Физические и химические свойства цинка. Химические свойства цинка и его соединений

Дата: 13.10.2019

Этот голубовато-белый металл, быстро тускнеющий (окисляющийся) на воздухе, своё название получил от великого Парацельса. «Zincum» означает «зубец», а ведь именно так выглядят под микроскопом кристаллиты цинка (Zn). Известный еще с VII в. в качестве сплава с медью, он, тем не менее, в чистом виде в месторождениях не встречается. Zn содержится в шестидесяти шести минералах, из которых его и выделяют различными путями. Наиболее распространенный метод описан в трудах немецкого ученого XVIIIв. А. С. Маргграфа, который предложил выделять чистый цинк методом безвоздушного прокаливания его окиси с углем со следующей затем конденсацией паров в холоде.

Свойства цинка

По своим физическим свойствам цинк – металл серебристо-белых оттенков – весьма пластичен при температурах выше 100°C. Остывая до комнатной температуры, он становится хрупким, при надломе слышится характерный треск «зубьев» – кристаллитов. Химические свойства ценны тем, что позволяют по-разному реагировать на кислоты и щелочи в зависимости от степени его чистоты, т.е. соединения цинка в совокупности с другими химическими элементами образуют амфотерные композиции: галогениды, фосфиды, нитриды и т.д. Zn безразличен к влиянию водорода, азота, углерода, кремния и ряда других элементов.

С биологической точки зрения цинк, сконцентрированный в мышцах, печени и поджелудочной железы, участвует процессах метаболизма (находясь в четырехстах различных ферментах человека), в синтезе инсулина, тестостерона, гормонах роста.

Один из основных (40-60%) защитных методов стальных изделий от коррозийных процессов – применение оцинковки и металлизации емкостей, металлоконструкций. Но, разумеется, применяется Zn на многих производствах, в частности:

чистый – при восстановлении золота и серебра из свинца с примесями из других металлов
для батарей и аккумуляторов (в присадках к серебру, марганцу, ртути, никелю)
в полиграфии для тиражирования рисунков, гравюр, эстампов (цинкография)
в качестве флюсов, чтобы снизить температуру при пайке
в здравоохранении как противовоспалительное и антисептическое средство
для лакокрасочного производства (цинковые белила)
в машиностроительной отрасли – для деталей с точным литьем в сплавах с медью (латунь), алюминием и магнием
в производстве сплавов с различными характеристиками
в производстве шин
в электронной промышленности (панели, световые экраны) и др.

Мировой рынок цинка

Крупнейшие залежи цинка расположены в Австралии и Боливии. Известны также иранские, казахстанские, китайские, канадские залежи. Россия обладает примерно 14,4% запасов цинковых руд, однако производство цинка в основном сосредоточено в Канаде, Китае, Австралии, которые на мировом рынке являются крупнейшими экспортерами.

Данные 2014 г. демонстрируют дефицит цинка на глобальном рынке в 309000 тонн, что, возможно, поднимет цену с сегодняшних $2100 до $2400 за тонну. В России, в зависимости от вида продукции и производителя, цена держится в тех же пределах, что и на мировом рынке, и составляет от 75 тыс. до 159 тыс. рублей. Крупнейшим производителем цинка в РФ является ОАО «Челябинский цинковый завод».

Цинк - самый молодой из тяжелых цветных металлов, и если в начале XIX в. его производство не превышало 900 т в год, то в настоящее время производство цинка только в зарубежных странах составляет около 6 млн. т в год.

Цинк занимает особое место среди металлов, применяемых в промышленности. Как конструкционный материал нелегированный цинк не нашел широкого применения, так как обладает недостаточно благоприятным комплексом механических, физических и технологических свойств. Однако дополнительное легирование цинка различными элементами существенно повышает вышеуказанные свойства и характеристики. Поэтому значительная часть цинка (до 20%) идет на приготовление цинковых сплавов, в которых основными легирующими компонентами являются алюминий и медь; широко используется цинк и для производства медных сплавов (латуни).

В зависимости от марки цинк используют для цинкования стали, получения цинковых сплавов, изготовления цинковых полуфабрикатов, а также для получения цинковых соединений.

Примерно 30% цинкового проката составляют цинковые листы общего назначения, которые подразделяются по толщине на четыре группы: 0,15-0,4 мм; 0,5-0,9 мм; 1,0-1,2 мм; 1,5 мм и более. Цинковые листы используют при изготовлении химических источников тока, оцинкованной посуды и др. Из цинковых листов изготавливают печатные формы к ротационным машинам в полиграфической промышленности. Цинковые аноды применяют для оцинкования деталей гальваническим способом. Большое количество цинковых листов расходуется в строительстве на кровельные покрытия, на изготовление труб, сточных желобов.

