Cinkas

Savybės

Fizikinės savybės

Cinkas yra blizgus melsvai pilkas metalas. Ką tik nupjautas cinkas yra balkšvai pilkos spalvos. Veikiamas oro, jis neilgai išlieka blizgus. Jo lydymosi temperatūra yra (419,58 °C (787,24 °F)), virimo temperatūra (907,0 °C (1664,6 °F)), šaldymo temperatūra yra -419,58 °C (-723,24 °F), o užšalimo temperatūra -907,0 °C (1600,6 °F). Ši temperatūra yra žemesnė nei daugumos pereinamųjų metalų, bet aukštesnė nei alavo ar švino. Jį galima išlydyti ant viryklės. Jis verda žemoje metalui būdingoje temperatūroje. Jis nėra magnetinis. Šiek tiek įkaitintas jis tampa labai lankstus. Jei kaitinamas daugiau, tampa labai trapus. Jis lengvai sudaro lydinius su kitais metalais.

Cheminės savybės

Cinkas yra reaktyvus metalas. Jis yra toks pat reaktyvus kaip aliuminis ir reaktyvesnis už daugumą paplitusių metalų, tokių kaip geležis, varis, nikelis ir chromas. Jis mažiau reaktyvus nei magnis. Cinkas gali reaguoti su rūgštimis, šarmais ir nemetalais. Tačiau jis nerūdija ore. Cinko paviršiuje ore susidaro cinko oksido ir cinko karbonato danga. Ši danga stabdo koroziją. Rūgštys gali ištirpdyti šią dangą ir reaguoti su cinko metalu. Reaguojant cinkui su rūgštimi, susidaro cinko(II) druska, pavyzdžiui, cinko chloridas ir vandenilio dujos. Tai labai paplitusi cheminė reakcija. Toliau parodyta reakcija su druskos rūgštimi.

Zn + 2HCl → ZnCl ₂+ H₂

Cinkas gali sudegti, kai yra sumaltas į miltelius arba mažus gabalėlius, iš kurių susidaro balti milteliai - cinko oksidas. Liepsna yra ryškiai mėlynai žalia.

2 Zn + O₂ → 2 ZnO

Cinko oksidas gali ištirpti stipriose bazėse. Tokia reakcija vyksta kai kuriuose cinko turinčiuose akumuliatoriuose.

ZnO + ₂HO + 2 OH^- → Zn(OH)₄^2-.

Cinkas yra chalkofilas. Tai reiškia, kad jis mieliau reaguoja su siera ir žemiau esančiais periodinės elementų lentelės elementais nei su deguonimi. Todėl cinko sulfidas yra labiausiai paplitusi cinko rūda, o ne cinko oksidas.

Cheminiai junginiai

Cinkas gali sudaryti cheminius junginius su kitais elementais. Šie cheminiai junginiai yra tik vienos oksidacijos būsenos: +2. Buvo rastas +1 junginys, tačiau jį sunku pagaminti. Kitų oksidacijos būsenų, išskyrus +1 arba +2, nėra. Dauguma šių junginių neturi spalvos. Jei jie turi spalvą, tai spalvą suteikia ne cinkas.

Cinko chloridas yra vienas iš labiausiai paplitusių cinko junginių. Jie yra gana nereaktyvūs. Ištirpę vandenyje jie yra šiek tiek rūgštūs. Kaitinami ugnyje jie sukuria žalią liepsną.

