Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Zinek nebo zinek je 30. prvkem periodické tabulky chemických prvků Mendělejeva a označuje se symbolem Zn. Používá se především při výrobě deformovaných polotovarů a ve složení různých druhů směsí. Ve své čisté podobě vypadá jako křehký kov modravě stříbrné barvy, rychle oxiduje a stává se pokrytým ochranným filmem (oxidem), což z něj činí znatelně matný.

To je těženo v Kazachstánu, Austrálii, Íránu a Bolívii. Kvůli obtížím při určování kovu se často nazývá „zádrhel“ .

Historické pozadí

Jméno „zinek“ bylo poprvé zmíněno v knize Paracelsus „Liber Mineralium“. Podle některých zpráv to znamenalo "hrot". Zinková slitina s mědí nebo mosazi je již dlouho známa. To bylo používáno ve starověkém Řecku, Indii a starověkém Egyptě, později materiál stal se známý v Číně.

Čistý kov byl získán jediný v první polovině XVIII století v 1738 ve V. Británii používat metodu destilace. Jeho objevitelem se stal William Champion. Průmyslová výroba začala po 5 letech a v roce 1746 v Německu vyvinul chemik Andreas Sigismund Marggraf svou vlastní metodu výroby zinku . Navrhl použití metody kalcinace směsi oxidu kovu s uhlím v žáruvzdorných retortách z hlíny bez vzduchu. Následná kondenzace páry měla probíhat v chladničce. Kvůli podrobnému popisu a pečlivému vývoji Marggrafu se často říká objevitel hmoty.

Na počátku 19. století byla zjištěna metoda, která izolovala kov válcováním při 100 ° C -1 -150 ° C. Začátkem příštího století se naučili, jak zinek elektrolyticky extrahovat. V Rusku, první kov přijal jen v 1905.

Fyzikální vlastnosti

  • Atomové číslo: 30.
  • Atomová hmotnost: 65, 37.
  • Atomový objem: 9.15
  • Hustota: 7, 133 g / cm3.
  • Teplota tání: 419, 5 ° C.
  • Teplota varu: 906 ° C.
  • Povrchová energie: 105 mJ / m 2 .
  • Elektrická vodivost: 16, 2 x 10-6 S / m.
  • Molární tepelná kapacita: 25, 4 J / (K * mol).
  • Molární objem: 9, 2 cm3 / mol.

Zinek má slabé mechanické vlastnosti, při normální teplotě snadno praskne a rozpadá se, ale při teplotě 100 ° C asi -150 ° C se stává poměrně bolestivou a snadno se dostává do deformace: je kovaný, válcovaný do plechů. Jednoduchá voda pro kov je bezpečná a kyseliny a zásady snadno korodují. Z tohoto důvodu se čistý zinek nepoužívá pro výrobu dílů, pouze slitin.

Chemické vlastnosti

Konfigurace vnějšího elektronu jednoho atomu zinku může být zapsána jako 3 d 10 4 s 2 . Kov je aktivní a je energetickým redukčním činidlem. Při teplotě 100 ° C na volném prostranství je pokryta fólií složenou ze zásaditých uhličitanů a stává se velmi tupou. Při vystavení působení oxidu uhličitého a vysoké vlhkosti se prvek začne rozkládat. V kyslíku nebo běžném prostředí se silným ohřevem, popáleniny zinku, tvoří modravý plamen a bílý kouř, který se skládá z oxidu zinečnatého. Hořlavý účinek na suché prvky zinku, bromu a chloru, ale pouze za účasti vodní páry.

Když se spojí kov a silné minerální kyseliny, první se rozpustí, zejména když se směs zahřeje, vytvoří se odpovídající soli . Alkálie, taveniny a roztoky oxidují látku, v důsledku čehož jsou zinek rozpustný ve vodě a vodík je uvolňován. Intenzita účinků kyselin a zásad závisí na přítomnosti nečistot v zinku. Čím více je kov „čistý“, tím slabší je jeho působení v důsledku přepětí vodíku.