Наиболее широкое распространение цинк получил в качестве покрытия для предотвращения коррозии железа и сплавов на его основе (сталей). Для этой цели расходуется до 50 % получаемого промышленностью цинка. Цинкование - нанесение цинка или его сплавов на поверхность металлического изделия - применяется для защиты от коррозии стальных листов, проволоки, ленты, крепежных деталей, деталей машин и приборов, арматуры и трубопроводов.

Первоначально цинковое покрытие получали методом погружения детали в расплавленный цинк, так называемым горячим методом, который для крупногабаритных изделий, например трубопроводов, не потерял своего значения и в настоящее время. Для получения тонких цинковых покрытий чаще всего применяют электролитическое цинкование деталей. Оба рассмотренных метода выполнимы только в цеховых условиях. Для улучшения защитных свойств цинковых покрытий и продления срока их службы поверхность покрытий дополнительно пассивируют (фосфатируют, хроматируют), промасливают или окрашивают. На основании высоких защитных свойств цинковых покрытий были проделаны работы, направленные на создание способов их нанесения не в цеховых условиях, а на объекте без демонтажа изделий. Были созданы газотермические и другие способы напыления. Но хотя их применение позволило резко улучшить свойства покрытий, проблема упрощения нанесения покрытий оставалась не до конца разрешенной в условиях эксплуатации металлоконструкций и изделий. В связи с этим представляло интерес создание способов нанесения цинковых покрытий, по своей простоте и доступности не отличающихся от способов нанесения лакокрасочных материалов.

Были разработаны и получили достаточно широкое распространение цинкполимерные и цинксиликатные материалы, содержание цинка в которых составляет от 80 до 98 %. Такие цинксодержащие материалы наносят на защищаемые конструкции с помощью установок для распыления лакокрасочных материалов. Получаемые покрытия обладают более высокими изолирующими свойствами, чем металлические цинковые покрытия, повышают надежность защиты конструкций от коррозии и позволяют расширить области применения цинка и его сплавов для неконструкционных целей. Следует отметить, что цинкнаполненные покрытия могут служить для восстановления нарушенных участков металлических покрытий непосредственно на металлоконструкциях и изделиях без их демонтажа.

Цинковые покрытия получили широкое применение для различных металлоконструкций и изделий, эксплуатирующихся при коррозионном воздействии природных сред - атмосферы, морской, речной, озерной, пластовой, подтоварной воды, грунта, а также нейтральных и слабощелочных водных растворов. В зависимости от свойств коррозионной среды и состава металлических покрытий или осуществляется защита от коррозии путем изоляции поверхности, или проявляется протекторное действие покрытий при их нарушении. Цинкнаполненные покрытия позволили распространить применение цинка для крупногабаритных конструкций, например стационарных морских сооружений, танков и цистерн судов, плавучих и стационарных морских платформ, строительных сооружений, протяженных трубопроводов и коммуникаций и многих других металлоконструкций и изделий.

Одной из основных отраслей, потребляющих оцинкованный лист, является строительная индустрия: на нужды строительства расходуется до 65 % всего оцинкованного металла. Крупным потребителем оцинкованной стали является автомобильная промышленность. Преимущество применения оцинкованных листов в автомобильной и других отраслях промышленности в том, что создаются благоприятные условия для комплексной защиты стали от коррозии при наложении на металлическое покрытие слоя краски. Цинковое покрытие-идеальная основа под покраску, так как образующийся в местах пор основной карбонат цинка по объему мало отличается от цинка и поэтому не вызывает разрушения слоя краски.

На автомобильных заводах из оцинкованных полос и листов изготавливают днища, бензобаки, крышки багажников, надколесные кожухи, двери, глушители и др.

Потребление оцинкованных листов на душу населения составило в 1960 г.: в США 15,6 кг, в Японии 7,7 кг, в Англии 4,0 кг, по Франции 3,2 кг, в ФРГ 2,3 кг. К 1985 г. потребление продукции этого вида должно возрасти более чем в 3 раза.

Широкое применение находит цинк в виде разнообразных соединений. Некоторые соединения цинка служат красками, например окись цинка (цинковые белила), литопон (смесь сульфата бария и сульфида цинка). Краска, приготовленная из сульфида цинка, оказалась наилучшей для покрытия космических кораблей, так как она обладает наилучшими отражательными свойствами. Очень важным свойством обладает сульфид цинка, вспыхивающий под действием а-, в- и у-лучей, что позволяет использовать его для обнаружения всех типов радиации. Сульфид цинка, легированный медью и серебром, обладает люминесцентными свойствами и в смеси с сульфидом кадмия широко применяется для изготовления телевизионных трубок и экранов.