Kiti cinko junginiai:

• Cinko antimonidas, pilkasis puslaidininkis
• Cinko arsenidas, oranžinis puslaidininkis
• Cinko bromidas, apsauga nuo radiacijos
• Cinko karbonatas, cinko rūda
• Cinko fluoridas
• Cinko hidroksidas, naudojamas chirurginiuose tvarsčiuose
• Cinko jodidas, naudojamas rentgeno nuotraukoms daryti
• Cinko nitratas, naudojamas kaip kandiklis
• Cinko oksidas, naudojamas apsauginiuose kremuose nuo saulės
• Cinko fosfatas, naudojamas odontologijoje
• Cinko sulfatas, naudojamas pigmentuose
• Cinko sulfidas, įprasta cinko rūda

Cinko deginimas

Kur randama cinko

Gamtoje randami penki cinko izotopai. ⁶⁴Zn yra labiausiai paplitęs izotopas - 48,63 % gamtoje aptinkamo cinko. Šio izotopo pusėjimo trukmė yra 4,3x10¹⁸ metų. Tai toks ilgas laiko tarpas, kad į jo radioaktyvumą galima nekreipti dėmesio. Panašiai ir ⁷⁰
Zn (0,6 %), kurio pusėjimo trukmė yra 1,3x10¹⁶ metų, paprastai nelaikomas radioaktyviu. Kiti gamtoje aptinkami izotopai yra ⁶⁶
Zn (28 %), ⁶⁷
Zn (4 %) ir⁶⁸
 Zn (19 %).

Cinko kaip metalo Žemės plutoje nerasta. Cinkas randamas tik cinko junginių pavidalu. Sfaleritas, mineralas, sudarytas iš cinko sulfido, yra pagrindinė cinko rūda. Vandenyne cinko yra labai mažai. Cinko rūdos paprastai randamos kartu su vario ir švino rūdomis.

Yra ir kitų cinko rūdų, pavyzdžiui, smithsonitas (cinko karbonatas) ir cinko silikato mineralas. Jie yra mažiau paplitę.

Sfaleritas, įprasta cinko rūda

Paruošimas

Cinko sulfidas koncentruojamas flotacijos būdu. Cinko sulfidą surenka ploviklis. Priemaišos nusileidžia į dugną ir yra pašalinamos. Tada cinko sulfidas kaitinamas ore, kad susidarytų cinko oksidas ir sieros dioksidas.

2 ZnS + 3 O₂ → 2 ZnO + 2 SO₂

Sieros dioksidas oksiduojamas iki sieros trioksido.

2 SO ₂+ O₂ → 2 SO₃

Sieros trioksidas reaguoja su cinko oksidu ir susidaro cinko sulfatas. Taip gaunama tirpi cinko forma, kurią galima geriau apdoroti.

SO₃ + ZnO → ZnSO₄

Cinko sulfatas išgryninamas ir elektrolizuojamas. Elektrolizės metu susidaro deguonis, cinkas ir sieros rūgštis. Taip gaunamas grynas cinkas, kuris vadinamas "SHG" arba specialus aukštos kokybės cinkas.

2 ZnSO₄ + 2 ₂HO → 2 Zn + 2 ₂HSO₄ + O₂

Sieros rūgštis pakartotinai naudojama vietoj sieros trioksido didesniam cinko oksido kiekiui išplauti.

Cinko oksidą taip pat galima redukuoti anglimi iki cinko metalo ir anglies dioksido aukštoje temperatūroje. Tai yra aukštakrosnių procesas, panašus į geležies gamybos procesą.

2 ZnO + C → 2 Zn + CO₂

Ši cinko forma yra pigesnė, tačiau nėra gryna.

Cinkas yra ketvirtas labiausiai paplitęs metalas pasaulyje. Kasmet jo pagaminama apie 10 mln. tonų.

Naudoja

Kaip metalas

Cinkas naudojamas elektros baterijose. Daugiausia cinko naudojama šarminiuose ir Leclanche'o elementuose. Jis oksiduojasi ir aprūpina bateriją elektronais.

Apie 59 % cinko naudojama apsaugai nuo korozijos, įskaitant cinkavimą. 47 % pasaulio cinko naudojama cinkavimui. Jis naudojamas kitam metalui, dažniausiai geležiai, apsaugoti nuo rūdijimo. Cinko danga koroduoja vietoj geležies. Cinko danga metalą galima padengti dviem būdais. Metalą galima panardinti į išlydyto cinko puodą. Cinkas taip pat gali būti galvanizuojamas ant metalo. Nardinant cinkas išlieka ilgiau, tačiau jo paviršius būna netolygus ir, kai kurių nuomone, negražiai atrodo. Jis taip pat naudojamas motorinėse valtyse ir vamzdynuose rūdijimui sulėtinti. Motorinės valties variklis dažnai turi cinko "kulką", kuri lengvai koroduoja, bet padeda kitoms metalinėms variklio dalims nerūdyti.

