Cinkas
Turinys
Turinys 1
Cinko istorija 2
Cinkas, Zn 3
Cinko gavimas 3
Cinkavimas 5
Cinko oksidas 6
Cinko lydiniai 6
Cinko organiniai junginiai 6
Cinko preparatai 7
Cinko sulfatas 7
Cinkografija 7
Diagramos 8Cinko istorija
Cinko atradėjas nežinomas. Apie cinko Junginių vartojimą akių vokų uždegimui ir žaizdoms gydyti skaitome romėnų rašytojo Plinijaus Vyresniojo raštuose. XIII amžiuje gyvenęs Markas Polas aprašė cinko gavimą Persijoje. Senovėje, nors ir nebuvo žinomas metalinis cinkas, bet jo mineralai buvo vartojami skaistvariui gauti. Galimas daiktas, kad cinką pirmieji pasigamino indai, o persai ir kinai šito išmoko iš jų. Vienoje kinų knygoje, atspausdintoje 1637 metais, aprašomas cinkas ir jo gavimo būdas. Į EEuropą cinką atveždavo portugalų pirkliai. Apie jo gavimą iš mineralų pirmasis rašė Agrikola (XVII a.). Cinkas Europoje buvo retenybė net iki XVIII amžiaus vidurio. 1746 m. cinko gavimo technologiją atrado A. Margrafas (Vokietija). Didesni cinko kiekiai Silezijoje pradėta gauti 1798 matais. Dabar metinė cinko gamyba pasaulyje sudaro daugiau kaip milijoną tonų. Lotyniškas pavadinimas zincum kilęs iš žodžio zinco , kuris reiškia baltą apnašą, dėmę. Tai neretas elementas, nes Žemės plutoje jo yra apie 0,02%.
Gamtoje cinkas esti tik mineralų pavidalu. Svarbiausi mmineralai yra sfaleritas, galmėjus ir vilemitas. Gamtoje cinkas dažnai esti vadinamosiose polimetalinėse rūdose, į kurių sudėtį įeina keletas metalų. Tokių rūdų daug yra Šiaurės Kaukaze, Altajuje ir kitur. Paprastai jos pirma suskirstomos į sudedamąsias dalis, ir tik po to gaunami iiš jų atskiri metalai.
Cinkas biologiškai įdomus elementas, nors jo vaidmuo gyvoje gamtoje vis dar tebėra galutinai neišaiškinta. Kai kurių bestuburių gyvenime jis atlieka tokį patį vaidmenį kvėpavime, kaip mums geležis. Besivystant gyvybei, vieni organizmai nukrypo į geležį, kiti į cinką, dar kiti į varį. Augmenijoje mažai randama cinko, nors yra išimčių, pavyzdžiui, pomidorų sėklose jo randamas žymus kiekis. Nedideli cinko kiekiai dirvožemyje skatina įvairių pelėsių ir grybelių augimą. Kai kurių moliuskų pelenuose esti net iki 12% cinko. Gyvačių nuoduose taip pat gausu cinko. Žmogaus organizme jo randama apie 0,001%, bet dantyse – apie 0,02%.Cinkas, Zn
Cinkas yra periodinės elementų sistemos IIB grupės cheminis elementas. Jo atominis skaičius 30, atominė masė 65,38. Oksidacijos laipsnis junginiuose +2. Cinką sudaro 5 stabilūs izotopai : 664Zn (48,9%), 66Zn, 67Zn, 68Zn, 70Zn. Žemės plutoje yra 8,3·10ˉ ³% (pagal masę). Dažniausiai būna sulfidinių (sfaleritas ZnS), karbonatinių, silikatinių mineralų pavidalu. Cinkas- melsvai baltas, blizgantis metalas. Lydymosi temperatūra 419,5ºC, virimo 907ºC, tankis 7140 kg /m³. Kietumas pagal Brinelį (HB) 400-500 MPa. Grynas kalus, >200ºC temperatūroje trapus.Drėgname ore oksiduojasi, pakaitintas dega. Tirpsta praskiestoje rūgštyje:
Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2O
Ir šarmuose:
Zn + 2KOH + 2H2O → K2[Zn∙(OH)4] + H2
Aukštoje temperatūroje ir drėgnoje terpėje jungiasi su halogenais. Kaitinant cinko miltelius amoniake, ssusidaro nitridas Zn3N2, acetilene- karbidas ZnC2. Svarbiausia cinko druskos- cinko chloridas, cinko nitratas, cinko sulfatas.