Сульфат и хлорид цинка применяют в медицине в качестве антисептических средств. Безводный хлорид цинка часто используют как дегидратирующее средство при проведении разнообразных реакций конденсации в органической химии; его широко используют в производстве органических красителей, ситцепечатании, для пропитки древесины. Двойную соль - аммонийцинкхлорид (NH 4) 2 ZnCl 2 -используют для паяльных целей. Окись цинка широко используют при производстве резины. Она улучшает качество резиновых шин и ряда других резиновых изделий.

В США в последние годы цинк находит широкое применение в качестве покрытия стартовых конструкций для запуска ракет. Огромное количество тепла, выделяющегося при сгорании топлива в ракете, частично поглощается при испарении цинкового покрытия, чем предохраняются от разрушения металлические части стартовых конструкций. Цинк употребляют в так называемых стабилизирующих устройствах, которые корректируют отклонения спутников при движении в космосе. Цинковые соединения широко используют в качестве источников энергии в космических кораблях (цинк-серебряные оксидные батареи).

В последнее время цинк получил заслуженное признание как основа протекторного материала, используемого в системах электрохимической защиты корпусных конструкций судов, нефтяных резервуаров, судовых систем, аппаратов и других металлоконструкций.

Основное назначение цинка - получение цинковых сплавов, цинковые сплавы в литейном производстве широко используются для изготовления отливок методом литья под давлением.

Цинковые сплавы плавят в пламенных и электрических тигельных печах и индукционных печах промышленной частоты с железным сердечником. Шихту готовят из свежих металлов, переплава отходов (до 60-70%) известного химического состава и лигатур (алюминий - медь, алюминий - магний и медь - алюминий).

Плавка цинковых сплавов производится в следующей последовательности: в разогретую до 400° С печь загружают переплав отходов, лигатуры, цинк и засыпают хорошо прокаленный древесный уголь. После расплавления тщательно перемешивают металл и при необходимости загружают оставшуюся часть цинка. Температура во время плавки не должна превышать 480° С. После полного расплавления металл вновь перемешивают и разливают в изложницы при температуре 400-460° С.

Наряду с известными областями и масштабами использования нелегированного цинка сплавы на основе цинка также находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства в качестве как конструкционного материала, так и неконструкционного.

В качестве конструкционного материала цинковые сплавы главным образом применяются: в приборостроении, в полиграфической промышленности, в авиационной промышленности, в автомобильной промышленности, в судостроении, для изготовления предметов домашнего обихода.

В качестве неконструкционного материала цинковые сплавы применяются: для литья анодов-протекторов, для изготовления припоев в производстве подшипников и гальванических элементов, как покрытия стальных листов.

Изделия, полученные различными способами литья и деформации, широко применяются в приборостроении, судостроении, авиационной, автомобильной и других отраслях промышленности. Успешное использование цинковых сплавов для конструкционных и неконструкционных целей обусловлено их физико-химическими, технологическими и эксплуатационными свойствами. Так, низкая температура плавления и высокие литейные свойства цинковых сплавов позволяют при литье под давлением и в кокиль получать отливки высокой прочности с поверхностью хорошего качества, практически не требующей дополнительной обработки. Благодаря указанным свойствам доля отливок из цинковых сплавов в общем объеме отливок, получаемых литьем под давлением, достаточно высока. Например, в автомобилестроении литейные цинковые сплавы применяют для отливок корпусов карбюраторов, насосов, рам спидометров, решеток радиаторов, различных декоративных деталей и т.п.

Цинковые сплавы также используют для отливки деталей стиральных машин, пылесосов, оборудования для кухни, конторских машин, корпусов электрических часов, печатных машин, кассовых аппаратов, смесителей для приготовления напитков и т.п. Для защиты от коррозии на поверхность цинковых отливок наносят защитные покрытия (краски, эмали, пластмассы). Хорошим защитным эффектом обладают электролитические покрытия медью, никелем и хромом. Полуфабрикаты из деформируемых цинковых сплавов достаточно легко подвергаются прессованию, прокатке и штамповке.

Цинковые полированные листы используют в полиграфической промышленности для изготовления печатных форм (клише) путем однократного травления.

В работе отмечается, что использование цинк-алюминиевых сплавов в производстве более выгодно экономически, чем алюминиевых сплавов и латуней. Указанные сплавы, имея высокую твердость, нашли широкое применение для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа. В связи с тем что сплавы не дают искрения, их можно использовать в огнеопасных производствах (шкивы, звездочки в шахтных подъемниках и т.п.). Кроме того, сплавы можно применять на производствах, где имеются пары бензина, т.е. с повышенной пожароопасностью. Эти сплавы могут работать также в подшипниках, заменяя латунь и бронзу.

