Цинк. Реферат Цинк. Свойства металла и его соединения

Название	Реферат Цинк. Свойства металла и его соединения
Дата	11.07.2022
Размер	61.18 Kb.
Формат файла
Имя файла	Цинк.docx
Тип	Реферат #628740

Министерство науки и высшего образования РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования

«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(национальный исследовательский университет)»

(МАИ)
Кафедра «УКС «Управление качеством и сертификация».»
Реферат

«Цинк. Свойства металла и его соединения»

Выполнил: студент 1 курса

очного отделения

группы Т11О-103Б-21

Михайлов Д.С.

Группа: Т110-103Б-21

Проверил: Клементьева В.С.

Москва, 2021 г.

Оглавление

История открытия 3

Нахождение в природе 3

Получение 4

Физические свойства 4

Электронное строение атома 4

Электронная формула 4

Выделение валентных подуровней 4

Определение возможных степеней окисления 5

Химические свойства 5

Соединения металла с неметаллом 5

А) с водородом 5

Б) с галогенами 5

В) с серой 6

Г) с азотом 6

Д) с углеродом 6

Е) с кислородом 6

Оксиды и гидроксиды металла 7

Отношение металла к различным агрессивным средам 7

Применение металла и его соединений 7

Использованная литература 10

История открытия

Сплав цинка с медью — латунь — был известен ещё в Древней Греции, Древнем Египте, Индии (VII век), Китае (XI век). Долгое время не удавалось выделить чистый цинк. В 1738 году в Англии Уильямом Чемпионом был запатентован дистилляционный способ получения цинка. В промышленном масштабе выплавка цинка началась также в XVIII веке: в 1743 году в Бристоле вступил в строй первый цинковый завод, основанный Уильямом Чемпионом, где получение цинка проводилось дистилляционным способом. В 1746 году А. С. Маргграф в Германии разработал похожий способ получения чистого цинка путём прокаливания смеси его оксида с углём без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров цинка в холодильниках. Маргграф описал свой метод во всех деталях и этим заложил основы теории производства цинка. Поэтому его часто называют первооткрывателем цинка.

В 1805 году Чарльз Гобсон и Чарльз Сильвестр из Шеффилда запатентовали способ обработки цинка — прокатка при 100—150 °C. Первый в России цинк был получен на заводе «Алагир» 1 января 1905 года. Первые заводы, где цинк получали электролитическим способом, появились в 1915 году в Канаде и США.

Нахождение в природе

Наиболее распространенный минерал цинка - сфалерит, или цинковая обманка. Основной компонент минерала - сульфид цинка ZnS, а разнообразные примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Видимо, за это минерал и называют обманкой. Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы элемента № 30: смитсонит ZnCO3, цинкит ZnO, каламин 2ZnO·SiO2·Н2O. На Алтае нередко можно встретить полосатую "бурундучную" руду - смесь цинковой обманки и бурого шпата. Кусок такой руды издали действительно похож на затаившегося полосатого зверька.

Получение

Выделение цинка начинается с концентрирования руды методами седиментации или флотации, затем ее обжигают до образования оксидов: 2ZnS + 3О2 = 2ZnО + 2SO2
Оксид цинка перерабатывают электролитическим методом или восстанавливают коксом. В первом случае цинк выщелачивают из сырого оксида разбавленным раствором серной кислоты, примесь кадмия осаждают цинковой пылью и раствор сульфата цинка подвергают электролизу. Металл 99,95%-ной чистоты осаждается на алюминиевых катодах.

Физические свойства

В чистом виде - довольно пластичный серебристо-белый металл. При комнатной температуре хрупок, при сгибании пластинки слышен треск от трения кристаллитов (обычно сильнее, чем "крик олова"). При 100-150 °C цинк пластичен. Примеси, даже незначительные, резко увеличивают хрупкость цинка. Температура плавления - 692°C, температура кипения - 1180°C

Электронное строение атома

Электронная формула

+30 Zn)2)8)18)2

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²

Выделение валентных подуровней

Количество валентных электронов в атоме цинка – 12.

