавленных растворах хлорид цинка хорошо диссоцирует на ионы. Ковалентный характер связи в хлориде цинка в хорошей растворимости его в метиловом и этиловом спиртах, ацетоне, глицерине и др. кислородосодержащих растворителях.

Помимо приведённых, известны и другие минералы цинка:

монгейми т (Zn, Fe)CO 3

гидроцикит ZnCO 3 *2Zn(OH) 2

трустит (Zn, Mn)SiO 4

гетеролит Zn

франклинит (Zn, Mn)

халькофанит (Mn, Zn) Mn 2 O 5 *2H 2 O

госларит ZnSO 4 *7H 2 O

цинкхальканит (Zn, Cu)SO 4 *5H 2 O

адамин Zn 2 (AsO 4)OH

тарбуттит Zn 2 (PO 4)OH

деклуазит (Zn, Cu)Pb(VO 4)OH

леграндит Zn 3 (AsO 4) 2 *3H 2 O

гопеит Zn 3 (PO 4)*4H 2 O

В организме человека большая часть цинка (98%) находится в основном внутриклеточно (мышцы, печень, костная ткань, простата, глазное яблоко). В сыворотке содержится не более 2% металла.

Известно, что довольно много цинка содержится в яде змей, особенно гадюк и кобр.

Физические свойства

цинк сплав микроэлемент

Цинк - голубовато-серебристый блестящий (тяжелый металл) средней твердости, геомагнитен, имеет пять природных изотопов и плотную гексоганальную структуру кристаллов. На воздухе тускнеет, покрываясь тонкой пленкой окисла, которая защищает металл от дальнейшего окисления. Металл высокой частоты пластичен, и его можно прокатывать в листы и фольгу. Технический цинк довольно ломок при обычной температуре, но при 100-150С становится тягучим и может прокатываться в листы и вытягивается в проволоку. Выше 200С делается снова хрупким и его можно растереть в порошок, что обусловлено превращением цинка выше 200С в другую аллотропную форму.Некоторые физические свойства:

Свойства d-элементов, каким является цинк, заметно различаются от других элементов: низкими температурами плавления и кипения, энтальпией атомизации, высокими значениями энтропии, меньшей плотностью. Энтальпия цинка как и любого простого элемента в равна нулю, все его соединения имеют величину меньше нуля, например ZnO имеет?Н 0 =-349 кДж/моль, а ZnCl 2 имеет?Н 0 =-415кДж/моль.Энтропия равна??S 0 =41,59 Дж/(моль*K)

Получение металлического цинка

На сегодняшний день цинк добывают из концентратов сфалерита и смитсонита.

Сульфидные полиметаллические руды, которые содержат пирит Fe 2 S, галеннит PbS, халькопирит CuFeS 2 и в меньшем количестве сфалерит после измельчения и размалывания подвергают обогащению сфалеритом методом селективной флотации. Если руда содержит магнетит, то для его удаления используют магнитный метод.

При прокаливании (700) концентратов сульфида цинка в специальных печах, образуется ZnO, который служит для получения металлического цинка:

2ZnS+3O 2 =2ZnO+2SO 2 +221 ккал

Для превращения ZnS в ZnO измельчённые концентраты сфалерита предварительно нагревают в специальных печах горячим воздухом

Окись цинка также получают прокаливанием смитсонита при 300.

Металлический цинк получают путём восстановления окиси цинка углеродом:

ZnO+CZn+CO-57 ккал

Водородом:

ZnO+H 2 Zn+H 2 O

Ферросилицием:

ZnO+FeSi2Zn+Fe+SiO 2

Метаном:

2ZnO+CH 4 2Zn+H 2 O+C

окисью углерода:

ZnO+COZn+CO 2

карбидом кальция:

ZnO+CaC 2 Zn+CaS+C

Металлический цинк также можно получить сильным нагреванием ZnS с железом, с углеродом в присутствии CaO, с карбидом кальция:

ZnS+CaC 2 Zn+CaS+C

9ZnS+Fe2Zn+FeS

2ZnS+2CaO+7CZn+2CaC 2 +2CO+CS 2

Металлургический процесс получения металлического цинка, применяемый в промышленном масштабе, заключается в восстановлении ZnO углеродом при нагревании. В результате этого процесса ZnO восстанавливается не полностью, теряется некоторое количество цинка, идущего на образование Zn, и получают загрязнённый цинк.

Применение

Во влажном воздухе поверхность цинка покрывается тонкой защитной пленкой окисла и основного карбоната, который в дальнейшем предохраняет металл от атмосферного действия атмосферных реагентов. Благодаря этому свойству цинк применяется для покрытия железных листов и проволоки. Также цинк применяется для извлечения серебра из серебросодержащего свинца по процессу Паркеса; для получения водорода в результате разложения соляной кислоты; для вытеснения металлов с более низкой химической активностью из растворов их солей; для изготовления гальванических элементов; в качестве восстановителя во многих химических реакциях; для получения многочисленных сплавов с медью, алюминием, магнием, свинцом, олово.

Цинк часто используется в металлургии и при производстве пиротехники. При этом он проявляет свои особенности.

При резком охлаждении пары цинка сразу же, минуя жидкое состояние, превращаются в твердую пыль. Часто бывает нужно сохранить цинк именно в виде пыли, а не переплавлять его в слитки.

В пиротехнике цинковую пыль применяют, чтобы получить голубое пламя. Цинковая пыль используется в производстве редких и благородных металлов. В частности, таким цинком вытесняют золото и серебро из цианистых растворов. Но это еще не все. Вы никогда не задумывались, почему металлические мосты, пролеты заводских цехов и другие крупногабаритные изделия из металла чаще всего окрашивают в серый цвет?

Главная составная часть применяемой во всех этих случаях краски - все та же цинковая пыль. Смешанная с окисью цинка и льняным маслом, она превращается в краску, которая отлично предохраняет от коррозии. Эта краска к тому же дешева, хорошо прилипает к поверхности металла и не отслаивается при температурных перепадах. Изделия, которые покрывают такой краской, должны быть не марки и в то же время опрятны.

На свойствах цинка сильно сказывается степень его чистоты. При 99,9 и 99,99% чистоты цинк хорошо растворяется в кислотах. Но стоит «прибавить» еще одну девятку (99,999%), и цинк становится нерастворимым в кислотах даже при сильном нагревании. Цинк такой чистоты отличается и большой пластичностью, его можно вытягивать в тонкие нити. А обычный цинк можно прокатить в тонкие листы, лишь нагрев его до 100-150 С. Нагретый до 250 С и выше, вплоть до точки плавления, цинк опять становится хрупким - происходит очередная перестройка его кристаллической структуры.

Листовой цинк широко применяют в производстве гальванических элементов. Первый «вольтов столб» состоял из кружочков цинка и меди.

Значительна роль этого элемента в полиграфии. Из цинка делают клише, позволяющие воспроизвести в печати рисунки и фотографии. Специально приготовленный и обработанный типографский цинк воспринимает фотоизображение. Это изображение в нужных местах защищают краской, и будущее клише протравливают кислотой. Изображение приобретает рельефность, опытные граверы подчищают его, делают оттиски, а потом эти клише идут в печатные машины.

К полиграфическому цинку предъявляют особые требования: прежде всего он должен иметь мелкокристаллическую структуру, особенно на поверхности слитка. Поэтому цинк, предназначенный для полиграфии, всегда отливают в закрытые формы. Для «выравнивания» структуры применяют обжиг при 375 С с последующим медленным охлаждением и горячей прокаткой. Строго ограничивают и присутствие в таком металле примесей, особенно свинца. Если его много, то нельзя будет вытравить клише так, как это нужно. Вот по этой кромке и «ходят» металлурги, стремясь удовлетворить запросы полиграфии.