В работе приводятся данные об использовании цинковых сплавов для получения высокоточных деталей стабильного качества с тонким рельефом. При переходе на изготовление из цинкового литья вентильных деталей газовой горелки, которые ранее вытачивались из латуни, произошло понижение стоимости изделий в 6 раз. Здесь же отмечается, что применение цинковых отливок для изделий радиопромышленности взамен пластмассовых деталей обеспечивает лучшее качество резьбы, повышает прочность и жесткость изделий, а также дает возможность заземлять изделия в радиоаппаратуре.

Цинковые сплавы успешно заменяют сплавы из литейного и ковкого чугуна, бронзы и некоторых алюминиевых сплавов.

Особое место занимают цинковые протекторные сплавы. В настоящее время они являются незаменимыми для целого ряда сложных и дорогостоящих конструкций практически во все развитых странах. Благодаря своим отличительным свойствам, которых не имеют другие протекторные материалы (сплавы на основе магния, алюминия, марганца), цинковые протекторные сплавы применяются в качестве протекторов для защиты от коррозии в морской, подтоварной, пластовой и других природных средах внутренней поверхности взрыво-пожароопасных помещений - танкеров и цистерн нефтеналивных судов, топливно-балластных цистерн судов всех назначений, нефте-резервуаров, судовых трубопроводов и систем, магистральных подземных нефтяных и газовых трубопроводов, ограниченных объемов и полостей, различных герметичных объемов, где не допускается накопление водорода, и других конструкций.

При многообразии условий эксплуатации протекторов электрохимические характеристики цинковых сплавов определяются величиной анодной плотности тока (рис.41), причем в подавляющем большинстве случаев рабочие режимы составляют 1-4 А/м 2 (заштрихованные области на рис. 41), при которых сплавы имеют высокие и стабильные значения потенциала и токоотдачи.

Независимо от закономерностей изменения свойств цинковых сплавов (см. рис. 41) для практического их применения нужны конструкции протекторов с заданным сроком службы и необходимой зоной защитного действия. Этих данных достаточно для проектирования и осуществления протекторной защиты. Вопросы эти имеют самостоятельное значение и достаточно хорошо освещены в литературе. Поэтому представляют интерес только данные, необходимые для грамотного применения протекторов из цинковых сплавов.

Несмотря на имеющуюся тенденцию к снижению выпуска отливок из цинковых сплавов, в дальнейшем прогнозируется рост их выпуска вследствие преимуществ этих сплавов при получении особо тонкостенных отливок и возможности нанесения хороших гальванических покрытий.

Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2012.08.15

Краткие обозначения:
σ в	- временное сопротивление разрыву (предел прочности при растяжении), МПа	ε	- относительная осадка при появлении первой трещины, %
σ 0,05	- предел упругости, МПа	J к	- предел прочности при кручении, максимальное касательное напряжение, МПа
σ 0,2	- предел текучести условный, МПа	σ изг	- предел прочности при изгибе, МПа
δ 5 ,δ 4 ,δ 10	- относительное удлинение после разрыва, %	σ -1	- предел выносливости при испытании на изгиб с симметричным циклом нагружения, МПа
σ сж0,05 и σ сж	- предел текучести при сжатии, МПа	J -1	- предел выносливости при испытание на кручение с симметричным циклом нагружения, МПа
ν	- относительный сдвиг, %	n	- количество циклов нагружения
s в	- предел кратковременной прочности, МПа	R и ρ	- удельное электросопротивление, Ом·м
ψ	- относительное сужение, %	E	- модуль упругости нормальный, ГПа
KCU и KCV	- ударная вязкость, определенная на образце с концентраторами соответственно вида U и V, Дж/см 2	T	- температура, при которой получены свойства, Град
s T	- предел пропорциональности (предел текучести для остаточной деформации), МПа	l и λ	- коэффициент теплопроводности (теплоемкость материала), Вт/(м·°С)
HB	- твердость по Бринеллю	C	- удельная теплоемкость материала (диапазон 20 o - T), [Дж/(кг·град)]
HV	- твердость по Виккерсу	p n и r	- плотность кг/м 3
HRC э	- твердость по Роквеллу, шкала С	а	- коэффициент температурного (линейного) расширения (диапазон 20 o - T), 1/°С
HRB	- твердость по Роквеллу, шкала В	σ t Т	- предел длительной прочности, МПа
HSD	- твердость по Шору	G	- модуль упругости при сдвиге кручением, ГПа

Цинк – это металл, стоящий в таблице Менделеева, под номером 30 и имеет обозначение Zn. Плавится при температуре 419 °С градусов, если же температура кипения 913 °С – начинает превращаться в пар. При температурном обычном режиме, состояние хрупкое, а при ста градусах начинает гнуться.

