Цинк и его сплавы

Эффект от применения цинксодержащих удобрений

Эффективность цинковых удобрений определяется количеством подвижного цинка в почве. Установлено, что при содержании подвижного цинка менее 1 мг/кг урожайность кукурузы при некорневой подкормке и обработке семян цинком повысилась с 4,7 до 5,3 т/га. Однако при содержании этого же элемента свыше 3 мг/кг прибавки урожайности не было. Обеспеченность почвы подвижным цинком – это показатель ее окультуренности.

На кислых почвах внесение цинковых удобрений эффекта не дает. Наилучшие результаты установлены на слабокислых и нейтральных почвах. Максимальный эффект наблюдается на почвах с pH5,6–7.

Наибольшую эффективность цинковые удобрения показывают на дерново-карбонатных, перегнойно-карбонатных, каштановых почвах Закавказья. Кроме того, целесообразно внесение этих удобрений на бурых, сероземных, сероземно-луговых черноземах и почвах.

Кислые дерново-подзолистые и торфяно-глеевые почвы содержат, как правило, достаточно цинка и во внесении цинковых подкормок не нуждаются.

При указанных почвенных условиях подкормки цинковыми удобрениями влияют на растения следующим образом:

Виноград

Положительно влияет цинк на урожайность целого ряда овощных культур: томатов, огурцов, капусты и прочих. Однако надо отметить, что немаловажным фактором, определяющим эффективность применения цинковых удобрений, является степень обеспеченности растений другими элементами питания.

Установлено, что повышенный уровень азота и фосфора приводит к цинковой недостаточности у растений.

Общие сведения:

100	Общие сведения
101	Название	Цинк
102	Прежнее название
103	Латинское название	Zincum
104	Английское название	Zinc
105	Символ	Zn
106	Атомный номер (номер в таблице)	30
107	Тип	Металл
108	Группа	Амфотерный, переходный, цветной металл
109	Открыт	Известен с глубокой древности
110	Год открытия	до 1000 года до н.э.
111	Внешний вид и пр.	Хрупкий металл голубовато-белого цвета
112	Происхождение	Природный материал
113	Модификации
114	Аллотропные модификации
115	Температура и иные условия перехода аллотропных модификаций друг в друга
116	Конденсат Бозе-Эйнштейна
117	Двумерные материалы
118	Содержание в атмосфере и воздухе (по массе)	0 %
119	Содержание в земной коре (по массе)	0,0078 %
120	Содержание в морях и океанах (по массе)	5,0·10-7 %
121	Содержание во Вселенной и космосе (по массе)	0,00003 %
122	Содержание в Солнце (по массе)	0,0002 %
123	Содержание в метеоритах (по массе)	0,018 %
124	Содержание в организме человека (по массе)	0,0033 %

Современная домашняя лаборатория

В современных условиях отличить серебро от подделки можно и дома. К услугам людей сейчас достижения физики, наборы юного химика, медицинские препараты. Просто нужно знать, как применить тот или иной способ.

Просто и быстро

Переходящий из века в век способ — царапнуть внутреннюю сторону колечка иголкой. Когда это удается слишком легко, а под верхним слоем обнаруживается другой оттенок, налицо подделка с напылением. Но сейчас мошенники умеют делать фальшивки, которые пройдут такой примитивный тест.

Есть более надежные домашние способы:

Уксус. Процарапать ободок кольца. Капнуть уксусом (подальше от камней). Если появится зеленая пенка, то изделие, скорее всего, поддельное.
Ляпис. Он содержит ионы Ag. Работать нужно в перчатках. Потереть ляписом украшение и понаблюдать за реакцией. Нормальный сплав продемонстрирует ее отсутствие. Фальшивка почернеет.
Серная мазь. Нанести ее на изделие и оставить на 2−3 часа. Затем протереть украшение и сполоснуть его. Аргентум станет темным. Подделка, в зависимости от использованных металлов, либо не среагирует, либо даст желтый, розовый или зеленоватый оттенок.
Йод. Понадобится белая тарелочка. Положить на нее изделие. Капнуть йодом. Если нет реакции, аргентум ненастоящий (возможно, под его видом приобретен мельхиор). Появилось синее пятно — много цинка. Чернота определяет качественное украшение.
Мел (подойдет обычный белый). Кольцо или цепочку нужно сильно им потереть. Если украшение чернеет, оно содержит достаточно Ag.
Магнит. Серебро не примагнитится. Но это не очень верный метод — некоторые металлы среагируют так же. Зато этот способ может дать эффект, когда звенья цепочки изготовлены из разных сплавов. Частью украшение будет притягиваться, а частью — нет.
Лед. Положить его кусочек на украшение, которое хранилось при комнатной температуре либо только снято с руки. Если лед сразу начинает таять, это является хорошим показателем.

Основные принципы лечения

Конечно, здесь имеется в виду лечение острых отравлений цинком. Ведь в том случае, если у пациента аллергия на цинк привела к развитию хронического профессионального заболевания, то самым главным лечебным фактором будет прекращение поступления металла в организм, довольно длительный курс стационарного лечения с последующей реабилитацией, и затем, по заключению экспертизы вообще возможен перевод на другую работу.

Что же делать при развитии острых отравлений? Как лечить отравление парами цинка при сварке?

При первых симптомах возникновения литейной лихорадки, которые могут возникнуть через несколько часов после продолжительного контакта с парами или пылью элемента, необходимо срочно прекратить сварочные работы, выйти на свежий воздух. В тяжелых случаях показано дыхание кислородом. Показано питье щелочных минеральных вод, щелочные ингаляции. С профилактической целью вводится внутривенно пятипроцентный раствор глюкозы или физраствора с целью уменьшения температурной реакции, вызванной поступлением в кровоток денатурированных белков.

Видео, может немного и не в тему, но мастер показывает как правильно варить оцинковку:

В том случае, если человек принял внутрь растворимую цинковую соль, то лечение отравления цинком сводится к срочным мероприятиям. Необходимо промыть желудок большим количеством свежей воды с добавлением 0,5% раствора танина для уменьшения всасывания, показан прием активированного угля, назначается унитиол как антидот. Категорически запрещается назначать противотошнотные и противорвотные средства пациенту до или вместо промывания желудка.

Раствор танина

В том случае, если после проглатывания прошло несколько часов, может понадобиться промывание кишечника и высокая сифонная клизма вместе с промыванием желудка. Лечение симптоматическое, в токсикологических отделениях стационаров чаще всего применяется этилендиаминтетрауксусная кислота, ее кальциево – динатриевая соль, и такое соединение как димеркапрол. Однако данных об успешности этого метода лечения накоплено немного. При отравлении фосфидом пациенту необходимо вызвать рвоту, давая слаборозовый раствор перманганата калия, затем назначается солевое слабительное, такое как магнезия, щелочная вода, проводится симптоматическое лечение.

В заключение следует сказать, что современный трудовой процесс в условиях тщательной охраны труда на производстве позволяет практически полностью избежать различных отравлений цинком и его соединениями. Чаще всего отравление происходит при сварочных и газорезных работах в кустарных условиях, а также при занятии радиотехникой, пайкой печатных плат в домашних условиях без наличия вытяжки, или вентиляции в течение длительного времени.

Если знать вред цинка и его соединений и пути проникновения их в организм, то, даже пользуясь знаниями, полученными из этой статьи, можно вполне избежать отравлений. Достаточно пользоваться индивидуальными средствами защиты, сократить время непосредственного контакта с цинковым аэрозолем и обеспечить приток свежего воздуха в рабочую зону. При соблюдении этих условий отравление цинком и его парами вообще не произойдет.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Среднее содержание цинка в земной коре — 8,3·10-3%, в основных извержённых породах его несколько больше (1,3·10-2%), чем в кислых (6·10-3%). Цинк — энергичный водный мигрант, особенно характерна его миграция в термальных водах вместе со свинцом