Подуровень	N	L	M	S
s	4	0	0	+1/2
s	4	0	0	-1/2
d	3	2	-2	+1/2
d	3	2	-1	+1/2

Ниже приведены их квантовые числа (N-главное, L-орбитальное, M- магнитное, S-спин)

d	3	2	0	+1/2
d	3	2	1	+1/2
d	3	2	2	+1/2
d	3	2	-2	-1/2
d	3	2	-1	-1/2
d	3	2	0	-1/2
d	3	2	1	-1/2
d	3	2	2	-1/2

Определение возможных степеней окисления

Цинк также может существовать в виде простого вещества – металла, а степень окисления металлов в элементарном состоянии равна нулю, так как распределение электронной плотности в них равномерно.

В своих соединениях он проявляет постоянную и положительную степень окисления равную (+2), например Zn+2Cl-12, Zn+2H-12, Zn+2O-2,

Zn 2(O-2H+1)2, Zn+2(N+5O — 23)2 и др.

Химические свойства

Соединения металла с неметаллом А) с водородом

Гидрид цинка — бинарное неорганическое соединение металла цинка и водорода с формулой ZnH2, белые кристаллы, медленно разлагается в воде.

Действие диметилцинка на алюмогидрид лития в эфире:

{\displaystyle {\mathsf {Zn(CH_{3})_{2}+2LiAlH_{4}\ {\xrightarrow {40^{o}C}}\ ZnH_{2}\downarrow +2LiAlH_{3}(CH_{3})}}}

Б) с галогенами

Цинк реагируют с галогенами с образованием галогенидов:

Zn + I2 → ZnI2

В) с серой

Сульфид цинка, сернистый цинк, — бинарное неорганическое соединение цинка и серы. Цинковая соль сероводородной кислоты.

Г) с азотом

Нитрид цинка — это неорганическое бинарное химическое соединение азота и цинка. В чистом виде представляет собой кубическую кристаллическую структуру соединения. Чаще всего кристаллы нитрида цинка чёрного или темно-зелёного цвета.

Д) с углеродом

Карби́д ци́нка (углеро́дистый цинк, химическая формула — ZnC2) — бинарное неорганическое соединение цинка и углерода.

Е) с кислородом

Окси́д ци́нка (о́кись цинка) ZnO — бесцветный кристаллический порошок (кристаллы гексагональной сингонии), нерастворимый в воде, желтеющий при нагревании.

Оксиды и гидроксиды цинка

Оксид цинка

Оксид цинка можно получить различными методами:

1. Окислением цинка кислородом:

2Zn + O2 → 2ZnO

2. Разложением гидроксида цинка при нагревании:

Zn(OН)2 →   ZnO + H2O

3. Оксид цинка можно получить разложением нитрата цинка:

2Zn(NO3)2 →  2ZnO    +   4NO2 + O2

Химические свойства

Оксид цинка — типичный амфотерный оксид. Взаимодействует с кислотными и основными оксидами, кислотами, щелочами.

1. При взаимодействии оксида цинка с основными оксидами образуются соли-цинкаты.

Например, оксид цинка взаимодействует с оксидом натрия:

ZnO + Na2O →  Na2ZnO2

2. Оксид цинка взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—цинкаты, а в растворе – комплексные соли. При этом оксид цинка проявляет кислотные свойства.

Например, оксид цинка взаимодействует с гидроксидом натрия в расплаве с образованием цинката натрия и воды:

ZnO + 2NaOH →    Na2ZnO2 + H2O

Оксид цинка растворяется в избытке раствора щелочи с образованием тетрагидроксоцинката:

ZnO + 2NaOH + H2O = Na2[Zn(OH)4]

3. Оксид цинка не взаимодействует с водой.

ZnO + H2O ≠

4. Оксид цинка взаимодействует с кислотными оксидами. При этом образуются соли цинка. В этих реакциях оксид цинка проявляет основные свойства.