Цвет цинка сине-белый. При воздействии кислорода появляется окисление, а также покрытие карбоната, предохраняющего металл от дальнейшей реакции окисления. Появление на цинке гидроокиси обозначает то, что вода на химический элемент не действует.

Цинк — химический элемент, имеет свои отличительные свойства, преимущества и недостатки. Он широко применяется в повседневной жизни человека, в фармацевтике и металлургии.

Особенности цинка

Металл является необходимым и широко применяемым практически во всех отраслях повседневной жизни человека.

Добыча в основном, производится в Иране, Казахстане, Австралии, Боливии. В России изготовителем является ОАО «ГМК Дальполиметалл».

Это переходной металл, имеет степень окисления +2, радиоактивный изотоп, период полураспада 244 дня.

В чистом виде элемент не добывается. Содержится в рудах и минералах: клейофане, марматите, вюртците, цинките. Обязательно присутствует в сплаве с алюминием, медью, оловом, никелем.

Химические, физические свойства и характеристики цинка

Цинк – металл, обладает рядом свойств и характеристик, отличающих его от иных элементов периодической таблицы.

К физическим свойствам цинка относится его состояние. Основным фактором выступает температурный режим. Если при комнатной температуре это хрупкий материал, плотность цинка 7130 кг/м 3 (˃ плотности стали), который практически не гнётся, то при повышении он легко изгибается и прокатывается в листах на заводах. Если взять более высокий температурный режим – материал приобретает жидкое состояние, а если еще поднять температуру на 400-450 °С градусов, тогда он просто испарится. В этом уникальность – менять своё состояние. Если же подействовать кислотами и щелочами, он может рассыпаться, взорваться, расплавиться.

Формула цинка Zn – zincum. Атомная масса цинка 65.382 а.е.м.

Электронная формула: ядро атома металла содержит 30 протон, 35 нейтрон. В атоме 4 энергетических уровня – 30 электронов. (рис. строение атома цинка)1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 .

Кристаллическая решётка цинка – шестиугольная кристаллическая система с плотно прижатыми атомами. Данные решётки: A=2.66У, С=4.94.

Структура и состав цинка

Добытый и не переработанный материал имеет изотопы 64, 66, 67, электроны 2-8-18-2.

По применению среди всех элементов периодической таблицы металл стоит на 23 месте. В природе элемент выступает в виде сульфида с примесями свинца Pb, кадмия Cd, железа Fe, меди Cu, серебра Ag.

В зависимости от того, какое количество примесей, металл имеет маркировку.

Производство цинка

Как было сказано выше, чистого вида данного элемента в природе нет. Он добывается из иных пород, таких как руда – кадмий, галлий, минералы – сфалерит.

Металл получают на заводе. Каждый завод имеет свои отличительные особенности производства, поэтому оборудование для получения чистого материала различно. Оно может быть таким:

Роторы, расположенные вертикально, электролитные.
Специальные печи с достаточно высокой температурой для обжига, а также специальные электропечи.
Транспортёры и ванны для электролиза.

В зависимости от принимаемого метода добычи металла, задействовано соответствующее оборудование.

Получение чистого цинка

Как упоминалось выше – в природе чистого вида нет. В основном добыча производится из руд, в которых он идет с различными элементами.

Для получения чистого материала задействован специальный флотационный процесс с избирательностью (селективностью). После проведения процесса руда распадается на элементы: цинк, свинец, медь и так далее.

Добытый таким методом чистый металл обжигается в специальной печи. Там при определенных температурах сульфидное состояние материала переходит в оксидное. При обжиге выделяется газ с содержанием серы, направляемый для получения серной кислоты.

Есть 2 способа получения металла:

Пирометаллургический – идет процесс обжигания, после — полученная масса восстанавливается с помощью чёрного угля и кокса. Конечным процессом является отстаивание.
Электролитический – добытая масса обрабатывается серной кислотой. Полученный раствор подвергают электролизу, при этом металл оседает, его плавят в печах.

Выплавка цинка в печи

Температура плавления цинка в печи 419-480 °С градусов. Если же температурный режим превышен, тогда материал начинает испаряться. При данной температуре допускается примесь железа 0.05%.

При процентной ставке 0.2 железа, лист невозможно будет прокатать.

Применяются различные способы выплавки чистого металла, вплоть до получения цинковых паров, которые направляются в специальные резервуары и там вещество опадает вниз.

Применение металла

Свойства цинка позволяют его применение во многих сферах. В процентном соотношении:

Цинкование – до 60%.
Медицина – 10%.
Различные сплавы, содержащие данный металл 10%.
Выпуск шин 10%.
Производство красок – 10%.

А также применение цинка необходимо для восстановления таких металлов, как золото, серебро, платина.

