Cink. Kémiai elem Zn szimbólummal, 30-as atomszámmal és 65,37-es atomtömeggel. Dolgozható, képlékeny és szürke fém. 15 ismert izotóp van, amelyek közül öt stabil és 64, 66, 67, 68 és 70 atomtömegű. A közönséges cink körülbelül fele 64 atomtömeg izotópjaként található meg.
Összegzés
- 1 Főbb jellemzők
- 2 Történelem
- 3 Alkalmazások
- 4 Biológiai szerep
- 5 Bőség és megszerzés
- 6 Biokémia
- 7 Óvintézkedések
- 8 A cink egészségre gyakorolt hatása
- 9 Források
Főbb jellemzői
A cink fém, amelyet néha átmenetifémnek minősítenek, bár ez nem szigorúan így van, mivel a fém és annak operatív fajai is a teljes orbitális készletet mutatják be. Ez az elem bizonyos mértékben hasonlít csoportjának magnéziumára és kadmiumára, de a higany egyedülálló fizikai és kémiai tulajdonságai (lantanid-összehúzódás és a kötőpályákra gyakorolt erőteljes relativisztikus hatások) miatt nagyon eltérő.
Ez a 23. leggyakoribb elem a Földön, és egyik legfontosabb alkalmazási területe az acél horganyzása. Kékfehér fém, amely kékesen zöld lánggal ég a levegőben. A száraz levegő nem támadja meg, de páratartalom esetén felületes oxid- vagy bázikus karbonátréteg képződik, amely szigeteli a fémet és megvédi a korróziótól.
Gyakorlatilag az egyetlen oxidációs állapota +2. 2004-ben a Science folyóiratban publikálták az első és egyetlen, +1 oxidációs állapotban lévő cinkvegyületet, amely a pentametil-ciklopentadienén ligandummal képezett organorganikus komplexen alapult.
Reagál a nem oxidáló savakkal, amelyek a +2 oxidációs állapotba kerülnek és hidrogént szabadítanak fel, és feloldódhatnak bázisokban és ecetsavban. A fém hidegben nagy ellenállással rendelkezik a képlékeny alakváltozással szemben, amely melegen csökken, és 100 ° C fölé kell hengerelni. Kivitelezéssel nem keményíthető meg, és szobahőmérsékleten a kúszás jelenségét mutatja be - ellentétben a legtöbb fémmel és ötvözetével - és a legkisebb terhelés a legfontosabb.
Történelem
A cink etimológiája úgy tűnik, hogy a német, Zincken vagy Zacken származik, hogy jelezze a kalamin ásványos fogazott szélű aspektusát, később feltételezték, hogy a belőle nyert fémre vonatkoznak, [hivatkozás szükséges], bár más források szerint ez származik a perzsa szó kőre.
A cinkötvözeteket évszázadok óta használják - rézdarabok Kr. E. 1000-1500-ig. C.-t Kánaánban találtak, és más, akár 87% -os cinktartalmú tárgyak is megjelentek Erdély ősi régiójában - alacsony olvadáspontja és kémiai reaktivitása miatt azonban a fém hajlamos elpárologni, ezért a a fémet a régiek nem értették.
Ismeretes, hogy a réz gyártását Kr. E. 30 körül ismerték a rómaiak. C. Plinio és Dioscorides leírják az aurichalcum (sárgaréz) előállítását egy kadmium (kalamin) és réz keverékének melegítésével egy tégelyben; a később kapott sárgarézet öntötték vagy kovácsolták tárgyak készítésére.
A tisztátlan cink olvasztását és kinyerését 1000 év körül hajtották végre Indiában - az eljárást ismeretlen szerző írja a Rasarnava (kb. 1200) című munkában - később Kínában és a 14. század végén az indiánok már tudta, hogy a cink létezik, mint az ókorban ismert hét fém, a nyolcadik fém.
1597-ben Andreas Libavius leírta egy "sajátos ónfajta" formáját, amelyet Indiában készítettek el, és kis mennyiségben érkezett hozzá egy barátján keresztül; Leírásaiból arra következtetnek, hogy cink volt, bár nem ismerte el a kalaminból származó fémként.