Из этих вод осаждаются сульфиды цинка, имеющие важное промышленное значение. Цинк также энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах, главным осадителем для него является сероводород, меньшую роль играет сорбция глинами и другие процессы

Месторождения цинка известны в Иране, Австралии, Боливии, Казахстане. В России крупнейшим производителем свинцово-цинковых концентратов является ОАО «ГМК Дальполиметалл»

Цинк добывают из полиметаллических руд, содержащих 1—4% Zn в виде сульфида, а также Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руды обогащают селективной флотацией, получая цинковые концентраты (50—60% Zn) и одновременно свинцовые, медные, а иногда также пиритные концентраты. Основной способ получения цинка — электролитический (гидрометаллургический). Обожжённые концентраты обрабатывают серной кислотой; получаемый сульфатный раствор очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу в ваннах, плотно выложенных внутри свинцом или винипластом. Цинк осаждается на алюминиевых катодах, с которых его ежесуточно удаляют (сдирают) и плавят в индукционных печах.

Бабушкины подсказки

В ювелирном деле металл не используется в своем первозданном, чистом виде (это же касается и производства столовых приборов). В сплав добавляются другие составляющие, которые придают дополнительную крепость. Классическим вариантом здесь является медь. Чтобы отличить настоящее серебро от подделки, нужно говорить не об Ag как таковом, а о проценте его содержания в сплаве.

Определять чистоту металла без всяких препаратов и приспособлений умели еще прабабушки живущих сегодня людей:

Аргентум очень теплопроводен — быстро греется, быстро остывает. Если зажать его в кулаке, он тут же приобретет температуру тела. Можно опустить в кипяток (если украшение не имеет камней), а затем взять в руки. Настоящий металл будет жечь, но совсем недолго.
Изделие можно несколько минут потереть в ладонях. Если кожа осталась чистой, сплав хороший, если остались темные следы — имеются лишние примеси (чаще всего цинковые).
Серебряный звон — не просто устойчивое словосочетание. Бижутерия при аккуратном постукивании дребезжит, аргентум легко и протяжно вибрирует. В качестве ударного инструмента следует использовать что-то сродни вязальной спице.
Если ложечку из Ag положить на солнце, она ярко отразит лучи, будет блестеть. Дешевый сплав даст тусклый отсвет, а то и совсем еле заметный.
Люди с тонким обонянием (и хорошим опытом) отличали серебро по запаху. Они уверяли, что чистый металл пахнет свежестью, ландышем. Сейчас этот способ вряд ли подходит для всех — современная парфюмерия заставит и железо пахнуть розами.
Аргентум обладает большой плотностью. Даже маленькое изделие из него должно чувствоваться в руке. И сегодня так легко отличить серебро от гораздо более легкого алюминия.
Раньше колечко облепляли мякишем ржаного хлеба и оставляли так на два дня. Если украшение за это время заметно чернело, это был хороший знак — сплав признавался качественным. С сегодняшним хлебом этот тест может и не пройти.
Ложку (тарелку) можно попытаться согнуть. Предмет из нормального аргентума поддастся довольно легко, почти не будет пружинить. Но стопроцентной гарантии этот способ не даст: согнуть можно и прибор из стали. Да и вернуть предмету первоначальный вид будет затруднительно.

Способы оцинкования

Металлургические заводы отличительны не только своим оборудованием, но и применяемыми методами производства. Это зависит от ценовой политики, и месторасположения (природных ресурсов, используемых для металлургической промышленности). Есть несколько методов оцинкования, которые рассматриваются ниже.

Горячий способ оцинкования

Данный способ заключается в обмакивании металлической детали в жидком растворе. Происходит это так:

Деталь или изделие обезжиривается, очищается, промывается и сушится.
Далее, цинк расплавляется до жидкого состояния при температуре до 480 °С.
В жидкий раствор опускается подготовленное изделие. При этом оно хорошо смачивается в растворе и образуется покрытие толщиной до 450 мкм. Это является 100% защитой от воздействия внешних факторов на изделие (влага, прямые солнечные лучи, вода с химическими примесями).