Цинк в металлургии

Металлургическая промышленность задействует данный элемент периодической таблицы как основной для достижения определенных целей. Выплавка чугуна, стали является главной во всей металлургии страны. Но, данные металлы подвержены негативному влиянию окружающей среды. Без определенной обработки идет быстрое окисление металлов, что приводит к их порче. Наилучшей защитой служит оцинкование.

Нанесение защитной плёнки на чугун и сталь является лучшим средством от коррозии. На оцинкование уходит около 40% всего производства чистого материала.

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).

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.

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.

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.

Иные сферы применения цинка

Помимо оцинкования, металл применяется и в других сферах промышленности.

Цинковые листы. Для производства листа выполняется прокатка, в которой важна пластичность. Это зависит от температурного режима. Температура в 25 °С дает пластичность только в одной плоскости, что создает определенные свойства металла. Тут главное для чего изготавливается лист. Чем выше температура, тем тоньше получается металл. В зависимости от этого идет маркировка изделия Ц1, Ц2, Ц3. После этого из листов создаются различные изделия для автомобилей, профиля для строительства и ремонта, для полиграфии и так далее.
Цинковые сплавы. Для улучшенных свойств металлических изделий, добавляется цинк. Данные сплавы создаются при высоких температурах в специальных печах. Чаще всего производятся сплавы из меди, алюминия. Данные сплавы применяются для производства подшипников, различных втулок, которые применимы в машиностроении, судостроении и авиации.

В домашнем обиходе оцинкованное ведро, корыто, листы на крыше – это норма. Применяется цинк, а не хром или никель. И дело не только в том, что оцинкование дешевле, чем покрытие другими материалами. Это наиболее надёжный и продолжительный по службе эксплуатации защитный материал нежели, хром или другие применяемые материалы.

В итоге – цинк наиболее распространенный металл, применяемый широко в металлургии. В машиностроении, строительстве, медицине – материал применим не только как защита от коррозии, но и для увеличения прочности, продолжительного срока эксплуатации. В частных домах оцинкованные листы защищают крышу от осадков, в зданиях выравниваются стены и потолки гипсокартонными листами на основе оцинкованных профилей.

Практически у каждой хозяйки в доме есть оцинкованное ведро, корыто, которым она пользуется длительное время.

Одним из металлов, которые были открыты достаточно давно, но и по сей день не потеряли своей актуальности в использовании благодаря замечательным своим свойствам, является цинк. Его физические и химические свойства позволяют применять материал в самых разных отраслях техники и быта. Он оказывает существенное влияние и на здоровье человека.

Краткая история открытия элемента

Что такое цинк, люди знали еще до нашей эры. Ведь именно тогда научились применять сплавы, содержащие этот металл. Египтяне использовали руды, содержащие медь и цинк, сплавляли их и получали очень прочный, устойчивый к окислению материал. Были найдены предметы быта, посуда, выполненные из этого материала.

Название zinc встречается в трудах врача Парацельса в XVI веке нашей эры. В этот же период металл активно начинают использовать китайцы, отливая из него монеты. Постепенно знания об этом веществе и его хороших технических свойствах переходят в Европу. Тогда и в Германии, Англии также узнали, что такое цинк и где его можно использовать.

Латунь была одним из первых и самых известных сплавов, используемых еще с древних веков на Кипре, а позже в Германии и других странах.

Название происходит от латинского zincum, однако этимология не совсем ясна. Есть несколько версий.

От немецкого zinke, что переводится как "острие".
От латинского zincum, что означает "белый налет".
Персидский "ченг", то есть камень.
Древнегерманский zinco, что переводится, как "налет", "бельмо на глазу".

Сегодняшнее название элемент получил только в начале XX века. О значении ионов цинка в организме человека также стало известно лишь сравнительно недавно (XX век). До этого никакие недуги с этим элементом не связывали.

Однако известно, что уже в древности многие народы использовали супы из мяса молодого барашка как средство восстановления после болезни и для скорейшей поправки. Сегодня можно сказать, что эффект достигался за счет ионов цинка, которых в этом блюде содержится достаточно много. Он помогал восстановлению кровообращения, снятию усталости и активизировал мозговую деятельность.

Элемент Цинк: характеристика

Данный элемент располагается в периодической системе во второй группе, побочной подгруппе. Порядковый номер 30, масса Цинка - 65,37. Единственная и постоянная степень окисления +2. Электронная конфигурация внешнего слоя атома 4s 2 .

В таблице Цинк, Медь, Кадмий, Хром, Марганец и многие другие - это переходные металлы. К ним относятся все те, у которых электроны заполняют внешний и предвнешний d и f энергетические подуровни.