Nyugaton 1248 körül Alberto Magno leírja az európai rézgyártást, és a 16. században már ismert volt a fém létezése. Georgius Agricola (1490-1555) 1546-ban megfigyelte, hogy a sűrített fehér fémet meg lehet karcolni a kemence falairól, amelyekben cinkérceket olvasztanak; megjegyzéseiben hozzátette, hogy Sziléziában hasonló, cinkum nevű fémet gyártottak.
A Paracelsus elsőként azt sugallta, hogy a cinkum új fém, és hogy tulajdonságai eltérnek az ismert fémek tulajdonságaitól, anélkül azonban, hogy jeleznék eredetét; Basilio Valentino írásaiban megemlítik a cinkumot is.
Ennek ellenére a későbbi értekezésekben a cinkre való gyakori hivatkozások különböző nevekkel általában az ásványi anyagokra, nem pedig a szabad fémre vonatkoznak, és néha összetévesztik a bizmutmal.
Johann Kunkel 1677-ben és valamivel később Stahl 1702-ben azt jelzi, hogy a réz és kalamin réz előállításakor ez utóbbi a szabad fém, a cink állapotára redukálódik, amelyet Anton von Swab kémikus 1742-ben és Andreas Marggraf izolált. 1746-ban, akinek alapos és módszertani munkája a cink valódi ércéből való kinyerésének módszerével, a kalamin cementálta a cink kohászatát és a fém felfedezőjének hírnevét.
1743-ban Bristolban megalapították az első ipari méretű fémolvasztó létesítményt, de eljárását titokban tartották, így 70 évbe telt, mire Daniel Dony kidolgozott egy ipari eljárást a fém kitermelésére, és az első gyár létrejött az Európai kontinens. A flotációs technika kidolgozása után a cink-szulfid a kalaminná vált, mint fő érc. A flotációs módszert ma különböző fémek előállítására használják.
Alkalmazások
Cink-oxid. A cink fő felhasználási területe - az éves fogyasztás mintegy 50% -a - az acél horganyzása, hogy megvédje a korróziótól, hatékony védelem akkor is, ha a bevonat megreped, mivel a cink áldozati anódként működik. Egyéb felhasználások közé tartozik
- A repülőgépiparban rakétákhoz és űrkapszulákhoz használt Zn-AgO akkumulátorok az egységnyi tömegre jutó optimális teljesítmény érdekében, valamint cink-levegő akkumulátorok laptopokhoz.
- Befecskendezett öntöttvas alkatrészek az autóiparban.
- Nemesfém kohászat és ezüst eltávolítása ólomból.
Biológiai szerep
A cink nélkülözhetetlen kémiai elem az emberek és bizonyos állatok számára. Az emberi test körülbelül 40 mg cinket tartalmaz kilogrammonként, és számos enzim működik a segítségével: beavatkozik a fehérjék és a nukleinsavak anyagcseréjébe, serkenti körülbelül 100 enzim aktivitását, hozzájárul az immunrendszer megfelelő működéséhez, szükséges a sebgyógyulás érdekében beavatkozik az íz- és szagérzékelésbe, valamint a DNS-szintézisbe.
A fém megtalálható az inzulinban, a cink ujjfehérjéiben és különféle enzimekben, például a szuperoxid-dismutázban. A cink különféle ételekben található meg, például osztrigában, vörös húsban, baromfiban, néhány halban és kagylóban, babban és dióban. Az ajánlott napi cinkfogyasztás felnőtteknél körülbelül 20 mg, csecsemőknél, gyermekeknél és serdülőknél alacsonyabb (alacsony testsúlyuk miatt), és terhes nőknél és szoptatás alatt valamivel magasabb.
A cinkhiány károsítja az immunrendszert, lassítja a növekedést és hajhulláshoz, hasmenéshez, impotenciához, szem- és bőrkárosodáshoz, étvágytalansághoz, fogyáshoz, késleltetett sebgyógyuláshoz és szaglásbeli rendellenességekhez vezethet.
Az okok, amelyek cinkhiányt okozhatnak, a hiányos bevitel és az ásványi anyag felszívódásának hiánya - az alkoholizmus esete, amely elősegíti a vizeletben történő eliminációt, vagy vegetáriánus étrend, amelyben a cink felszívódása 50% -kal alacsonyabb, mint a húsé. emésztési rendellenességek miatti túlzott megszüntetésére.