Химические свойства

На воздухе при температуре до 100°С цинк быстро тускнеет, покрываясь поверхностной пленкой основных карбонатов. Во влажном воздухе, особенно в присутствии СО 2 , происходит разрушение металла даже при обычных температурах. При сильном нагревании на воздухе или в кислороде Цинк интенсивно сгорает голубоватым пламенем с образованием белого дыма оксида цинка ZnO. Сухие фтор, хлор и бром не взаимодействуют с Цинком на холоду, но в присутствии паров воды металл может воспламениться, образуя, например, ZnCl 2 . Нагретая смесь порошка Цинка с серой дает сульфид Цинк ZnS. Сильные минеральные кислоты энергично растворяют Цинк, особенно при нагревании, с образованием соответствующих солей. При взаимодействии с разбавленной НCl и H 2 SO 4 выделяется Н 2 , а с НNО 3 - кроме того, NO, NO 2 , NH 3 . С концентрированной НCl, H 2 SO 4 и HNO 3 Цинк реагирует, выделяя соответственно Н 2 , SO 2 , NO и NO 2 . Растворы и расплавы щелочей окисляют Цинк с выделением Н 2 и образованием растворимых в воде цинкитов. Интенсивность действия кислот и щелочей на Цинк зависит от наличия в нем примесей. Чистый Цинк менее реакционноспособен по отношению к этим реагентам из-за высокого перенапряжения на нем водорода. В воде соли Цинка при нагревании гидролизуются, выделяя белый осадок гидрооксида Zn(OH) 2 . Известны комплексные соединения, содержащие Цинк, например SО 4 и другие.

Цинк является довольно активным металлом.

Он легко взаимодействует с кислородом, галогенами, серой и фосфором:

2Zn+О 2 =2ZnО (оксид цинка);

Zn + Сl 2 = ZnСl 2 (хлорид цинка);

Zn + S = ZnS (сульфид цинка);

3 Zn + 2 Р = Zn 3 Р 2 (фосфид цинка).

При нагревании взаимодействует с аммиаком, в результате чего образуется нитрид цинка:

3 Zn + 2 NН 3 = Zn 2 N 3 + 3 Н 2 ,

а также с водой:

Zn + Н 2 О = ZnО + Н 2

и сероводородом:

Zn + Н 2 S = ZnS + Н 2 .

Образующийся на поверхности цинка сульфид предохраняет его от дальнейшего взаимодействия с сероводородом.

Цинк хорошо растворим в кислотах и щелочах:

Zn + Н 2 SO 4 = ZnSO 4 + Н 2 ;

4 Zn + 10 НNО 3 = 4 Zn(NО 3) 2 + NН 4 NО 3 + 3 Н 2 О;

Zn + 2 КОH + 2 Н 2 О = К 2 + Н 2 .

В отличие от алюминия цинк растворяется в водном растворе аммиака, так как образует хорошо растворимый аммиакат:

Zn + 4 NН 4 ОН = (ОН) 2 + Н 2 + 2 Н 2 О.

Цинк вытесняет менее активные металлы из растворов их солей.

СuSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Сu;

СdSO 4 + Zn = ZnSO 4 + Сd.

Соединения цинка

В химических соединениях цинк двухвалентен. Ион Zn 2+ бесцветен, может существовать в нейтральных и кислых растворах. Из простых солей цинка хорошо растворимы в воде хлориды, бромиды, иодиды, нитраты и ацетаты. Малорастворимые сульфид, карбонат, фторид, фосфат, силикат, цианид, ферроцианид.

Гидроксид цинка Zn(OH) 2 выделяется из раствора солей цинка при действии щелочей в виде белого аморфного осадка. При стоянии он постепенно приобретает кристаллическую структуру. Скорость кристаллизации зависит от природы соли, из раствора которой происходит осаждение. Так, из растворов, содержащих хлориды, кристаллическая гидроокись цинка получается значительно быстрее, чем из растворов нитратов. Она обладает аморфным характером, константа диссоциации равна 1,5*10 -9 ,кислоты 7,1*10 -12 .Осаждение гидрооксида цинка начинается при р-н 6 и заканчивается при р-н 8,3.При увеличении рн до 11-11,5 осадок снова растворяется. В щелочных растворах гидрооксид ведет себя как ангидрокислота, т.е. переходит в раствор в виде гидросоцинкат-ионов за счет присоединения ионов гидроксила; образующиеся соли называются цинкатами. Например Na(Zn(OH) 3),Ba(Zn(OH) 6) и др. Значительное число цинкатов получено при сплавлении окиси цинка с окислами др. металлов. полученные при этомцинкаты в воде практически нерастворимы.Гидроокись цинка может существовать в виде пяти модификации:

a-,b-,g-,e-Zn(OH) 2 .

Устойчива лишь последняя модификация, в которую и превращаются все остальные менее стабильные модификации. Эта модификация при температуре 39С начинает превращаться в окись цинка. Стабильная ромбическая модификация???n(OH) 2 образует особого вида решетку, ненаблюдаемую у других гидроокисей. Она имеет вид пространственной сетки, состоящей из тетраэдров??n(OH) 4 .При обработке гидроокисей перекисью водорода образуется гидрат цинка неопределенного состава, чистую перекись цинка??nO 2 получают в виде желтовато-белого порошка при действии H 2 O 2 на эфирный раствор диэтилцинка. Гидроокись цинка растворима в аммиаке и аммонийных солях. Это обусловлено процессом комплексообразования цинка с молекулами аммиака и образованием хорошо растворимых в воде катионов. Произведение растворимости равно 5*10 -17 .

Сульфат цинка ZnSO 4 .

Бесцветные кристаллы, плотность 3,74.Из водных растворов кристаллизуется в интервале 5.7-38.8С в виде бесцветных кристаллов (так называемый цинковый купорос). Его можно получить различными способами, например:

Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2

Растворение цинкового купороса в воде сопровождается с выделением теплоты. При быстром нагревании цинковый купорос растворяется в своей кристаллизационной воде. А при сильном нагревании образуется окись цинка с выделением SO 3 ,SO 2 и О 2 .Цинковый купорос образует твердые растворы с другими купоросами (железный, никелевым, медным).

Нитрат цинка Zn(NO 3) 2 .

Известны также четыре кристаллогидрата. Наиболее устойчив - гексагидрат Zn(NO 3)*6H 2 O,выделяющийся из водных растворов при температуре выше 17,6С. Нитрат цинка очень хорошо растворим в воде, при температуре 18С в 100 гр. воды растворяется 115 гр. соли. Известны основные нитраты постоянного и переменного состава. Из первых наиболее известен Zn(NO 3) 2 *4Zn(OH) 2 *2H 2 O.Из растворов содержащих кроме нитрата цинка нитраты др. элементов можно выделить двойные нитраты типа Ме 2 Zn(NO 3) 4 .

Цианид цинка Zn(CN) 2 .

Отличается высокой термической устойчивостью (разлагается при 800С),выделяется виде белого осадка при добавлении раствору соли цинка раствора цианида калия:

2KCN + ZnSO 4 = Zn(CN) 2 + K 2 SO 4

Цианид цинка не растворяется в воде и этаноле, но легко растворяется в избытке цианида щелочного металла.

Сплавы

Уже упоминалось, что история с цинком достаточно запутана. Но одно бесспорно: сплав меди и цинка - латунь - был получен намного раньше, чем металлический цинк. Самые древние латунные предметы, сделанные примерно в 1500 году до н.э. найдены при раскопках в Палестине.

Приготовление латуни восстановлением особого камня - (кадмия) углем в присутствии меди описано у Гомера, Аристотеля и Плиния Старшего. В частности Аристотель писал о добываемой в Индии меди, которая «отличается от золота только вкусом».

Действительно, в довольно многочисленной группе сплавов, носящих общее название латуней, есть один (Л-96, или томпак), по цвету почти неотличимый от золота. Между прочим, томпак содержит меньше цинка, чем большинство латуней: цифра за индексом Л означает процентное содержание меди. Значит, на долю цинка в этом сплаве приходится не больше 4%.

Цинк входит и в состав другого древнего сплава на медной основе. Речь идет о бронзе . Это раньше делили четко: медь плюс олово - бронза, медь плюс цинк - латунь. Но теперь эти грани стёрлись.

До сих пор я рассказывала только о защите цинком и о легировании цинком. Но есть и сплавы на основе этого элемента. Хорошие литейные свойства и низкие температуры плавления позволяют отливать из таких сплавов сложные тонкостенные детали. Даже резьбу под болты и гайки можно получать непосредственно при отливке, если имеешь дело со сплавами на основе цинка.