Соли цинка

Практически все соли, которые не являются двойными и комплексными, то есть не содержат посторонних окрашенных ионов, - это бесцветные Самыми популярными в плане использования человеком являются следующие из них.

Хлорид цинка - ZnCL 2. Другое название соединения - паяльная кислота. Внешне представляет собой белые кристаллики, хорошо впитывающие влагу воздуха. Используется для очищения поверхности металлов перед пайкой, получения фибры, в батарейках, для пропитки дерева перед обработкой в качестве дезинфектора.
Сульфид цинка. Белый порошок, быстро желтеющий при нагревании. Имеет высокую температуру плавления, в отличие от чистого металла. Используется при производстве люминесцирующих составов, наносимых на экраны, панели и прочие предметы. Является полупроводником.
- распространенная отрава, применяемая для избавления от грызущих животных (мышей, крыс).
Смитсонит, или карбонат цинка - ZnCO 3 . Бесцветное кристаллическое соединение, нерастворимое в воде. Применяется в нефтехимическом производстве, а также в реакциях получения шелка. Является катализатором в органических синтезах, используется в качестве удобрения для почв.
Ацетат цинка - (CH 3 COO) 2 Zn. Бесцветные кристаллы, хорошо растворимые во всех растворителях любой природы. Находит широкое применение как в химической, так и в медицинской и пищевой промышленности. Используется для лечения нозафарингита. Применяется в качестве пищевой добавки Е650 - освежает дыхание, предупреждает появление налета на зубах, когда входит в состав жвачки. Его же используют для протравливания красителей, консервации древесины, производства пластмасс и прочих органических синтезах. Практически везде играет роль ингибитора.
Йодид цинка - белые кристаллы, используемые в рентгенографии, в качестве электролита в аккумуляторах, как краситель для электронных микроисследований.
Черные или темно-зеленые кристаллы, которые невозможно получить прямым синтезом, так как цинк с азотом не реагирует. Образуются из аммиаката металла. При высоких температурах разлагается с высвобождением цинка, поэтому применяется для его получения.
Нитрат цинка. Бесцветные гигроскопичные кристаллы. Применение цинка в таком виде осуществляется в текстильной и кожевенной промышленностях для протравки тканей.

Сплавы цинка

Как уже упоминалось выше, существует самый распространенный сплав цинка - латунь. Именно он известен с самой древности и активно используется людьми до сих пор. Что же он собой представляет?

Латунь - это медь и цинк, которые гармонично сочетаются с несколькими другими металлами, придающими дополнительный блеск, прочность и тугоплавкость сплаву. Цинк в составе как легирующий элемент, медь - как основной. Цвет материала желтый, блестящий, однако на открытом воздухе во влажной среде способен чернеть. Температура плавления около 950 о С, может варьироваться в зависимости от содержания цинка (чем больше его, тем температура ниже).

Материал хорошо прокатывается в листы, трубы, сваривается контактным способом. Имеет хорошие технические характеристики, поэтому из него изготавливаются следующие элементы:.

Детали машин и различные технические приборы.
Гильзы и штампованные изделия.
Гайки, болты, патрубки.
Арматуры, втулки, антикоррозийные детали разных видов транспорта.
Детали часов.

Большая часть добываемого в мире рассматриваемого нами металла уходит именно на изготовление данного сплава.

Еще один вид интерметаллического соединения - антимонид цинка. Формула его Zn 4 Sb 3. Это также сплав, который используется как полупроводник в транзисторах, тепловизорах, магниторезистивных устройствах.

Очевидно, что применение цинка и его соединений очень широко и практически повсеместно. Данный металл так же популярен, как медь и алюминий, серебро и золото, марганец и железо. Особенно велико его значение в технических целях как антикоррозионного материала. Ведь именно цинком покрываются разные сплавы и изделия для защиты от этого разрушающего природного процесса.

Биологическая роль

Что такое цинк с точки зрения медицины и биологии? Имеет ли он значение для жизни организмов и насколько оно велико? Оказывается, ионы цинка просто обязательно должны присутствовать в живых существах. Иначе дефицит приведет к следующим последствиям:

анемии;
снижению инсулина;
аллергии;
потере веса и памяти;
утомляемости;
депрессии;
ухудшению зрения;
раздражительности и другим.

Основные места концентрации ионов цинка в организме человека - это печень и мышцы. Также именно этот металл входит в состав большинства ферментов (например, карбоангидраза). Поэтому большинство реакций катализа происходит при участии цинка.

Что именно делают ионы?