A túl sok cink alacsony rézszinttel, a vasfunkció megváltozásával, az immunfunkció csökkenésével és a jó koleszterinszinttel társult. Úgy gondolják, hogy a Scorpions csípője 1/4 rész tisztaságú cinket tartalmaz.
Bőség és megszerzés
A cink a földkéreg 23. leggyakoribb eleme. A leggazdagabb bányák körülbelül 10% vasat és 40-50% cinket tartalmaznak. Az ásványi anyagok, amelyekből kivonják, a következők: cink-szulfid, amelyet az Egyesült Államokban szhaleritnek neveznek, és Európában keveréknek; smithsonite (karbonát) az Egyesült Államokban, de calamine Európában; hemimorfit (szilikát) és franklinit (oxid).
Az Egyesült Államok Geológiai Intézetének (USGS) éves jelentésében szereplő információk szerint a becslések azt mutatják, hogy a gazdaságilag hasznosítható cinktartalékok 2009-ben világszerte elérték a 220 millió tonnát. Elterjedt Kína, az Egyesült Államok, Peru és Kazahsztán között.
Az ismert készletek (beleértve azokat is, amelyek kiaknázása ma nem gazdaságos) megközelítik a 2 milliárd tonnát. A cinkgyártás az ásvány kitermelésével kezdődik, amely mind a nyílt gödörben, mind a föld alatti lerakódásokban kivitelezhető. A kivont ásványi anyagokat ezután összetörik és flotációs eljárásnak vetik alá a koncentrátum megszerzéséhez.
A magas vastartalmú ásványokat száraz módszerekkel kezelik: először a koncentrátumot megpirítják, hogy a szulfidot oxiddá alakítsák, amit kalcinának neveznek, majd a fém megszerzésével szénnel redukálják (a redukálószer a gyakorlatban a képződött szén-monoxid).
A reakciók mindkét szakaszban a következők:
2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2
ZnO + CO → Zn + CO2
A cink-oxid csökkentésének másik egyszerűbb és olcsóbb módja a Carbon, mindkettő elhelyezve; 2 mol vagy moláris adag cink-oxid (ZnO) és egy mol szén (C) vákuumtartályban, hogy megakadályozza a fém meggyulladását a levegővel, amikor megtisztul, és ismét cink-oxidot eredményez. Az egyik szakaszban a cink-oxid redukcióját a következőképpen fejezzük ki:
2 ZnO + C → 2 Zn + CO2
Nedves úton először a pörkölést hajtják végre, így híg kénsavval kimosott oxidot kapunk; a kapott lúgokat a különféle jelenlévő fázisok elválasztásával tisztítjuk.
A cink-szulfátot ezt követően elektrolízisnek vetik alá ólomanóddal és alumínium katóddal, amelyre a cink lerakódik, és néhány milliméter vastag lemezeket képez, amelyeket időről időre eltávolítanak. A kapott katódokat megolvasztják és a fémet öntik kereskedelmi célokra. Melléktermékként különböző fémeket kapnak, például higanyot, germánium-oxidot, kadmiumot, aranyat, ezüstöt, rézet és ólmot az ásványi anyagok összetételétől függően.
Az ásványi anyag pörkölésénél kapott kén-dioxidot kénsav előállításához használják fel, amelyet a csurgalékvízben újrafelhasználnak, és a keletkezett többletet értékesítik. A kapott cinktípusokat az ASTM szabvány szerint osztályozzák tisztaságuk szerint:
- SHG, Speciális magas fokozat (99,99%)
- HG, magas fokozat (99,90%)
- PWG Prime Western Grade (98%)
Az EN 1179 szabvány öt Z1 – Z5 osztályt vesz figyelembe, cinktartalom 99,995% és 98,5% között van, és Japánban és Ausztráliában vannak ezzel egyenértékű szabványok. Mindegyikük harmonizálása érdekében a Nemzetközi Szabványügyi Szervezet 2004-ben kiadta az elsődleges cink osztályozására és követelményeire vonatkozó ISO 752 szabványt.