Методы цинкования

Среди многочисленных процессов нанесения защитных покрытий на металлические элементы забора цинкование занимает одно из ведущих мест. По объему и номенклатуре защищаемых от коррозии изделий заборов цинковым покрытиям нет равных среди других металлических покрытий. Это обусловливается многообразием технологических процессов цинкования, их относительной простотой, возможностью широкой механизации и автоматизации, высокими технико-экономическими показателями. В технической литературе достаточно широко освещены различные процессы цинкования забора, свойства цинковых покрытий, области их применения для строительства забора. Исходя из механизма образования и физико-химических характеристик, можно выделить шесть видов цинковых покрытий, которые с успехом применяются при производстве заборов:

Гальванические (электролитические) покрытия на поверхность металлических элементов забора наносят в растворах электролитов под действием электрического тока. Основными компонентами этих электролитов являются соли цинка.

Металлизационные покрытия наносят путем распыления струей воздуха или горячего газа расплавленного цинка непосредственно на готовую секцию забора. В зависимости от способа напыления используют цинковую проволоку (пруток) или порошок цинка. В промышленности используют газопламенное напыление и электродуговую металлизацию.

Горячецинковые покрытия наносят на изделия методом горячего цинкования (погружением элементов забора в ванну с расплавленным цинком).

Диффузионные покрытия наносят на элементы забора путем их химико-термической обработки при температуре 450-500°С в порошковых смесях на основе цинка или путем соответствующей термической обработки превращают, например, гальваническое покрытие в диффузионное.

Цинконаполненные покрытия на металлических элементах забора представляют собой композиции, состоящие из связующего и цинкового порошка. В качестве связующих используют различные синтетические смолы (эпоксидные, фенольные, полиуретановые и др.), лаки, краски, полимеры.

Комбинированные покрытия представляют собой комбинацию цинкования забора и другого покрытия, лакокрасочного или полимерного. В мировой практике такие покрытия известны как «дуплекс-системы». В таких покрытиях сочетается электрохимический защитный эффект цинкового покрытия с гидроизолирующим защитным эффектом лакокрасочного или полимерного.

Цинкование заборов сегодня.

Современные задачи защиты заборов

За последние десятилетия отмечено резкое снижение срока службы заборов всех типов практически во всех сферах их применения, обусловленное, с одной стороны, снижением коррозионной стойкости металла, а с другой -- повышением коррозионной активности сред, в которых эксплуатируется забор. В связи с этим возникла необходимость применения новых стойких к коррозии материалов, а также повышения эксплуатационных характеристик защитных покрытий, в первую очередь, цинковых, как наиболее распространенных на практике. Многие процессы цинкования и оборудование для их осуществления значительно усовершенствованы, что дает возможность повысить коррозионную стойкость и другие свойства цинковых покрытий. Это позволяет расширить области применения цинковых покрытий нового поколения и использовать их для защиты металлических заборов , эксплуатирующихся в жестких коррозионно-эрозионных условиях.

При этом особое место уделяется использованию цинковых покрытий нового поколения для защиты изделий от коррозионного воздействия агрессивных сред. Известно, что способ изготовления цинковых покрытий во многом определяет их свойства. Покрытия, полученные в расплаве цинка и в порошковых смесях, значительно отличаются как по структуре, так и по химическим и физико-механическим свойствам (степени сцепления с поверхностью покрываемого металла, твердости, пористости, коррозионной стойкости и др.). Еще больше диффузионные цинковые покрытия отличаются от гальванических и металлизационных. Одним из важнейших свойств является прочность сцепления с поверхностью покрываемого изделия, влияющая на свойства защитного покрытия забора не только при эксплуатации, но и на сохранность забора при длительном хранении, при транспортировке и при проведении монтажа забора.

Новые методы: диффузная оцинковка, комбинированная обработка металла забора

Диффузионные цинковые покрытия по сравнению с гальваническими и металлизационными имеют более прочную (диффузионную) связь с защищаемым металлом вследствие диффузии цинка в покрываемый металл, а постепенное изменение концентрации цинка по толщине покрытия обусловливает менее резкое изменение его свойств.

Другим перспективным способом защиты забора является комбинированное цинкование забора. В таких покрытиях сочетается электрохимический защитный эффект цинкового покрытия с гидроизолирующим защитным эффектом лакокрасочного или полимерного. Краска формирует барьер к воздуху.Но барьер со временем разрушается, ржавчина образуется под краской, появляются шелушения, вздутия. Цинконаполненные краски с низким содержанием цинка не решают эту проблему, в основном из-за того, что цинка недостаточно для обеспечения адекватной катодной защиты на всей поверхности и на протяжении длительного времени.

В отличие от цинконаполненных красок, «дуплекс-системы» имеют неоспоримое преимущество при защите металла забора. Комбинированная обработка обеспечивает полную активную, катодную защиту. Срок эксплуатации забора с таким покрытием значительно увеличивается - в 1,5-2 раза.

Комплексные соединения цинка

Стpоение комплексов двухвалентных цинка и меди с 2- формилфеноксиуксусной кислотой и продуктом ее конденсации с глицином.

Синтезированы комплексы состава:

2H 2 O (I),

где o-Hfphac- 2-формилфеноксиуксусная кислота и

(II),

где L-тетрадентатный лиганд продукт конденсации o-Hfphac с глицином. Методом рентгеноструктурного анализа определена молекулярная и кристаллическая структура синтезированных комплексов. В содинении I реализуется октаэдрическое, а в II квадратно-пирамидальное окружение иона комплексообразователя. В центросимметричном комплексе цинка o-fphac выступает в качестве монодентатного лиганда

Zn-O(3)=2.123(1) Е.

Расстояния Zn-O(1w) и Zn-O(2w) равны соответственно 2.092(1) и 2.085(1)Е. В соединении II дополнительные донорные группы в лиганде, возникшие вследствии конденсации, приводят к образованию трех металлоциклов в четырехдентатном лиганде (L). Атом меди в экваториальной плоскости координирует L, присоединенный через атомы кислорода двух монодентатных карбоксильных групп

(Cu-O(3)=1.937(2); Cu-O(4)=1.905(2) Е),

эфирный атом кислорода

(Cu-O(1)=2.016(2) Е)

и атом азота азометиновой группы

(Cu-N(1)=1.914(2) Е).

До пятерной координация дополняется молекулой воды,

Cu-O(1w)=2.316(3) Е.

Изучение квантово-химическими методами образование комплексов Цинка с 2-(аминометил)-6-[(фенилимино)метил]-фенолом.

Комплексы ароматических оснований Шиффа с переходными металлами, называемые также внутрикомплексными соединениями (ВКС), являются классическим объектом координационной химии. Интерес к комплексам подобного типа обусловлен их способностью обратимо присоединять кислород. Это позволяет рассматривать такие ВКС в качестве модельных соединений при изучении процессов дыхания , а также использовать в промышленности для получения чистого кислорода. Так, применение наиболее изученного хелатного комплекса бис (салицилиден)-этилендиаминкобальта(II), лежит в основе «салькомин» способа получения кислорода из воздуха .

Однако применению указанных комплексов препятствует достаточно ограниченная кислородная емкость (до 1500 циклов) , что обусловлено постепенным необратимым окислением ВКС.

В ряде работ отмечается, что способность к обратимому присоединению кислорода для различных комплексов переходных металлов колеблется от 10 до 3000 циклов присоединения/отщепления кислорода и сильно зависит от типа металла, электронного строения лиганда, а также от геометрического и электронного строения исследуемого комплекса . При этом лиганд должен иметь возможность образования комплексов с меньшими координационными числами, а образующийся комплекс должен препятствовать образованию продуктов восстановления кислорода.

В данной работе нами рассматривалось строение комплексов цинка с 2-(аминометил)-6-[(фенилимино)метил]-фенолом в качестве лигандов

Данное основание Шиффа и его замещенные аналоги являются крупнотоннажными продуктами производства.

Предварительно было рассмотрено строение самого азометина (1).

Расчетное значение энтальпии образования составляет 23,39 ккал/моль. Азометиновый фрагмент основания Шиффа является плоским. В основном электронная плотность сосредоточена на атоме кислорода (6,231), т.е. на нем же находится и наибольший заряд. Интересно отметить, что электронные плотности на атомах азота иминной и аминометильной групп примерно одинаковы и составляют 5,049 и 5,033 соответственно. Эти атомы доступны для образования координационной связи. Наибольший вклад в коэффициент ВЗМО вносит атом углерода иминной группы (0,17).