Obsah v přírodě

Jako nezávislý prvek se zinek nenachází v přírodě. To může být extrahováno z 66 minerálů, včetně sphaleritu, kalaminu, franklinitu, zinku, willemitu, smithsonitu. První je nejběžnějším zdrojem kovu, často označovaným jako „směs zinku“. Skládá se ze sulfidu zinečnatého a nečistot, které dodávají minerálu různé barvy. To komplikuje jeho hledání a správnou definici.

Zinek se nachází v kyselých a vyvřelých horninách - ve druhém je to o něco více. Často se kov ve formě sulfidu spolu s olovem nachází v termálních vodách, migruje v povrchových a podzemních zdrojích.

Funkce tavení

Teplota potřebná pro tavení zinku by měla být nižší než 419 ° C, ale ne vyšší než 480 ° C. V opačném případě se zvýší odpad kovu a zvýší se opotřebení stěn lázně, které je standardně vyrobeno ze železa. V roztaveném stavu není povoleno více než 0, 05% nečistoty železa, jinak začne teplota potřebná během tavení stoupat. Pokud je obsah železa vyšší než 0, 2%, nelze zinek válcovat.

Zinek se získává z polymetalických rud, které mohou obsahovat až 4% prvku . Pokud by byly rudy obohaceny selektivní flotací, lze z nich získat až 60% koncentrátů zinku, zbytek budou obsazeny koncentráty jiných kovů. Koncentráty zinku se spalují v pecích ve fluidním loži, načež se sulfid zinečnatý přemění na oxid a uvolní se oxid siřičitý. Ten jde na úkor: z toho dostat kyselinu sírovou.

Pro přenos oxidu zinečnatého na kov samotný se používají dva způsoby.

  1. Destilace nebo pyrometalurgie. Koncentrát se spaluje, poté slinuje, aby se dosáhlo propustnosti plynu a zrnitosti, a redukuje se pomocí koksu nebo uhlí, když je vystaven teplotě 1200 až 1300 ° C. Během reakce se tvoří kovové páry, které se kondenzují a nalijí do forem. Čistota zinku dosahuje 98, 7%, po čemž jej lze pomocí rektifikace zvýšit na 99, 995%, ale tato metoda je poměrně nákladná a komplikovaná.
  2. Elektrolytické nebo hydrometalurgické. Kalcinované koncentráty se zpracují kyselinou sírovou, roztok se přečistí z nečistot za použití zinkového prachu a podrobí se elektrolýze v lázních potažených olověným nebo vinylovým plastem. Zinek se ukládá na hliníkové katody, odkud se shromažďuje a taví v indukčních pecích. Čistota takto získaného kovu dosahuje 99, 95%.

Směsi a slitiny

Pro zvýšení pevnosti a zvýšení teploty tání kovu se smísí s mědí, hliníkem, cínem, hořčíkem a olovem.

Nejznámější a nejvyhledávanější slitina je mosaz. Jedná se o směs mědi s přídavkem zinku, někdy se vyskytují i cín, nikl, mangan, železo, olovo. Hustota mosazi dosahuje 8700 kg / m 3 . Teplota potřebná pro tavení se udržuje na hodnotě okolo 880 ° C - 950 ° C: čím vyšší je obsah zinku v ní, tím nižší je obsah zinku. Slitina dokonale odolává nepříznivému vnějšímu prostředí, i když se ve vzduchu zbarví do černého, pokud není potažena lakem, je dokonale vyleštěná a svařena odporovým svařováním.

Existují dva typy mosazi:

  1. Alfa-mosaz: více plastu, v každém stavu se dobře ohýbá, ale silněji se nosí.
  2. Alfa + beta-mosaz: deformuje se pouze při zahřátí, zatímco je odolnější proti opotřebení. Často jsou legovány hořčíkem, hliníkem, olovem a železem. To vám umožňuje zvýšit pevnost, ale snižuje tažnost.