Cinkas gaunamas pirometalurginiu būdu, redukuojant aukštoje temperatūroje koksu jo oksidą: ZnO + C → Zn + CO, arba hidrometalurginiu būdu – elektrolizuojant cinko sulfatą. Gryninamas frakcine distiliacija. Elektrocheminiu arba terminiu būdu gaunamos dangos, kurios plieninius dirbinius saugo nuo korozijos. Cinko milteliai vartojami kaip reduktorius auksui ar sidabrui gauti, org. sintezėje. Iš cinko gaminami antifrikciniai, poligrafiniai cinko lydiniai. Cinko oksidas naudojamas kaip balti dažai, užpildas gumos pramonėje, kosmetikoje, medicinoje. Cinko chloridu impregnuojama mediena, valomi lituojami metalai. Cinko sulfidas – litopono (pigmento ZnS · BaSO4) sudėtinė dalis ir liuminoforas. Augalams cinkas būtinas kaip miner. mitybos mikroelementas: aktyvina fermentus, svarbus kvėpavimui, azoto, angliavandenių apykaitai. Kai dirvoje yra <0,2 mg/kg dirvos cinko, augalai suserga chloroze, menkai šakojasi, jų lapai būna smulkūs, išsidėstę skrotele. Ypač jautrūs cinko trūkumai yra vaismedžiai, ankštiniai augalai, daržovės. Gyvūnuose (daugiausiai jo yra kepenyse, kasoje, kraujyje, lytinėse liaukose) katalizuoja daugelį reakcijų, yra svarbus hormonų sintezei.Cinko gavimas
Sodrinimas (koncentravimas). Metalų mineralai paprastai vadinami rūdomis. Kalnakasių iškasamoje uolienoje naudingoji rūda dažnai sudaro tik kelis procentus (kai kada tik procento dalis). Pirmasis bet kokio metalurginio proceso etapas – atskirti rūdą nuo tuščios uolienos. Vienas iš atskyrimo metodų, vadinamas flotacija:
Susmulkinta uuoliena suberiama į didelį indą su vandeniu ir reikiamais priedais. Indo turinys maišomas, kartu leidžiant oro srautą. Prie rūdos dalelių prilimpa oro burbuliukai, iškeliantys jas į viršų, į putų sluoksnį. Tuščioji uoliena nusėda indo dugne.
Degimas. Rūdoje esantys metalo junginiai paverčiami į oksidus kaitinant rūdą aukštoje temperatūroje. Metalo oksidas vėliau redukuojamas iki laisvo metalo. Pavyzdžiui svarbiausiosios cinko rūdos yra sfaleritas (cinko sulfidas ) ir smitsonitas (cinko karbonatas). Stipriai kaitinamas sulfidas sudaro SO2(d), o karbonatas sudaro CO2(d). Šiuolaikinėse metalurgijos įmonėse SO2(d) yra surenkamos ir perdirbamos į sieros rūgštį.
2 ZnS(k) + 3 O2(d) 2 ZnO(k) + 2 SO2(d)
ZnCO3(k) ZnO(k) + CO2(d)
Redukcija. Daugelio metalų oksidai redukuojami koksu arba susmulkinta akmens anglimi. Koksas ir akmens anglis yra pigūs ir patogūs reduktoriai. Redukcijos procese dalyvauja ne tik anglis C, bet ir reaguojant susidarančios CO dujos. ZnO redukuojamas 1100 °C temperatūroje, t.y. aukštesnėje, nei cinko virimo temperatūroje. Todėl susidaro cinko garai, kuriuos kondensuojant gaunamas skystas cinkas.