Горячее цинкование металлоконструкций

Но, данный метод имеет ряд недостатков:

Цинковая пленка на изделии получается неравномерного слоя.
Нельзя использовать данный метод для деталей, отвечающих точным стандартам по ГОСТу. Где каждый миллиметр считается браком.
После горячего оцинкования, не каждая деталь останется прочной и износостойкой, поскольку после прохождения высокой температуры появляется хрупкость.

А также данный метод не подходит для изделий, покрытых лакокрасочными материалами.

Холодное оцинкование

Этот метод носит 2 названия: гальванический и электролитический. Методика покрытия изделия защитой от коррозии такова:

Металлическая деталь, изделие подготавливается (обезжиривается, очищается).
После этого проводится «метод окрашивания» — применяется специальный состав, имеющий главный компонент – цинк.
Деталь покрывается данным составом методом распыления.

Холодное цинкование

Благодаря этому методу защитой покрываются детали с точным допуском, изделия, покрытые лакокрасочными материалами. Повышается стойкость к внешним факторам, приводящим к коррозии.

Недостатки данного метода: тонкий защитный слой – до 35 мкм. Это приводит к меньшей защите и небольшим срокам защиты.

Термодиффузионный способ

Данный метод делает покрытие, которое является электродом с положительной полярностью, в то время как металл изделия (сталь) становится отрицательной полярности. Появляется электрохимический защитный слой.

Метод применим только в случае, если детали произведены из углеродистой стали, чугуна, стали с примесями. Цинк используется таким образом:

При температуре от 290 °С до 450 °С в порошковой среде, поверхность детали насыщается Zn. Здесь маркировка стали, а также тип изделия имеют значение – выбирается соответствующая температура.
Толщина защитного слоя достигает 110 мкм.
В закрытый резервуар помещается изделие из стали, чугуна.
Добавляется туда специальная смесь.
Последним шагом является специальная обработка изделия от появления белых высолов от солёной воды.

Термодиффузионное цинкование

В основном данным методом пользуются в случае, если требуется покрыть детали, имеющие сложную форму: резьбу, мелкие штрихи. Образование равномерного защитного слоя является важным, поскольку данные детали претерпевают множественное воздействие внешней агрессивной среды (постоянная влага).

Данный метод дает самый большой процент защиты изделия от коррозии

Оцинкованное напыление является износостойким и практически нестираемым, что очень важно для деталей, которые время о времени крутятся и разбираются

Где искать цинк

Месторождения в мире (разведанные и подтвержденные) обещают, что цинком человечество обеспечено на 40 лет вперед.

Запасы в природе (в порядке уменьшения) распределены следующим образом:

Россия;
Австралия;
Китай;
Перу;
Мексика;
Казахстан;
США;
Индия.

Данные могут отличаться по разным статистическим источникам.

Мелкие месторождения имеют около 70 стран, но далеко не везде металл добывают.

Добыча в России возможна в Крыму, на Дальнем Востоке, Кольском полуострове, на Камчатке. Несмотря на огромный потенциал в запасах, Россия имеет не более 3% мировой добычи, да и потребляет металла мало. В основном он идет на экспорт.

Важно: запасы и добыча — две большие разницы. Лидирует в добыче Китай, Австралия сильно уменьшила добычу

В мировой добыче цинка доля нашей страны занимает всего 2%.

ЗАПАСЫ И ДОБЫЧА

Цинк — общая характеристика элемента, химические свойства цинка и его соединений

Цинк — элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 30. Обозначается символом Zn (лат. Zincum). Простое вещество цинк при нормальных условиях — хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

В четвертом периоде цинк является последним d-элементом, его валентные электроны 3d104s2.

В образовании химических связей участвуют только электроны внешнего энергетического уровня, поскольку конфигурация d10 является очень устойчивой. В соединениях для цинка характерна степень окисления +2.

Цинк – химически активный металл, обладает выраженными восстановительными свойствами, по активности уступает щелочно-земельным металлам. Проявляет амфотерные свойства.