Расчетные значения энтальпий образования комплексов типа 2, 3 и 4 составляют 92,09 ккал/моль, 77,5 ккал/моль и 85,31 ккал/моль соответственно.

Из расчетных данных, следует, что по сравнению с исходным азометином в комплексах всех трех типов происходит уменьшение длин связей С 5 -О 9 (О 11 -С 15) с 1,369? до (1,292-1,325) ?; увеличение порядков связей С 5 -О 9 (О 11 -С 15) с 1,06 до (1,20-1,36); уменьшился коэффициент ВЗМО атомов азота иминной группы (N 2 , N 18), т.е. вклад в образование орбитали; так же, интересно отметить, что ароматические кольца в основании Шиффа не компланарны, в зависимости от типа комплекса диэдральные углы составляют:

тип 2 - C 20 C 1 С 4 С 21 =163,8 0 и C 22 C 16 С 19 С 23 =165,5 0 ;

тип 3 - C 20 C 1 С 4 С 21 =-154,9 0 и C 22 C 16 С 19 С 23 =-120,8 0 ;

тип 4 - C 20 C 1 С 4 С 21 =171,0 0 и C 22 C 16 С 19 С 23 =-174,3 0 ;

а в исходном азометине ароматические кольца практически лежат на одной плоскости и C 11 C 1 С 4 С 12 =-177,7 0 .

В то же время, в зависимости от типа комплекса происходят индивидуальные изменения в строении азометинового лиганда.

Длины связей С 3 -С 4 (С 16 -N 17) комплекса типа 2 и С 16 С 17 комплекса типа 4 уменьшаются (1,43).

Порядки связей N 2 -С 3 (С 17 -N 18) комплекса типа 2 и С 17 -N 18 комплекса типа 4 уменьшаются (1,64 и 1,66 соответственно); порядки связей С 3 -С 4 (С 16 -N 17) комплекса типа 2 и С 16 -N 17 комплекса типа 4 увеличиваются до 1,16.

Валентные углы N 2 C 3 C 4 (C 16 C 17 N 18) в комплексе типа 2 и C 16 C 17 N 18 типа 4 увеличиваются (127 0) .

Электронные плотности, сосредоточенные на атомах азота иминной группы N 2 (N 18) комплекса типа 2 и N 18 типа4, уменьшилась (4,81); электронные плотности на атомах углерода С 3 (С 17) уменьшились (3,98); электронные плотности на атомах азота аминометильных групп N 8 (N 12) в 3 типе и С 8 в 4 типе комплекса уменьшились (4,63);

Проведено сравнение полученных результатов структурных параметров для всех трех типов комплекса друг с другом.

При сравнении строения комплексов различных типов отмечены следующие особенности: длины связей С 6 С 7 (С 13 С 14) и С 9 С 10 (С 10 С 11) во всех типах комплексов равны (~1,498) и (~1,987) соответственно; порядки связей С 1 -N 2 (С 18 -N 19) и С 6 С 7 (С 13 С 14) примерно одинаковы во всех типах комплексов и равны (1,03) и (0,99) соответственно; валентные углы С 6 С 7 N 8 (N 12 C 13 C 14) равноценны (111 0); наибольший вклад в ВЗМО в комплексах типа 2, 3 и 4 вносит атом углерода иминной группы 0,28; 0,17 и 0,29 соответственно; электронные плотности на атомах углерода С 3 во всех типах, а так же на атомах цинка Zn 10 примерно одинаковы и равны (3,987) и (1,981) соответственно.

По результатам расчетов установлено, что наибольшие различия в строении комплексов наблюдаются для следующих параметров:

1. Длина связи C 16 C 17 (1,47) комплекса типа 3 больше аналогичных в комплексах типа 2 и 4.

2. Порядки связей C 3 C 4 (1,16), C 5 O 9 (1,34) комплекса типа 2 и С 17 -N 18 (1,87) типа 3 больше аналогичных; порядки связей N 2 C 3 (1,66), С 7 N 8 (1,01), О 9 Zn 10 (0,64) комплекса типа 2 и O 11 C 15 (1,20), C 16 C 17 (1,02) комплекса типа 3 меньше соответствующих порядков связей в других типах комплексов;

3. Валентные углы N 2 C 3 C 4 (127 0), С 5 О 9 Zn 10 (121 0) комплекса типа 2, больше аналогичных; O 9 Zn 10 O 11 (111 0) комплекса типа 2, Zn 10 О 11 С 15 (116 0), C 16 C 17 N 18 (120 0) комплекса типа 3 меньше соответствующих углов в других типах комплексов;

4. Электронные плотности на атомах N 2 (4.82), O 9 (6,31) комплекса типа 2 и N 12 (4,63) комплекса типа 3 меньше аналогичных; электронные плотности на атомах N 8 (5,03) комплекса типа 2 и N 18 (5,09) типа 3 больше электронных плотностей соответствующих атомов других типов комплексов;

Интересно отметить, что порядки связей N-Zn иминогруппы в комплексах всех трех типов несколько больше, чем порядки связей N-Zn аминогруппы.

Таким образом, комплексы цинка с рассмотренными нами основаниями Шиффа имеют тетраэдрическое строение. Возможно образование комплексов трех типов, включающих взаимодействие цинка с атомом кислорода фенольной группы и с атомом азота имино- или аминометильной группы. Комплекс типа 2 включает взаимодействие цинка с атомами кислорода фенольной группы и атомами азота иминной группы. В комплексе типа 3 возникают связи атома цинка с атомами кислорода фенольной группы и атомами азота аминометильной группы. Комплекс типа 4 является смешанным, то есть включает взаимодействие цинка как с атомами иминной, так и с атомами азота аминометильной групп.

Цинк против рака

Цинк, как было доказано в новом исследовании учёных из Университета штата Мэриленд, опубликованном 25 августа, существенный элемент, который играет ключевую роль в распространенной форме рака поджелудочной железы, отчет о проведённом исследовании опубликован в текущем номере журнала Cancer Biology & Therapy. «Это первое исследование за всё время, с прямыми измерениями в человеческих тканях поджелудочной железы, говорящий о том, что уровень цинка заметно ниже в клетках поджелудочной железы в раковой стадии по сравнению с нормальными клетками поджелудочной железы», заключает ведущий автор исследования Лесли Костелло, кандидат технических наук, профессор кафедры онкологии и диагностической наук Университета штата Мэриленд.

Исследователи обнаружили снижение уровня цинка в клетках уже на начальных стадиях рака поджелудочной железы. Потенциально этот факт обеспечивает новые подходы к лечению, и теперь задача ученых найти способ, чтобы цинк появился в злокачественных клетках и уничтожал их. Ученые обнаружили, что генетический фактор, в конечном итоге может сыграть роль при диагностике на ранней стадии. Злокачественные клетки закрыты для транспортировки в них молекул цинка (ZIP3), которые несут ответственность за доставку цинка через клеточную мембрану в клетки.

Исследователи рака ранее не знали, что ZIP3 теряется или отсутствует в злокачественной клетке поджелудочной железы, что и приводит к снижению цинка в клетках. Рак поджелудочной железы является четвертой по значимости причиной смерти в Соединенных Штатах, по данным Национального института рака (NCI). Есть около 42000 новых случаев ежегодного заболевания в Соединенных Штатах, из которых по оценкам NCI - 35000 приведут к смерти. Пациенты с раком поджелудочной железы, как правило, диагностируются на поздней стадии болезни, потому что рак поджелудочной железы часто уже присутствует в организме до развития симптомов. Текущее лечение может продлить выживаемость незначительно или облегчить симптомы у некоторых пациентов, но оно очень редко приводит к излечению поджелудочной железы. Опухоли возникают в эпителиальных клетках, выстилающих протоки поджелудочной железы. Костелло и Ренти Франклин, доктор философии и профессор, сотрудничали в течение многих лет в области изучения цинка в отношении рака простаты, эти исследования и привели их к исследованиям рака поджелудочной железы. Настоящее исследование было инициировано в конце 2009 года, поскольку уже тогда имелись существенные доказательства того, что отсутствие цинка может быть ключевым моментом при возникновении опухолей, развития и прогрессирования некоторых видов рака.