Slitina Zamak nebo Zamac se skládá ze zinku, hliníku, mědi a hořčíku . Samotný název je tvořen z prvních písmen latinských názvů: Zink - hliník - hořčík - Kupfer / Cuprum (zinek-hliník-hořčík-měď). V SSSR, slitina byla známá jako TsAM: Zinek-hliník-měď. Aktivně používané při vstřikování, tavení začíná při nízké teplotě (381 ° C - 387 ° C) a má nízký koeficient tření (0, 07). To má zvýšenou pevnost, která umožňuje získat výrobky složitého tvaru, které se nebojí rozbít: kliky dveří, golfové hole, rolety, stavební příslušenství, různé typy spojovacích prostředků a lovných zařízení.

Malé procento zinku (ne více než 0, 01%) je obsaženo ve standardních slitinách používaných v tiskařském průmyslu pro odlévání typografických písem a čar, tiskových desek a strojních sestav. Jedná se o zastaralé směsi, na jejichž místo přichází čistý zinek, s malým přídavkem nečistot.

Nízká teplota potřebná k roztavení zinku je často kompenzována slitinami jinými kovy, ale také se to děje opačně. Je-li teplota potřebná pro tavení „čistého“ kovu 419, 5 ° C, pak se slitina s cínem sníží na 199 ° C a s cínem a povede k 150 ° C. Ačkoliv tyto slitiny mohou být pájeny a vařeny, nejčastěji se směsi se zinkem používají pouze k utěsnění existujících defektů v důsledku jejich slabé pevnosti. Například slitina cínu, olova a zinku se doporučuje použít pouze na poniklované výrobky.

Nejčastěji se slitiny zinku používají k výrobě karburátorů, rámů rychloměrů, mřížek chladičů, hydraulických brzd, čerpadel a dekorativních prvků, dílů pro pračky, mixérů a kuchyňských přístrojů, pouzder na hodinky, psacích strojů, pokladen a domácích spotřebičů. Tyto díly nelze použít v průmyslové výrobě: když se teplota zvýší na 100 ° C, pevnost výrobku se sníží o jednu třetinu a tvrdost téměř o 40%. Když teplota klesne na 0 ° C , zinek se stává příliš křehkým, což může vést k rozbití.

Aplikace

Zinek je jedním z nejžádanějších kovů na světě: je to na třetím místě z hlediska výroby neželezných kovů, druhý na mědi a hliníku. To přispívá k jeho nízké ceně. Nejčastěji se používá k ochraně proti korozi a jako součást slitiny, jako je mosaz.

  1. V metalurgii je obzvláště cenný zinek. Aplikuje se tenkou vrstvou na ocelový povrch mnoha kovových konstrukcí, aby byla plně chráněna před korozí na mechanické a chemické úrovni. To spotřebuje až 40% veškeré produkce. Vzhledem k tomu, že zinek, na rozdíl od niklu, kobaltu, cínu a kadmia, je aktivnější než železo, začíná se nejprve dostat do kontaktu s nepříznivým vnějším prostředím, které plně chrání základnu.
  2. Čistý kov se používá k získávání vzácných kovů po těžbě loužením. Také s jeho pomocí se zlato a stříbro těží z hrubého olova.
  3. Zinek je nejvíce elektropozitivní kov, prakticky nereagující na vodu. To umožnilo vytvořit velké množství různých zdrojů chemického proudu: vzduch-zinek, stříbro-zinek, rtuť-zinek, „suché“ prvky Leclanche.
  4. Zinkový prach se používá v zábavní pyrotechnice a pyrotechnice k vytvoření modrého ohně, v barvě, zejména zinkové bílé - pro ochranu proti korozi a lepší přilnavost k podkladu. Používá se také k vytěsňování drahých kovů z roztoků kyanidů a k čištění roztoku síranu zinečnatého z kadmia a mědi.
  5. V tisku se zinek používá pro odlévání písem a tisk ilustrací: zinkografie se používá od 19. století. Současně je typografické klišé připraveno na bázi zinku s malým - ne více než 5% - přidáním dalších kovů. Před každým leptáním je deska žíhaná a válcovaná ve vyhřívaném stavu.
  6. V medicíně, oxid zinečnatý je používán jako antiseptic v mastech “pasta Lassara”, “Sudokrem”, “zinková mast”, také jak jako prášek, zubní pasty a materiál pro cementování zubů. Použijte kov pro vytvoření baktericidních stropů a samočistících povrchů. Dříve byl zinek použit pro fotokatalytické čištění vody v průmyslovém měřítku.