Cinkas naudojamas lydiniuose. Žalvaris yra vario ir cinko lydinys. Žalvaris yra labiausiai paplitęs cinko lydinys. Cinkas gali sudaryti lydinius su daugeliu kitų metalų. Cinko aliuminis yra cinko ir aliuminio lydinys, iš kurio gaminami geri guoliai. Komercinės bronzos sudėtyje yra cinko. Kartais kadmio telūridas reaguoja su cinku, kad susidarytų kadmio ir cinko telūridas - puslaidininkis. Kitas cinko lydinys yra nikelio sidabras.

Cinkas gali būti naudojamas vargonų vamzdžiuose. Anksčiau buvo naudojamas alavo ir švino lydinys. Cinkas naudojamas JAV centuose, kuriuose yra tik plonas vario sluoksnis. Šerdis yra cinko. Senesni centai buvo gaminami tik iš bronzos.

Cinko ir sieros miltelių mišinys gali būti naudojamas raketos modeliui paleisti. Šios reakcijos metu susidaro cinko sulfidas, šiluma, šviesa ir dujos. Iš cinko lakštų gaminami cinko strypai.

Kaip cinko junginiai

Maždaug 1/4 cinko sunaudojama cinko junginiams gaminti. Cinko oksidas gali būti naudojamas kaip apsauginis kremas nuo saulės arba dažų pigmentas. Cinko oksidas taip pat yra puslaidininkis. Cinko chloridas naudojamas medienai apsaugoti, kad ji nepradėtų pūti. Kai kurių fungicidų sudėtyje yra cinko. Cinko sulfatas naudojamas dažikliuose ir pigmentuose. Cinko sulfidas naudojamas fluorescencinėse lemputėse, kad ultravioletinę šviesą paverstų matoma šviesa.

Biologijoje

Žmonėms reikia šiek tiek cinko, kad jų organizmas gerai veiktų. Jei su maistu jie negauna pakankamai cinko, gali atsirasti mineralo trūkumas. Beveik dviem milijardams žmonių trūksta cinko. Dėl cinko trūkumo žmogus lengviau suserga infekcijomis. Kai kurie žmonės sako, kad peršalę turėtume vartoti daugiau cinko. Kiti sako, kad cinkas nieko nekeičia. Yra vaistų, kuriuos galima vartoti peršalus. Žmonės į vitaminų tabletes ir dribsnius deda nedidelius kiekius cinko junginių, kad įsitikintų, jog gauna pakankamai cinko. Daugumos vienkartinių tablečių vitaminų sudėtyje yra cinko. Cinko yra mažiausiai 100 fermentų sudėtyje. Tai antras pagal paplitimą pereinamasis metalas po geležies. Cinkas taip pat naudojamas smegenyse. Žmogaus organizme yra 2-4 g cinko. Cinko fermentas padeda pašalinti anglies dioksidą iš kraujo. Kviečiuose yra daug cinko.

Karštai cinkuotas elementas


Įprastos šarminės baterijos. Šių baterijų viduryje yra melsvai pilkos spalvos cinko miltelių.

Sauga

Dideli metalinio cinko kiekiai yra toksiški. Jis gali ištirpti skrandžio rūgštyje. Suvalgius per daug cinko, organizme sumažėja vario ir geležies kiekis. Cinko junginiai skrandyje gali būti ėsdinantys. Į nosį patekę cinko junginiai gali sugadinti uoslę.

Cinko jonai labai nuodingi žuvims ir daugeliui vandenyje gyvenančių organizmų.