Исследователи говорят, что их работа предполагает - необходимо развивать химиотерапевтическое средство для рака поджелудочной железы, которое будет доставлять цинк обратно в повреждённые клетки и убивать злокачественные клетки поджелудочной железы, которая является жизненно важным органом и вырабатывает пищеварительные ферменты, которые, попадая в кишечник, помогают переваривать белки. Ранняя диагностика рака поджелудочной железы была затруднена из-за отсутствия информации о факторах, участвующих в развитии рака поджелудочной железы. Вновь открывшиеся факты могут помочь в выявлении ранних стадий на предварительных этапах. Исследователи планируют провести больше исследований клеток поджелудочной железы на различных стадиях развития рака, а также исследования на животных, прежде чем планировать клинические испытания.

Биологическая роль цинка в жизнедеятельности человеческого и животного организмов

Фармацевты и медики жалуют многие соединения цинка. Со врёмен Парацельса и до наших дней в фармакопее значатся глазные цинковые капли (0,25%-ный раствор ZnSO4). Как присыпка издавна применяется цинковая соль. Феносульфат цинка - хороший антисептик. Суспензия, в которую входят инсулин, протамин и хлорид цинка - новое эффективное средство против диабета, действующее лучше, чем чистый инсулин.

З начение цинка для организма человека активно обсуждается в течение последних лет. Это связано с его участием в обмене белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот. Цинк входит в состав более 300 металлоферментов. Он является частью генетического аппарата клетки.

Впервые цинкдефицитные состояния в 1963 г. описал А. Прасад - как синдром карликовости, нарушения нормального оволосения, предстательной железы и тяжелой железодефицитной анемии. Известно значение цинка для процессов роста и деления клеток, поддержания целостности эпителиальных покровов, развития костной ткани и ее кальцификации, обеспечения репродуктивной функции и иммунных реакций, линейного роста и развития когнитивной сферы, формирования поведенческих реакций. Цинк способствует стабилизации клеточных мембран, является мощным фактором антиоксидантной защиты, важен для синтеза инсулина. Установлена его роль в энергетическом обеспечении клеток, устойчивости к стрессу. Цинк способствует синтезу родопсина и всасыванию витамина А.

И вместе с тем многие соединения цинка, прежде всего его сульфат и хлорид ядовиты.

Цинк поступает в организм через желудочно-кишечный тракт вместе с пищей, а также с панкреатическим соком. Его всасывание осуществляется в основном в тонкой кишке: 40-65% - в двенадцатиперстной кишке, 15-21% - в тощей и подвздошной кишке. Только 1-2% микроэлемента усваивается на уровне желудка и толстой кишки. Выводится металл с калом (90%) и 2-10% - с мочой.

В организме большая часть цинка (98%) находится в основном внутриклеточно (мышцы, печень, костная ткань, простата, глазное яблоко). В сыворотке содержится не более 2% металла. Дефицит цинка приводит к заболеваниям печени, почек, муковисцидозу и синдрому мальабсорбции, а также к тяжелому заболеванию, как энтеропатический акродерматит и т.д.

Cреди веществ, играющих важную роль в питании животных, значительное место занимают микроэлементы, необходимые для роста и размножения. Они влияют на функции кроветворения, эндокринных желез, защитные реакции организма, микрофлору пищеварительного тракта, регулируют обмен веществ, участвуют в биосинтезе белка, проницаемости клеточных мембран и т.д.

Всасывание цинка происходит в основном в верхнем отделе тонкого кишечника. Высокий уровень протеина, добавки ЭДТА, лактозы, лизина, цистеина, глицина, гистидина, аскорбиновой и лимонной кислот повышают усвоение, а низкий уровень протеина и энергии, большое количество в корме клетчатки, фитата, кальция, фосфора, меди, железа, свинца ингибируют абсорбцию цинка. Кальций, магний и цинк при кислой среде тонкой кишки образуют прочный нерастворимый комплекс с фитиновой кислотой, из которого катионы не всасываются.

Хелатные комплексы цинка с глицином, метионином или лизином обладают более высокой БД для молодняка свиней и птицы по сравнению с сульфатом. Ацетат, оксид, карбонат, хлорид, сульфат и металлический цинк - доступные источники элемента для животных, тогда как из некоторых руд он не усваивается.

Большой биологической доступностью характеризуются хелатные соединения цинка с метионином и триптофаном, а также комплексы его с каприловой и уксусной кислотами. В то же время хелаты цинка с ЭДТА и фитиновой кислотой используются в организме животных менее эффективно, чем 7-водный сульфат, что зависит главным образом от стабильности комплекса. Истинное усвоение цинка из фитата почти в три раза ниже, чем из сульфата. Неорганические соли (хлорид, нитрат, сульфат, карбонат) всасываются хуже, чем органические. Удаление кристаллизованной воды из молекулы сернокислого цинка приводит к снижению БД элемента. Оксид и металлический цинк могут использоваться в кормлении животных, однако следует учитывать содержание в них свинца и кадмия.

Цинк - один из важных микроэлементов. И в то же время избыток цинка вреден.

Биологическая роль цинка двояка и не до конца выяснена. Установлено, что цинк - обязательная составная часть фермента крови.

Известно, что довольно много цинка содержится в яде змей, особенно гадюк и кобр. Но в то же время известно, что соли цинка специфически угнетают активность этих же самых ядов, хотя, как показали опыты, под действием солей цинка яды не разрушаются. Как объяснить такое противоречие? Считают, что высокое содержание цинка в яде - это то средство, которым змея от собственного яда защищается. Но такое утверждение еще требует строгой экспериментальной проверки.

...

Подобные документы

Распространение цинка в природе, его промышленное извлечение. Сырьё для получения цинка, способы его получения. Основные минералы цинка, его физические и химические свойства. Область применения цинка. Содержание цинка в земной коре. Добыча цинка В России.

реферат , добавлен 12.11.2010


Положение цинка, фосфата кадмия и ртути в периодической системе Д.И. Менделеева. Распространение их в природе, физические и химические свойства. Получение фосфорнокислого цинка. Синтезирование и изучение окислительно-восстановительных свойств цинка.

курсовая работа , добавлен 12.10.2014


Особенности влияния различных примесей на строение кристаллической решетки селенида цинка, характеристика его физико-химических свойств. Легирование селенида цинка, диффузия примесей. Применение селенида цинка, который легирован различными примесями.

курсовая работа , добавлен 22.01.2017


Физические, химические свойства и применение цинка. Вещественный состав цинкосодержащих руд и концентратов. Способы переработки цинкового концентрата. Электроосаждение цинка: основные показатели процесса электролиза, его осуществление и обслуживание.

курсовая работа , добавлен 08.07.2012


презентация , добавлен 16.02.2013


Характеристика химического элемента цинка, история его обработки и производства, биологическая роль, опыты, минералы, взаимодействие с кислотами, щелочами и аммиаком. Особенности получения цинковых белил. История открытия лосевского кристалла окиси цинка.

реферат , добавлен 12.12.2009


Общая характеристика элементов подгруппы меди. Основные химические реакции меди и ее соединений. Изучение свойств серебра и золота. Рассмотрение особенностей подгруппы цинка. Получение цинка из руд. Исследование химических свойств цинка и ртути.

презентация , добавлен 19.11.2015


Физико-химическая характеристика кобальта. Комплексные соединения цинка. Изучение сорбционного концентрирования Co в присутствии цинка из хлоридных растворов в наряде ионитов. Технический результат, который достигнут при осуществлении изобретения.

реферат , добавлен 14.10.2014


Анализ влияния цинка на качественный и количественный состав микрофлоры в почве урбанизированных экосистем города Калининграда, проведение собственного эксперимента. Выявление группы микроорганизмов, проявляющих устойчивость в высокой концентрации цинка.

курсовая работа , добавлен 20.02.2015


Характеристика цинка и меди как химических элементов и их место в периодической таблице Менделеева. Получение цинка из полиметаллических руд пирометаллургическим и электролитическим методами. Способы применения меди в электротехнике и производстве.

) относится к металлам древности, дата открытия которых теряется в веках.

Восстановление оксида цинка древесным углем требует температуры не менее 1000° С. Так как металл при этой температуре находится в парообразном состоянии и легко окисляется, выделение цинка требует умения конденсировать металлический пар, причем делать это надо в отсутствие воздуха, иначе металл превратится в оксид.