V živých organismech

Lidské tělo obsahuje asi 2 gramy zinku, asi 400 enzymů ho obsahuje. Ty zahrnují enzymy katalyzující hydrolýzu proteinů, esterů a leptidů, polymeraci RNA a DNA, tvorbu aldehydů. Čistý prvek se nachází ve svalech, slinivce a játrech. Muži potřebují denně 11 mg zinku, ženy 8 mg.

Zinek plní v těle následující funkce:

  1. Normalizuje aktivitu prostaty;
  2. Podporuje metabolismus vitamínu E;
  3. Podílí se na syntéze anabolických hormonů: růstový hormon, inzulín, testosteron a další;
  4. Podílí se na produkci mužských hormonů a spermií;
  5. Pomáhá rozbít alkohol v těle.

S nedostatkem prvku v těle dochází k rychlé únavě, podrážděnosti, ztrátě paměti, ztrátě zraku a hmotnosti bez objektivních příčin, alergických záchvatů a depresivního stavu. Dochází k poklesu hladiny inzulínu a akumulace v těle některých prvků: železa, olova, mědi, kadmia.

V potravinách

Tento prvek se vyskytuje v mase, sýru, sezamu, ústřicích, čokoládě, luštěninách, ovesných vločkách, slunečnicových a dýňových semíncích, často přítomných v minerální vodě. Nejvyšší obsah zinku je obsažen v následujících výrobcích (vztaženo na 100 gramů):

  1. Ústřice (do 40 mg), ančovičky (1, 72 mg), chobotnice (1, 68 mg), kapr (1, 48 mg), kaviár (do 1 mg), sleď (přibližně 1 mg).
  2. Dýňová semena (10 mg), sezam (7 mg), slunečnicová semena (5, 3 mg), arašídy (4 mg), vlašské ořechy (3 mg), mandle (3 mg).
  3. Hovězí maso (do 8, 4 mg), jehněčí (do 6 mg), hovězí játra (4 mg), vepřové maso (do 3, 5 mg), kuřecí maso (do 3, 5 mg).
  4. Kakaový prášek bez cukru a sladidel (6, 81 mg), čistá hořká čokoláda (2, 3 mg), čokolády (do 2 mg v závislosti na množství a typu čokolády).
  5. Čočka (4, 78 mg), oves (3, 97 mg), pšenice (3, 46 mg), sójové boby (3 mg), žito (2, 65 mg), chléb (do 1, 5 mg), zelený hrášek (1, 24 mg), hrach (1, 2 mg), bambusové výhonky (1, 1 mg), rýže (1 mg), cereální sušenky (do 1 mg).
  6. Tvrdý sýr (do 4 mg).

Nebezpečí pro člověka

K otravě zinkem obvykle dochází při dlouhodobém vdechování par . První příznaky jsou intenzivní žízeň, ztráta chuti k jídlu, sladká chuť v ústech. Často se vyskytuje únava, ospalost, suchý kašel, pocit slabosti, tlaková bolest na hrudi. Dlouhodobá expozice může vést k neplodnosti, anémii, zpoždění vývoje. V životě je nebezpečím pozinkované nádobí, ve kterém se potraviny skladují po dlouhou dobu.

Pomozte vývoji webu a sdílení článku s přáteli!

Kategorie:

Obrábění kovů