Взаимодействие цинка с неметаллами

При сильном нагревании на воздухе сгорает ярким голубоватым пламенем с образованием оксида цинка: 2Zn + O2 → 2ZnO.

При поджигании энергично реагирует с серой: Zn + S → ZnS.

С галогенами реагирует при обычных условиях в присутствии паров воды в качестве катализатора: Zn + Cl2 → ZnCl2.

При действии паров фосфора на цинк образуются фосфиды: Zn + 2P → ZnP2 или 3Zn + 2P → Zn3P2.

С водородом, азотом, бором, кремнием, углеродом цинк не взаимодействует.

Взаимодействие цинка с водой

Реагирует с парами воды при температуре красного каления с образованием оксида цинка и водорода: Zn + H2O → ZnO + H2.

Взаимодействие цинка с кислотами

В электрохимическом ряду напряжений металлов цинк находится до водорода и вытесняет его из неокисляющих кислот: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2; Zn + H2SO4 → ZnSO4 + H2.

Взаимодействует с разбавленной азотной кислотой, образуя нитрат цинка и нитрат аммония: 4Zn + 10HNO3 → 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O.

Реагирует с концентрированными серной и азотной кислотами с образованием соли цинка и продуктов восстановления кислот: Zn + 2H2SO4 → ZnSO4 + SO2 + 2H2O; Zn + 4HNO3 → Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

Взаимодействие цинка со щелочами

Реагирует с растворами щелочей с образованием гидроксокомплексов: Zn + 2NaOH + 2H2O → Na2 + H2

при сплавлении образует цинкаты: Zn + 2KOH → K2ZnO2 + H2.

Взаимодействие с аммиаком

С газообразным аммиаком при 550–600°С образует нитрид цинка: 3Zn + 2NH3 → Zn3N2 + 3H2; растворяется в водном растворе аммиака, образуя гидроксид тетраамминцинка: Zn + 4NH3 + 2H2O → (OH)2 + H2.

Взаимодействие цинка с оксидами и солями

Цинк вытесняет металлы, стоящие в ряду напряжения правее него, из растворов солей и оксидов: Zn + CuSO4 → Cu + ZnSO4; Zn + CuO → Cu + ZnO.

Оксид цинка (II) ZnO

– белые кристаллы, при нагревании приобретают желтую окраску. Плотность 5,7 г/см3, температура возгонки 1800°С. При температуре выше 1000°С восстанавливается до металлического цинка углеродом, угарным газом и водородом: ZnO + C → Zn + CO; ZnO + CO → Zn + CO2; ZnO + H2 → Zn + H2O.

С водой не взаимодействует. Проявляет амфотерные свойства, реагирует с растворами кислот и щелочей: ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O; ZnO + 2NaOH + H2O → Na2.

При сплавлении с оксидами металлов образует цинкаты: ZnO + CoO → CoZnO2.

При взаимодействии с оксидами неметаллов образует соли, где является катионом: 2ZnO + SiO2 → Zn2SiO4, ZnO + B2O3 → Zn(BO2)2.

Гидроксид цинка (II) Zn(OH)2

– бесцветное кристаллическое или аморфное вещество. Плотность 3,05 г/см3, при температуре выше 125°С разлагается: Zn(OH)2 → ZnO + H2O.

Гидроксид цинка проявляет амфотерные свойства, легко растворяется в кислотах и щелочах: Zn(OH)2 + H2SO4 → ZnSO4 + 2H2O; Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2;

также легко растворяется в водном растворе аммиака с образованием гидроксида тетраамминцинка: Zn(OH)2 + 4NH3 → (OH)2.

Получается в виде осадка белого цвета при взаимодействии солей цинка со щелочами: ZnCl2 + 2NaOH → Zn(OH)2 + 2NaCl.