Biokémia
A legszélesebb körben használt ötvözetek az alumínium (3,5–4,5%, Zamak; 11–13%, Zn-Al-Cu-Mg; 22%, a Prestal, a szuperplaszticitást mutató ötvözet) és a réz (körülbelül 1%), amelyek javítják a mechanikai tulajdonságokat a cink jellemzői és formázási képessége. Különböző ötvözetek, főleg réz, például sárgaréz (3–45% cink), nikkelezüst (Cu-Ni-Zn) és bronzöntvény (Cu-Sn) alkotórésze.
A cink-oxid a legismertebb és iparilag használt, különösen fehér festékalapú pigmentek alapjaként, de a gumiiparban és a naptejekben is. További fontos vegyületek: cink-szulfát (mezőgazdasági tápanyagok és bányászati felhasználás), cink-klorid (dezodorok) és cink-szulfid (lumineszcens festékek).
A természetesen előforduló cink négy stabil izotópból áll: Zn-64 (48,6%), Zn-66, Zn-67 és Zn-68. Huszonkét radioizotópot jellemeztek, amelyek közül a legstabilabbak a Zn-65 és a Zn-72, felezési ideje 244,26 nap, illetve 46,5 óra; a többi radioaktív izotóp felezési ideje kevesebb, mint 14 óra, többségük kevesebb, mint egy másodperc. A cinknek négy metastabil állapota van.
Óvintézkedések
A cinkfém nem tekinthető mérgezőnek, de egyes vegyületei, például az oxid és a kén igen. Az 1940-es években megfigyelték, hogy a horganyzott acél felületén idővel "cinkbajok" képződik, amelyek a környezetbe kerülve rövidzárlatot és meghibásodást okozhatnak az elektronikus alkatrészekben. Ezek a bajuszok inkubációs periódus után alakulnak ki, amely napokig vagy évekig tarthat, és évente nagyságrendileg nőhet.
Ezeknek a bajuszoknak a problémája az idők folyamán súlyosbodott, mivel számítógépes helyiségeket és számítógépes berendezéseket építettek az emelt padlókra, hogy megkönnyítsék azokat a huzalozásokat, amelyekben a horganyzott acél használata mind a tartószerkezetben, mind a burkolólapok hátuljában általános volt.
Ezeknek a helyiségeknek az életkora, sok esetben 20 vagy 30 év, veszélyes mennyiségben és hosszúságú haj létezéséhez vezet, amely számítógépes hibákat okozhat. Ezenkívül a berendezés fokozatos miniatürizálása csökkenti a meghibásodáshoz szükséges hosszúságot, és a kis üzemi feszültségek megakadályozzák a fémolvadási hőmérséklet elérését, krónikus meghibásodásokat okozva, amelyek akár időszakosak is lehetnek.
A cink egészségre gyakorolt hatása
A cink egy nagyon gyakori anyag, amely természetesen előfordul. Sok étel bizonyos koncentrációban tartalmaz cinket. Az ivóvíz bizonyos mennyiségű cinket is tartalmaz. Ami nagyobb lehet, ha fémtartályokban tárolják. Ipari források vagy mérgező hulladékok okozhatják az ivóvízben lévő cink szintjét, amely problémákat okoz.
A cink olyan nyomelem, amely nélkülözhetetlen az emberi egészség szempontjából. Ha az emberek rosszul szívják fel a cinket, étvágytalanságot, érzékenység, íz és szag csökkenését tapasztalhatják. Apró sebek és bőrkiütések. A cink felhalmozódása akár születési rendellenességekhez is vezethet.
Még az emberek is elviselik az arányosan nagy mennyiségű cinket, bár a túl sok cink egészségügyi problémákat okozhat, például gyomorfekélyt, bőrirritációt, hányást, hányingert és vérszegénységet. A magas cinkszint károsíthatja a hasnyálmirigyet, megzavarhatja a fehérje anyagcseréjét, és arterioszklerózist okozhat.
A cink-klorát intenzív expozíciója légzési rendellenességeket okozhat. A munkahelyi környezetben a cinkkel való érintkezés a fémláz néven ismert influenzát okozhatja, amely két nap múlva elmúlik, és a túlérzékenység okozza. A cink károsíthatja a magzatokat és az újszülötteket. Amikor anyjuk nagy koncentrációban felszívja a cinket, a gyermekek anyjuk vérén vagy tején keresztül ki vannak téve annak.