Например, оксид цинка взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата цинка:

ZnO + SO3 → ZnSO4

5. Оксид цинка взаимодействует с растворимыми кислотами с образованием солей.

Например, оксид цинка реагирует с соляной кислотой:

ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O

6. Оксид цинка проявляет слабые окислительные свойства.

Например, оксид цинка при нагревании реагирует с водородом и угарным газом:

ZnO + С(кокс)   →  Zn + СО

ZnO + СО → Zn + СО2

7. Оксид цинка — твердый, нелетучий. А следовательно, он вытесняет более летучие оксиды (как правило, углекислый газ) из солей при сплавлении.

Например, из карбоната бария:

ZnO + BaCO3 → BaZnO2  + СО2

Гидроксид цинка

Способы получения

1. Гидроксид цинка можно получить пропусканием углекислого газа, сернистого газа или сероводорода через раствор тетрагидроксоцинката натрия:

Na2[Zn(OH)4] + 2СО2 = Zn(OH)2 + 2NaНCO3

Чтобы понять, как протекает эта реакция, можно использовать несложный прием: мысленно разбить исходное вещество Na2[Zn(OH)4] на составные части: NaOH и Zn(OH)2. Далее мы определяем, как реагирует углекислый газ с каждым из этих веществ, и записываем продукты их взаимодействия. Т.к. Zn(OH)2 не реагирует с СО2, то мы записываем справа Zn(OH)2  без изменения.

2. Гидроксид цинка можно получить действием недостатка щелочи на избыток соли цинка.

Например, хлорид цинка реагирует с недостатком гидроксида калия с образованием гидроксида цинка и хлорида калия:

ZnCl2 + 2KOH(недост.) = Zn(OH)2↓+ 2KCl

Химические свойства

1. Гидроксид цинка реагирует с растворимыми кислотами.

Например, гидроксид цинка взаимодействует с азотной кислотой с образованием нитрата цинка:

Zn(OН)2 + 2HNO3 → Zn(NO3)2 + 2H2O

Zn(OН)2 + 2HCl = ZnCl2 + 2H2O

Zn(OН)2 + H2SO4 → ZnSO4 + 2H2O

Zn(OН)2 + 2HBr → ZnBr2 + 2H2O

2. Гидроксид цинка взаимодействует с кислотными оксидами.

Например, гидроксид цинка взаимодействует с оксидом серы (VI) с образованием сульфата цинка:

Zn(OH)2 + SO3 → ZnSO4 + H2O

3. Гидроксид цинка взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами). При этом в расплаве образуются соли—цинкаты, а в растворе – комплексные соли. При этом гидроксид цинка проявляет кислотные свойства.

Например, гидроксид цинка взаимодействует с гидроксидом калия в расплаве с образованием цинката калия и воды:

2KOH + Zn(OН)2 → 2KZnO2 + 2H2O

Гидроксид цинка растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоцинката:

Zn(OН)2 + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4]

4. Гидроксид цинка разлагается при нагревании:

Zn(OH)2 → ZnO + H2О

Применение цинка и его соединений

Чистый металлический цинк используется для восстановления благородных металлов, добываемых подземным выщелачиванием (золото, серебро). Кроме того, цинк используется для извлечения серебра, золота (и других металлов) из чернового свинца в виде интерметаллидов цинка с серебром и золотом (так называемой «серебристой пены»), обрабатываемых затем обычными методами аффинажа.

Применяется для защиты стали от коррозии (оцинковка поверхностей, не подверженных механическим воздействиям, или металлизация — для мостов, ёмкостей, металлоконструкций).