ZnO(k) + C(k) Zn(d) + CO(d)
ZnO(k) + CO(d) Zn(d) + CO2(d)
C(k) + CO2(d) 2 CO(d)
Gryninimas (rafinavimas). Redukavimo būdu pagamintas metalas dažniausiai būna nepakankamai grynas. Metalų gryninimo metodai priklauso nuo priemaišų prigimties. Cinkas dažniausiai būna užterštas kadmio ir švino priemaišomis, kurias galima pašalinti distiliuojant skystą cinką. <
Didžioji dauguma pasaulyje pagaminamo cinko yra gryninama elektrocheminiais metodais. Tokiu atveju redukavimo ir gryninimo procedūros apjungiamos į vieną technologinį procesą. Po degimo susidaręs ZnO ištirpinamas praskiestoje sieros rūgštyje.
ZnO(k) + 2 H+(aq) + SO42-(aq) Zn2+(aq) + SO42-(aq) + H2O
Į tirpalą pridėjus Zn miltelių pašalinami mažiau aktyvūs metalai, pavyzdžiui Cd. Likęs tirpalas elektrolizuojamas. Elektrolizės reakcijos
Katodinė: Zn2+(aq) + 2 e- Zn(k )
Anodinė: H2O 1/2 O2(d) + 2 H+(aq) + 2 e-
Nesikeičia: SO42- SO42-
Suma: Zn2+(aq) + SO42-(aq) + H2O Zn(k) + 2 H+(aq) + SO42-(aq) + 1/2 O2(d)
Atkreipkite dėmesį, kad tokiu būdu gaunamas grynas cinkas, o sieros rūgštis vėl regeneruojasi ir ją galima pakartotinai naudoti ZnO tirpinimo reakcijai.Cinkavimas
Cinkavimas – dirbinių paviršiaus dengimas cinku. Tikslas – apsaugoti dirbinius nuo korozijos. Cinko dangos gaunamos taip: dirbinys (viela, lakštas, vamzdis) įmerkiamas į išlydytą cinką, cinkas elektrochemiškai nusodinamas iš rūgščių (sulfatinių, fluorboratinių) ir šarminių (cianidinių, cinkatinių, etanolio amininių) elektrolitų (elektrocheminis cinkas) arba cinkuojama užpurškiant cinką ant dirbinio paviršiaus, arba užgarinant jį vakuume. Kad cinko dangų atsparumas korozijai būtų didesnis, jos papildomai dengiamos chromatine arba fosfatine plėvele.Cinko oksidas
Cinko oksidas dar vadinamas cinko baltuoju (ZnS). Tai balti smulkiadispersiniai milteliai. Tankis 5500kg/m³. Lydosi 1800ºC temperatūroje. Gerai tirpsta rūgštyse ir šarmuose, netirpsta vandenyje. Gamtoje randamas mineralo cinkito pavidalu. Gaunamas, garinant metalinį cinką ir jo
garus oksiduojant oru (mufelinis cinkas) arba kaitinant cinko rūdų koncentratą su anglimi ir oro (viterilinis cinkas). Cinkas vartojamas kaip pigmentas dažų ir emalių gamyboje, kaip aktyvatorius kaučiuko vulkanizavime, plastikų gamyboje, medicinoje.Cinko lydiniai
Dažniausiai naudojami cinko lydiniai su aliuminiu, variu, magniu ir kadmiu. Cinko lydiniai palyginti stiprūs (stiprumo riba tempiant 200-500 Pa), kieti (kietumas pagal Brinelį HB 80-120), tačiau mažiau atsparūs korozijai, negu grynas cinkas, be to, toksiški. Geriausių mechaninių savybių yra trikomponenčiai cinko lydiniai (Zn-Al-Cu). Cinko lydiniai sunkiai deformuojami (tik pakaitinant iiki 200-300ºC). Iš cinko lydinių liejami slegiant automobilių karbiuratorių ir benzino siurblių korpusai, spidometrai, skalbiamųjų mašinų, dulkių siurblių dalys ir kitos tikslios, smulkios, sudėtingos formos detalės. Cinko lydinių su 40% kadmio lituojamos aliuminio ir magnio lydinių detalės. Iš cinko lydinių sudaromi antifrikciniai (cinko-aliuminio-vario-magnio) lydiniai; jie yra alavinių bronzų ir mažaalavinių babitų pakaitalas; tinka nedidelių greičių, lengvai apkrautiems ir gerai tepamiems guoliams. Iš cinko lydinių pradėta lieti ir spaustuviniai šriftai.Cinko organiniai junginiai