Получение сплавов цинка из смешанных руд не требует выделения самого цинка и достигается проще. Небольшие количества цинка, присутствующие в образцах древнеегипетской меди отражают состав местных руд, однако для выплавки палестинской латуни, датируемой 1400–1000 до н.э. и содержащей около 23% цинка, уже должны были преднамеренно смешивать медную руду с цинковой. Латунь получали и на Кипре и, позднее, в районе Кельна (Германия). Китайские мастера овладели искусством выплавки цинка в средние века. Цинковые монеты использовались в годы правления династии Минь (1368–1644).

В средневековой Европе не было специального производства цинка, хотя его небольшие количества получались при производстве свинца, серебра и латуни. Начиная примерно с 1605, его импортировала из Китая Восточно-Индийская Компания. Английская цинковая промышленность появилась в районе Бристоля в начале 18 в., и ее продукция быстро проникла в Силезию и Бельгию.

Происхождение названия элемента неясно, однако кажется правдоподобным, что оно произведено от Zinke (по-немецки «острие», или «зуб»), благодаря внешнему виду металла.

Распространение цинка в природе и его промышленное извлечение. Содержание цинка в земной коре составляет 7,6·10 –3 %, он распространен примерно так же, как рубидий (7,8·10 –3 %), и чуть больше, чем медь (6,8·10 –3 %).

Основными минералами цинка являются сульфид цинка ZnS (известный как цинковая обманка или сфалерит) и карбонат цинка ZnCO 3 (каламин в Европе, смитсонит в США). Свое название этот минерал получил в честь Джеймса Смитсона, основателя Смитсонианского Института в Вашингтоне. Менее важными минералами являются гемиморфит Zn 4 Si 2 O 7 (OH) 2 ·H 2 O и франклинит (Zn,Fe)O·Fe 2 O 3 .

Первое место в мире по добыче (16,5% мировой добычи, 1113 тыс. т, 1995) и запасам цинка занимает Канада. Кроме того, богатые месторождения цинка сосредоточены в Китае (13,5%), Австралии (13%), Перу (10%), США (10%), Ирландии (около 3%).

Добыча цинка ведется в 50 странах. В России цинк извлекается из медноколчеданных месторождений Урала, а также из полиметаллических месторождений в горах Южной Сибири и Приморья. Крупные запасы цинка сосредоточены в Рудном Алтае (Восточный Казахстан), на долю которого приходится более 50% добычи цинка в странах СНГ. Цинк добывают также в Азербайджане, Узбекистане (месторождение Алмалык) и Таджикистане.

Характеристика простого вещества и промышленное получение металлического цинка. Металлический цинк обладает характерным голубоватым блеском на свежей поверхности, который он быстро теряет во влажном воздухе. Температура плавления 419,58° С, температура кипения 906,2° С, плотность 7,133 г/см 3 . При комнатной температуре цинк хрупок, при 100–150° С становится пластичным и легко прокатывается в тонкие листы и проволоку, а при 200–250° С вновь становится очень хрупким и его можно быть истолочь в порошок.

При нагревании цинк взаимодействуют с неметаллами (кроме водорода, углерода и азота). Активно реагирует с кислотами:

Zn + H 2 SO 4 (разб.) = ZnSO 4 + H 2

Цинк – единственный элемент группы, который растворяется в водных растворах щелочей с образованием ионов 2– (гидроксоцинкатов):

Zn + 2OH – + 2H 2 O = 2– + H 2

При растворении металлического цинка в растворе аммиака образуется аммиачный комплекс:

Zn + 4NH 3 ·H 2 O = (OH) 2 + 2H 2 O + H 2

Исходное сырье для получения металлического цинка – сульфидные цинковые и полиметаллические руды. Выделение цинка начинается с концентрирования руды методами седиментации или флотации, затем ее обжигают до образования оксидов:

2ZnS + 3O 2 = 2ZnO + SO 2

Образующийся диоксид серы используют в производстве серной кислоты, а оксид цинка перерабатывают электролитическим методом или выплавляют с коксом.

В первом случае цинк выщелачивают из сырого оксида разбавленным раствором серной кислоты. При этом цинковой пылью осаждают кадмий:

Zn + Cd 2+ = Zn 2+ + Cd

Затем раствор сульфата цинка подвергают электролизу. Металл 99,95%-ной чистоты осаждается на алюминиевых катодах.

Восстановление оксида цинка коксом описывается уравнением:

2ZnO + C = 2Zn + CO 2

Для выплавки цинка ранее использовались ряды сильно нагретых горизонтальных реторт периодического действия, затем они были заменены непрерывно действующими вертикальными ретортами (в некоторых случаях, с электрическим подогревом). Эти процессы не были так термически эффективны, как доменный процесс, в котором сжигание топлива для нагрева проводится в той же камере, что и восстановление оксида, однако неизбежная проблема в случае цинка в том, что восстановление оксида цинка углеродом не протекает ниже температуры кипения цинка (этой проблемы нет для железа, меди или свинца), поэтому для конденсации паров нужно последующее охлаждение. Кроме того, в присутствии продуктов сгорания металл повторно окисляется.

Эту проблему можно решить, опрыскивая выходящие из печи пары цинка расплавленным свинцом. Это приводит к быстрому охлаждению и растворению цинка, так что повторное окисление цинка сводится к минимуму. Затем цинк почти 99%-й чистоты выделяют в виде жидкости и дополнительно очищают вакуумной дистилляцией до чистоты 99,99%. Весь присутствующий кадмий в ходе дистилляции восстанавливается. Преимущество доменной печи в том, что состав шихты не имеет принципиального значения, поэтому можно использовать смешанные руды цинка и свинца (ZnS и PbS часто находят вместе) для непрерывного производства обоих металлов. Свинец при этом выпускают со дна печи.

По данным экспертов, в 2004 производство цинка составило 9,9 млн тонн, а его потребление – около 10,2 млн тонн. Таким образом, дефицит цинка на мировом рынке равен 250–300 тыс. тонн.

В 2004 в Китае выпуск рафинированного цинка достиг 2,46 млн т. Примерно по 1 млн. т производят Канада и Австралия. Цена на цинк в конце 2004 составила более 1100 долл. за тонну.

Спрос на металл остается высоким, благодаря бурному росту производства антикоррозионных покрытий. Для получения таких покрытий используют различные способы: погружение в расплавленный цинк (цинкование горячим способом), электролитическое осаждение, опрыскивание жидким металлом, нагревание с порошком цинка и использование красок, содержащих цинковый порошок. Оцинкованная жесть широко применяется как кровельный материал. Металлический цинк в виде брусков используют для защиты от коррозии стальных изделий, соприкасающихся с морской водой. Большое практическое значение имеют сплавы цинка – латуни (медь плюс 20–50% цинка). Для литья под давлением, помимо латуней, используется быстро растущее число специальных сплавов цинка. Еще одна область применения – производство сухих батарей, хотя в последние годы оно существенно сократилось.

Примерно половина всего производимого цинка используется для производства оцинкованной стали, одна треть – в горячем цинковании готовых изделий, остальное – для полосы и проволоки. За последние 20 лет мировой рынок этой продукции вырос более чем в 2 раза, в среднем прибавляя по 3,7 % в год, причем в странах Запада производство металла ежегодно увеличивается на 4,8 %. В настоящее время для цинкования 1 т стального листа нужно в среднем 35 кг цинка.

По предварительным оценкам, в 2005 потребление цинка в России может составить порядка 168,5 тыс. т в год, в том числе 90 тыс. т пойдет на цинкование, 24 тыс. т – на полуфабрикаты (латунный, цинковый прокат и др.), 29 тыс. т – в химическую промышленность (лакокрасочные материалы, резинотехнические изделия), 24,2 тыс. т – на литейные цинковые сплавы.

Соединения цинка.

Цинк образует многочисленные бинарные соединения с неметаллами, некоторые из них обладают полупроводниковыми свойствами.

Соли цинка бесцветны (если не содержат окрашенных анионов), их растворы имеют кислотную среду вследствие гидролиза. При действии растворов щелочей и аммиака (начиная с pH ~ 5) основные соли осаждаются и переходят в гидроксид, который растворяется в избытке осадителя.

Оксид цинка ZnO является самым важным промышленным цинксодержащим соединением. Будучи побочным продуктом производства латуни, он стал известен раньше, чем сам металл. Оксид цинка получают, сжигая на воздухе пары цинка, образующиеся при плавке руды. Более чистый и белый продукт производят сжиганием паров, полученных из предварительно очищенного цинка.