Цинк используется в качестве материала для отрицательного электрода в химических источниках тока, то есть в батарейках и аккумуляторах, например: марганцево-цинковый элемент, серебряно-цинковый аккумулятор (1,85 В, 150 Вт·ч/кг, 650 Вт·ч/дм3, малое сопротивление и колоссальные разрядные токи), ртутно-цинковый элемент (1,35 В, 135 Вт·ч/кг, 550—650 Вт·ч/дм3), диоксисульфатно-ртутный элемент, иодатно-цинковый элемент, медно-окисный гальванический элемент (0,7—1,6 В, 84—127 Вт·ч/кг, 410—570 Вт·ч/дм3), хром-цинковый элемент, цинк-хлоросеребряный элемент, никель-цинковый аккумулятор (1,82 В, 95—118 Вт·ч/кг, 230—295 Вт·ч/дм3), свинцово-цинковый элемент, цинк-хлорный аккумулятор, цинк-бромный аккумулятор и др.

Очень важна роль цинка в цинк-воздушных аккумуляторах, которые отличаются весьма высокой удельной энергоёмкостью. Они перспективны для пуска двигателей (свинцовый аккумулятор — 55 Вт·ч/кг, цинк-воздух — 220—300 Вт·ч/кг) и для электромобилей (пробег до 900 км).

Пластины цинка широко используются в полиграфии, в частности, для печати иллюстраций в многотиражных изданиях. Для этого с XIX века применяется цинкография — изготовление клише на цинковой пластине при помощи вытравливания кислотой рисунка в ней. Примеси, за исключением небольшого количества свинца, ухудшают процесс травления. Перед травлением цинковую пластину подвергают отжигу и прокатывают в нагретом состоянии: 30—31.

Цинк вводится в состав многих твёрдых припоев для снижения их температуры плавления.

Окись цинка широко используется в медицине как антисептическое и противовоспалительное средство. Также окись цинка используется для производства краски — цинковых белил.

Цинк — важный компонент латуни. Сплавы цинка с алюминием и магнием (ЦАМ, ZAMAK) благодаря сравнительно высоким механическим и очень высоким литейным качествам очень широко используются в машиностроении для точного литья. В частности, в оружейном деле из сплава ZAMAK (-3, -5) иногда отливают затворы пистолетов, особенно рассчитанных на использование слабых или травматических патронов. Также из цинковых сплавов отливают всевозможную техническую фурнитуру, вроде автомобильных ручек, корпусы карбюраторов, масштабные модели и всевозможные миниатюры, а также любые другие изделия, требующие точного литья при приемлемой прочности.

Хлорид цинка — важный флюс для пайки металлов и компонент при производстве фибры.

Сульфид цинка используется при изготовлении люминофоров краткого послесвечения и других люминесцирующих составов, обычно это смеси ZnS и CdS, активированные ионами других металлов. Люминофоры на базе сульфидов цинка и кадмия также применяются в электронной промышленности для изготовления светящихся гибких панелей и экранов в качестве электролюминофоров и составов с коротким временем высвечивания.

Теллурид, селенид, фосфид, сульфид цинка — широко применяемые полупроводники. Сульфид цинка — составная часть многих люминофоров. Фосфид цинка используется в качестве отравы для грызунов.

Селенид цинка используется для изготовления оптических стёкол с очень низким коэффициентом поглощения в среднем инфракрасном диапазоне, например, в углекислотных лазерах.

На разные применения цинка приходится:

цинкование — 45—60 %,

медицина (оксид цинка как антисептик) — 10 %,

производство сплавов — 10 %,

производство резиновых шин — 10 %,

масляные краски — 10 %.

Использованная литература

https://ru.wikipedia.org/wiki/Цинк
https://chemege.ru/gidroksid-zinka/
http://kontren.narod.ru/x_el/info30.htm#::text=История%20открытия%3A&text=В%201746%20А.,цинка%20началась%20в%20XVII%20в.
https://foxford.ru/wiki/himiya/stroenie-i-svoystva-tsinka-i-ego-soedineniy#::text=кислотную%20реакцию%20среды.-,Применение%20цинка%20и%20его%20соединений,слоем%20цинка%2C%20получая%20оцинкованное%20железо.
https://your-online.ru/electronic-formulas/Zn