Взаимодействие цинка с другими веществами

Прием витаминов А, E, C, В6, фтор, пиколиновая кислота улучшают усваивание организмом Zn;
Большие дозы витамина В9, железа, олова, меди, свинца, кадмия, кальция, марганца, селена и ртути препятствуют усвоение организмом Zn;
Нарушению усвоения Zn также могут способствовать поступление следующих веществ – фосфаты, фитаты, диуретики, глюкокортикостероиды, анаболики, алкоголь, иммуносупрессоры, противозачаточные препараты, танины (чай и кофе);
Повышенное поступление Zn может способствовать недостатку витамина А, а также меди и железа;
Полноценное снабжение Zn способствует нормальному усвоению витамина E.

Токсичность цинка

Переизбыток данного микроэлемента очень вреден для здоровья человека, так же как и его недостаток. Переизбыток цинка вызывает интоксикацию организма.

В особенности при длительном чрезмерном насыщении организма данным веществом, соли и сульфаты цинка отравляют человека своей токсичностью.

Сульфаты цинка образуются при неправильном хранении продуктов питания. Особенно вредно хранить продукты в закрытых емкостях из оцинкованной посуды.

Токсичность цинка вызывает даже бесплодие, импотенцию и другие проблемы со здоровьем. Можно отравиться им, вдыхая его пары. Проявляться такое отравление будет в виде головокружения, потери сознания, учащении пульса и появлении неприятного привкуса в ротовой полости.

Применение меди

Благодаря ценным качествам медь и медные сплавы используются в электротехнической и электромашиностроительной отрасли, в радиоэлектронике и приборостроении. Существуют сплавы меди с такими металлами, как цинк, олово, алюминий, никель, титан, серебро, золото. Реже применяются сплавы с неметаллами: фосфором, серой, кислородом. Выделяют две группы медных сплавов: латуни (сплавы с цинком) и бронзы (сплавы с другими элементами).

Медь обладает высокой экологичностью, что допускает её использование в строительстве жилых домов. К примеру, медная кровля за счёт антикоррозионных свойств, может прослужить больше ста лет без специального ухода и покраски.

Медь в сплавах с золотом используется в ювелирном деле. Такой сплав увеличивает прочность изделия, повышает стойкость к деформированию и истиранию.

Для соединений меди характерна высокая биологическая активность. В растениях медь принимает участие в синтезе хлорофилла. Поэтому её можно увидеть в составе минеральных удобрений. Недостаток меди в организме человека может вызвать ухудшение состава крови. Она есть в составе многих продуктов питания. К примеру, этот металл содержится в молоке

Однако важно помнить, что избыток соединений меди может вызвать отравление. Именно поэтому нельзя готовить пищу в медной посуде

Во время кипячения в пищу может попасть большое количество меди. Если же посуда внутри покрыта слоем олова, то опасности отравления нет.

В медицине медь используют, как антисептическое и вяжущее средство. Она является компонентом глазных капель от конъюнктивита и растворов от ожогов.

Области применения

В процессе плавления латунных сплавов применяют цинковый лом в равных соотношениях с медью. Использование сплава характеризуется его видами:

Подверженные деформации. Содержание цинка в таком сплаве не превышает 10%. Он называется томпак. Благодаря такому составу повышается пластичность, а также эффект скольжения по металлическим поверхностям. Не подвергается коррозии, можно сваривать со стальными изделиями, по цвету напоминает золото.
Литейные. Содержат медь в количестве от 50% до 80%, устойчив к действию коррозии, не изменяет свою структуру при трении об металлические поверхности, в результате повышения прочности и снижения хрупкости. При плавлении может принимать разнообразные формы.
При добавлении свинца получают автоматные сплавы. Обрабатывается стальными резцами на специальных станках с высокой скоростью вращения заготовки.

Медно-цинковый сплав используют для изготовления:

частей механизмов промышленного оборудования, а также систем теплообмена;
штампованных элементов корабельной техники, в автомобилестроении, строительстве самолетов, а также при изготовлении часовых механизмов.
декорирования интерьера, бижутерии;
сантехнических изделий, которые не подвергаются действию высоких температур.
крепежных материалов, саморезов, шурупов;
тепловых приборов;
церковных принадлежностей;
корпусов компасов;
ювелирных подделок, похожих на золотые изделия.

Изделия из сплава меди с цинком