Cinko organiniai junginiai, junginiai, kuriuose cinko atomas tiesiog susijungęs su aanglies atomu. Yra dvejopos struktūros: R2Zn ir RZnX (čia R – atkilas ar arilas, o X – anijonas, paprastai halogenas). Cinko organiniai junginiai jautrūs drėgmei ir oro deguoniui (užsidega), reaguoja su junginiais, turinčių lakų vandenilį, pvz. Grinjaro reagentais, gaunami iš mmetalinio cinko ir alkilų halogenidų. Cinko organiniai junginiai vartojami kaip polimerizacijos katalizatoriai. Paprasčiausias iš alifatinių cinko organinių junginių – dietilcinkas (C2H2)Zn. Tai yra skystis, kuris lydosi -33,8ºC temperatūroje, užverda 116,8ºC. Paprasčiausias iš arom. cinko organinių junginių- difenilcinkas (C6H5)2Zn. Tai kristalinė medžiaga; lydymosi temperatūra 107ºC, tirpsta org. tirpikliuose.Cinko preparatai
Cinko preparatai- tai medicinoje naudojami neorganiniai cinko junginiai. Cinko sulfato vandeniniai tirpalai (0,1 – 0,5%) slopina uždegimą, veikia antiseptiškai. Jų lašais į akis gydomas lėtinis konjunktyvitas. Cinko chlorido tirpalai vartojami stomatologijoje gleiviniai prideginti. Vandenyje netirpstantis cinko oksidas pabarstų, tepalų ir pastų pavidalu vartojamas gydant odos ligas kaip sausinanti, sutraukianti ir antiseptinė priemonė.Cinko sulfatas
Cinko sulfatas (ZnSO4) yra druska.balti milteliai arba bespalviai rombiniai kristalai. Lydymosi temperatūra 740ºC, tankis 3600 kg/m³. Tirpsta vandenyje (36,7 g cinko ssulfato 100 g 25ºC vandens). Iš vandeninių tirpalų kristalizuojasi cinko sulfato hidratas. Gaunamas tirpinant cinką sieros rūgštyje arba atsargiai kaitinant drėgname ore cinko sulfidą:
ZnS + 2O2 → ZnSO4
Cinko sulfatas susidaro kaip pašalinis produktas, gaminant cinką hidrometalurginiu būdu. Vartojamas plieno dirbiniams cinkuoti terminiu ir elektrocheminiu būdu, medžiui impregnuoti viskozės gamyboje, tekstilės pramonėje dažymui, medicinoje- vėmimui sukelti bei dezinfekavimui.Cinkografija
Cinkografija- tai iškiliosios spaudos formų (klišių) gamybos būdas. Cinkografija atsirado apie 1850 m. Prancūzijoje. Klišės gaminamos ir klišografais Spausdinamasis originalas fotografijos būdu kopijuojamas ant ffotografine emulsija padengtos cinko (rečiau vario ar kito metalo) plokštelės (toniniai ir pusiau toniniai originalai suskaidomi rastru). Atvaizdo štrichai ir plokštumos padengiamos rūgštims atsparios medžiagos sluoksniu; ėsdinant azoto ir druskos rūgšties mišiniu, jie lieka iškilūs (sudaro spausdinamuosius klišės elementus), o likusios (neapsaugotos) plokštelės vietos išėsdinamos (sudaro nespausdinančias klišės vietas).
.