Обычно оксид цинка – это белый тонкий порошок. При нагревании его окраска меняется на желтую в результате удаления кислорода из кристаллической решетки и образованиея нестехиометрической фазы Zn 1+x O (x Ј 7,10–5). Избыточное количество атомов цинка приводит к появлению дефектов решетки, захватывающих электроны, которые впоследствии возбуждаются при поглощении видимого света. Добавляя в оксид цинка 0,02–0,03%-ный избыток металлического цинка, можно получить целый спектр цветов – желтый, зеленый, коричневый, красный, однако красноватые оттенки природной формы оксида цинка – цинкита – появляются по другой причине: за счет присутствия марганца или железа. Оксид цинка ZnO амфотерен; он растворяется в кислотах с образованием солей цинка и в щелочах с образованием гидроксоцинкатов, таких как – и 2– :

ZnO + 2OH – + H 2 O = 2–

Основное промышленное применение оксида цинка – производство резины, в котором он сокращает время вулканизации исходного каучука.

В качестве пигмента при производстве красок оксид цинка имеет преимущества по сравнению с традиционными свинцовыми белилами (основной карбонат свинца), благодаря отсутствию токсичности и потемнения под действием соединений серы, однако уступает оксиду титана по показателю преломления и кроющей способности.

Оксид цинка увеличивает срок жизни стекла и поэтому используется в производстве специальных стекол, эмалей и глазурей. Еще одна важная область применения – в составе нейтрализующих косметических паст и фармацевтических препаратов.

В химической промышленности оксид цинка обычно является исходным веществом для получения других соединений цинка, в которых наиболее важными являются мыла (т.е. соединения жирных кислот, такие как стеарат, пальмитат и другие соли цинка). Их используют в качестве отвердителей красок, стабилизаторов пластмасс и фунгицидов.

Небольшая, но важная область применения оксида цинка – производство цинковых ферритов. Это шпинели типа Zn II x M II 1–x Fe III 2 O 4 , содержащие еще один двухзарядный катион (обычно Mn II или Ni II). При х = 0 они имеют структуру обращенной шпинели. Если х = 1, то структура соответствует нормальной шпинели. Понижение количества ионов Fe III в тетраэдрических позициях приводит к понижению температуры Кюри. Таким образом, изменяя содержание цинка, можно влиять на магнитные свойства ферритов.

Гидроксид цинка Zn(OH) 2 образуется в виде студенистого белого осадок при добавлении щелочи к водным растворам солей цинка. Гидроксид цинка, так же как и оксид, амфотерен:

Zn(OH) 2 + 2OH – = 2–

Применяется для синтеза различных соединений цинка.

Сульфид цинка ZnS выделяется в виде белого осадка при взаимодействии растворимых сульфидов и солей цинка в водном растворе. В кислотной среде осадок сульфида цинка не выпадает в кислотной среде. Сероводородная вода осаждает сульфид цинка лишь в присутствии анионов слабых кислот, например, ацетат-ионов, которые понижают кислотность среды, что приводит к повышению концентрации сульфид-ионов в растворе.

Сфалерит ZnS является наиболее распространенным минералом цинка и главным источником металла, однако известна и вторая природная, хотя и намного более редкая форма вюрцит, более устойчивая при высокой температуре. Названия этих минералов используются для обозначения кристаллических структур, которые являются важными структурными типами, найденными для многих других соединений АВ. В обеих структурах атом цинка тетраэдрически координирован четырьмя атомами серы, а каждый атом серы тетраэдрически координирован четырьмя атомами цинка. Структуры существенно различаются только типом плотнейшей упаковки: в вюрците она кубическая, а в сфалерите – гексагональная.

Чистый сульфид цинка – белый и, подобно оксиду цинка, применяется как пигмент, для этого его часто получают (как литопон) вместе с сульфатом бария при взаимодействии водных растворов сульфата цинка и сульфида бария.

Свежеосажденный сульфид цинка легко растворяется в минеральных кислотах с выделением сероводорода:

ZnS + 2H 3 O + = Zn 2+ + H 2 S + 2H 2 O

Однако прокаливание делает его менее реакционноспособным, и поэтому он является подходящим пигментом в красках для детских игрушек, так как безвреден при проглатывании. Кроме того, у сульфида цинка интересные оптические свойства. Он становится серым при действии ультрафиолетового излучения (возможно, за счет диссоциации). Однако этот процесс можно замедлить, например, добавлением следов солей кобальта. Катодное, рентгеновское и радиоактивное излучение вызывает появление флуоресценции или люминесценции различных цветов, которую можно усилить добавлением следов различных металлов или замещением цинка кадмием, а серы селеном. Это широко используется для производства электроннолучевых трубок и экранов радаров.

Селенид цинка ZnSe может быть осажден из раствора в виде лимонно-желтого, плохо фильтрующегося осадка. Влажный селенид цинка очень чувствителен к действию воздуха. Высушенный или полученный сухим путем устойчив на воздухе.

Монокристаллы селенида цинка выращивают направленной кристаллизацией расплава под давлением или осаждением из газовой фазы. Сульфид цинка используется в качестве лазерного материала и компонента люминофоров (вместе с сульфидом цинка).

Теллурид цинка ZnTe, в зависимости от способа получения, – серый порошок, краснеющий при растирании, или красные кристаллы, используется как материал для фоторезисторов, приемников инфракрасного излучения, дозиметров и счетчиков радиоактивного излучения. Кроме того, он служит люминофором и полупроводниковым материалом, в том числе в лазерах.

Хлорид цинка ZnCl 2 является одним из важных соединений цинка в промышленности. Его получают действием соляной кислоты на вторичное сырье или обожженную руду.

Концентрированные водные растворы хлорида цинка растворяют крахмал, целлюлозу (поэтому их нельзя фильтровать через бумагу) и шелк. Его применяют в производстве текстиля, кроме того, он используется как антисептик для древесины и при изготовлении пергамента.

Поскольку в расплаве хлорид цинка легко растворяет оксиды других металлов, его используют в ряде металлургических флюсов. С помощью раствора хлорида цинка очищают металлы перед пайкой.

Хлорид цинка применяется и в магнезиальном цементе для зубных пломб, как компонент электролитов для гальванических покрытий и в сухих элементах.

Ацетат цинка Zn(CH 3 COO) 2 хорошо растворим в воде (28,5% по массе при 20° С) и многих органических растворителях. Его используют как фиксатор при крашении тканей, консервант древесины, противогрибковое средство в медицине, катализатор в органическом синтезе. Ацетат цинка входит в состав зубных цементов, используется при производстве глазурей и фарфора.

При перегонке ацетата цинка при пониженном давлении образуется основный ацетат , его молекулярная структура включает атом кислорода, окруженный тетраэдром из атомов цинка, связанных по ребрам ацетатными мостиками. Он изоморфен основному ацетату бериллия, но в отличие от него, быстро гидролизуется в воде, это обусловлено способностью катиона цинка иметь координационное число выше четырех.

Цинкорганические соединения . Открытие в 1849 английским химиком-органиком Эдуардом Франклендом (Frankland Edward) (1825–1899) алкилов цинка, хотя и не первых из синтезированных металлоорганических соединений (соль Цейзе была получена в 1827), можно считать началом металлоорганической химии. Исследования Франкленда положили начало применению цинкорганических соединений в качестве промежуточных веществ при органическом синтезе, а измерения плотности паров привело его к предположению (важнейшему в развитии теории валентности), что каждый элемент имеет ограниченную, но определенную силу сродства. Реактивы Гриньяра, открытые в 1900, сильно потеснили алкилы цинка в органическом синтезе, однако многие реакции, в которых они теперь используются, были сначала разработаны для соединений цинка.

Алкилы типа RZnX и ZnR 2 (где Х – галоген, R – алкил) можно получить, нагревая цинк в кипящем RX в инертной атмосфере (диоксид углерода или азот). Ковалентные ZnR 2 представляют собой неполярные жидкости или низкоплавкие твердые вещества. Они всегда мономерны в растворе и характеризуются линейной координацией атома цинка

C–Zn–C. Цинкорганические соединения очень чувствительны к действию воздуха. Соединения с малой молекулярной массой самовоспламеняются, образуя дым из оксида цинка. Их реакции с водой, спиртами, аммиаком и другими веществами протекают подобно реакциям Гриньяра, однако менее энергично. Важным отличием является то, что они не взаимодействуют с диоксидом углерода.

Биологическая роль цинка.

Цинк – одно из наиболее важных биологически активных элементов и необходим для всех форм жизни.

Тело взрослого человека содержит около 2 г цинка. Хотя цинксодержащие ферменты присутствуют в большинстве клеток, его концентрация очень мала и поэтому довольно поздно стало понятно, насколько важен этот элемент. Необходимость и незаменимость цинка для человека была установлена 100 лет тому назад.

Роль цинка в жизнедеятельности организма обусловлена, в основном, тем, что он входит в состав более 40 важных ферментов. Они катализируют гидролиз пептидов, белков, некоторых эфиров и альдегидов. Наибольшее внимание привлекают два цинксодержащих фермента: карбоксипептидаза А и карбоангидраза.

Карбоксипептидаза А катализирует гидролиз концевой пептидной связи в белках в процессе пищеварения. Она имеет относительную молекулярную массу около 34000 и содержит атом цинка, тетраэдрически координированный с двумя гистидиновыми атомами азота, карбоксильным атомом кислорода глутаматного остатка (см . БЕЛКИ) и молекулой воды. Точный механизм ее действия до конца не ясен, несмотря на интенсивное изучение модельных систем, однако принято считать, что первой стадией является координация концевого пептида к атому цинка.

Карбоангидраза была первым из открытых цинксодержащих ферментов (1940), она катализирует обратимую реакцию превращения диоксида углерода в угольную кислоту. В эритроцитах млекопитающих прямая реакция (гидратация) протекает при поглощении диоксида углерода кровью в тканях, а обратная реакция (дегидратация) идет, когда диоксид углерода затем высвобождается в легких. Фермент увеличивает скорости этих реакций примерно в миллион раз.

Относительная молекулярная масса фермента составляет около 30 000. Почти сферическая молекула содержит один атом цинка, расположенный в глубоком «кармане» белка, где есть и несколько молекул воды, расположенных в таком же порядке, как во льде. Атом цинка координирован тетраэдрически с тремя имидазольными атомами азота и молекулой воды. Точные детали действия фермента не установлены, однако кажется вероятным, что координированная молекула Н 2 О ионизируется с образованием Zn–OH – , а нуклеофил ОН – затем реагирует с атомом углерода в СО 2 (который может удерживаться в правильном положении водородными связями двух его атомов кислорода) с образованием НСО 3 – .

В отсутствие фермента данная реакция требует высокого рН. Роль фермента заключается в создании подходящего окружения внутри белкового «кармана», которое способствует диссоциации координированной молекулы воды при рН 7.

Позднее была установлена функция цинка в белках, отвечающих за распознавание последовательности оснований в ДНК и, следовательно, регулирующих перенос генетической информации в ходе репликации ДНК. Эти белки с так называемыми «цинковыми пальцами» содержат 9 или 10 ионов Zn 2+ , каждый из которых, координируясь с 4 аминокислотами, стабилизирует выступающую складку («палец») белка. Белок обертывается вокруг двойной спирали ДНК, при этом каждый из «пальцев» связывается с ДНК. Их расположение совпадает с последовательностью оснований в ДНК, что обеспечивает точное распознавание.

Цинк участвует в углеводном обмене с помощью цинксодержащего гормона – инсулина. Только в присутствии цинка действует витамин А. Этот элемент необходим для формирования костей. Кроме того, он проявляет антивирусное и антитоксическое действие.

Цинк влияет на вкус и обоняние. Из-за нехватки цинка, необходимого для полноценного развития плода, многие женщины в первые 3 месяца беременности жалуются на капризы вкуса и обоняния.

Считается, что существует определенная связь между умственными и физическими способностями человека и содержанием цинка в его организме. Так, у хорошо успевающих студентов в волосах содержится больше цинка, чем у студентов отстающих. У больных ревматизмом и артритом наблюдается понижение уровня цинка в крови.

Дефицит цинка может быть вызван нарушением деятельности щитовидной железы, болезнями печени, плохим усвоением, недостатком цинка в воде и пище, а также слишком большим количеством фитина в продуктах питания (фитин связывает цинк, затрудняя его усвоение). Алкоголь также понижает уровень цинка в организме, особенно в мышцах и плазме крови.

Цинк необходим организму в количестве 10–20 мг в день, однако лекарствами восполнить недостаток цинка очень трудно. В естественных сочетаниях цинк содержится только в пище, что и определяет его усвояемость. Наиболее богаты цинком мясо, печень, молоко, яйца.

В организме существует конкуренция между цинком и медью, а также железом. Поэтому, употребляя богатую цинком пищу, следует дополнить диету пищей, богатой медью и железом. Нельзя применять цинк вместе с селеном, так как два этих элемента взаимодействуют друг с другом и выводятся из организма.

Елена Савинкина

Цинк - хрупкий металл белого цвета с голубым оттенком. На воздухе покрывается тонкой оксидной плёнкой. Латунь (медно-цинковый сплав) использовали ещё до нашей эры в Древней Греции и Древнем Египте. На сегодняшний день цинк - один из самых важных для многих отраслей человеческой деятельности. Он незаменим в промышленности, медицине. Важен для нормального функционирования человеческого организма

Химические и физические свойства и история металла

Несмотря на использование с давних времён в различных целях, чистый цинк получить никак не удавалось. Только в начале восемнадцатого века Уильям Чемпион сумел открыть способ выделения этот элемент из руды с помощью дистилляции. В 1838 году он запатентовал своё открытие, а спустя 5 лет, в 1843 году, Уильямом Чемпионом был запущен первый в истории завод по выплавке этого металла. Спустя некоторое время Андреас Сигизмунд Маргграф открыл ещё один метод. Этот способ был признан более совершенным. Поэтому именно Маргграфа зачастую считают открывателем чистого цинка. Последующие открытия только поспособствовали расширению его популярности.

Месторождения и получение

Самородного цинка в природе не существует. Сегодня используется около 70 минералов, из которых его выплавляют. Самый известный - сфалерит (цинковая обманка), который содержится в незначительных количествах в организме человека и животных, а также в некоторых растениях. Больше всего - в фиалке.

Цинковые минералы добывают в Казахстане, Боливии, Австралии, Иране, России. Лидеры по производству - Китай, Австралия, Перу, США, Канада, Мексика, Ирландия, Индия.

На сегодняшний день самый популярный метод получения чистого металла - электролитический. Чистота получаемого металла почти стопроцентная (возможны лишь небольшие примеси в объёме не более нескольких сотых процента. В целом они незначительны, поэтому такой цинк считается чистым).

Общее производство цинка во всём мире оценивается примерно в более чем десять миллионов тонн в год.

Свойства металла и использование в производстве

Цвет чистого металла - серебристо-белый. Довольно хрупок при температуре двадцать-двадцать пять градусов (т.е. комнатной), особенно если содержит примеси. При нагревании до 100 - 150 градусов по Цельсию металл становится пластичным и ковким. При разогревании выше чем сто-сто пятьдесят градусов хрупкость опять возвращается.

• Температура плавления цинка - 907 градусов по Цельсию.
• Относительная атомная масса цинка - 65,38 а. е. м. ± 0,002 а. е. м.
• Плотность цинка - 7,14 г/см 3 .

Металл цинк занимает четвертое место по использованию в различных сферах производства:

Содержание в организме человека и продуктах питания

Организм человека обычно содержит около двух граммов цинка. Многие ферменты содержат в себе этот металл. Элемент играет роль в синтезе важных гормонов, таких как тестостерон и инсулин. Элемент крайне необходим для полноценного функционирования мужских половых органов. Кстати, он даже помогает нам справиться с сильным похмельем. С его помощью выводится из нашего организма лишний алкоголь.

Недостаток цинка в рационе может привести к множеству нарушений функций организма. Такие люди подвержены депрессии, постоянной усталости, нервозности. Дневная норма для взрослого мужчины - 11 миллиграммов в день, для женщины - 8 миллиграмм.

Избыток элемента в человеческом организме также приводит к серьёзным проблемам, поэтому не стоит хранить продукты в цинковой посуде.