Участвуют в синтезе мужских гормонов и семенной жидкости.
Способствуют усвоению витамина Е.
Участвуют в расщеплении молекул алкоголя в организме.
Являются непосредственными участниками синтеза многих гормонов (инсулина, гормона роста, тестостерона и других).
Принимает участие в кроветворении и заживлении поврежденных тканей.
Регулирует секрецию сальных желез, поддерживает нормальный рост волос и ногтей, способствует регенерационным процессам в коже.
Обладает способностью устранять из организма токсины и укреплять иммунитет.
Влияет на формирование вкусовых ощущений, а также обоняния.
Принимает участие в процессах транскрипции, обмене витамина А, нуклеиновых синтезах и распадах.
Является участником всех стадий роста и развития клетки, а также сопровождает процесс экспрессии гена.

Все это еще раз доказывает, насколько важным элементом является данный металл. Роль его в биологических системах была выяснена только в XX веке. Многих неприятностей и недугов в прошлом можно было бы избежать, если бы люди знали о лечении при помощи препаратов на основе цинка.

Каким же образом можно поддерживать нужное количество этого элемента в организме? Ответ очевиден. Необходимо употреблять продукты, содержащие цинк. Список может быть длинным, поэтому укажем только те, в которых максимальное количество рассматриваемого элемента:

орехи и семечки;
бобовые;
мясо;
морепродукты, особенно, устрицы;
злаки и хлеб;
молочная продукция;
зелень, овощи и фрукты.

Использование человеком

Мы уже в целом обозначали, в каких отраслях и областях промышленности используется цинк. Цена на этот металл и его сплавы достаточно высока. Например, лист латуни размером 0,6 х 1,5 приблизительно оценивают в 260 рублей. И это вполне оправданно, ведь качество материала достаточно высокое.

Итак, металлический цинк, то есть как простое вещество, используется:

для покрытия против коррозии на железных и стальных изделиях;
в аккумуляторах;
типографии;
в качестве восстановителя и катализатора в органических синтезах;
в металлургии для выделения других металлов из их растворов.

Используется не только в косметических целях, о которых мы уже упоминали, но и в качестве наполнителя при производстве резины, как белый пигмент в красках.

О том, где используются различные соли цинка, мы говорили при рассмотрении этих соединений. Очевидно, что в целом цинк и его вещества - это важные и значимые в промышленности, медицине и других отраслях компоненты, без которых многие процессы оказались бы невозможными или сильно затрудненными.

Роль цинка в организме человека

Среднее содержание цинка – 2-3 грамма. Часть его накапливается в мышечной и костной ткани, 20% - в кожных покровах. Этот микроэлемент содержится в лейкоцитах, эритроцитах, сперме, в предстательной и поджелудочной железе и печени. Входит в состав порядка 400 ферментов, самый изученный – карбоангидраза. Белок, содержащий цинк, находится в эритроцитах. Он расщепляет углекислоту на угольную кислоту и гидрокарбонат с целью утилизации из организма. Чистый углекислый газ в кровяном русле образует газовые пробки, а вот его производная – угольная кислота, водорастворима и легко разлагается под воздействием фермента.

Функции цинка в организме:

Участвует в расщеплении и синтезе углеводов, белков и жиров.
Входит в состав гормонов, антител, лейкоцитов, повышает иммунитет.
Повышает регенеративные способности организма.
Осуществляет детоксикацию двуокиси углерода из организма.
Влияет на формирование мужских половых гормонов, поддерживает здоровье простаты.
Участвует в обменных процессах щитовидной железы, надпочечников, яичников и гипофизе. Защищает от повреждений поджелудочную железу, нужен для секреции инсулина.
Способствует лучшему усвоению витамина Е , способствует обмену витамина А .
Благотворно влияет на здоровье зубов: цинк содержится в ферментах и клетках костной ткани.
Снимает воспаление, улучшает состояние кожи.
Способствует нормализации структуры рибосом, рибонуклеиновой и дезоксирибонуклеиновой кислот (РНК и ДНК), участвует в делении клеток.
В период беременности поступление в организм матери цинка влияет на формирование костной, сердечно-сосудистой, дыхательной, мочеполовой системы. При недостатке цинка повышается риск преждевременных родов или прерывания беременности.
Цинк необходим для нормального функционирования нервной системы и головного мозга. При нарушении обмена цинка повышается риск заболеть болезнью Альцгеймера.
Нормализует работу печени.
Поддерживает обонятельные и вкусовые рецепторы, благотворно влияет на органы зрения.
Участвует в образовании соляной кислоты в ЖКТ (желудочно-кишечный тракт), поддерживает кислотно-щелочной баланс.

Серьезная нехватка цинка чревата нарушениями работы внутренних желез, обменных процессов, увеличивается риск новообразований. У беременных могут наступить преждевременные роды, появиться атонические кровотечения, долго будет сокращаться маточная мускулатура. Цинк активно используют для лечения заболеваний нервной, мочеполовой и кровеносной системы.

Животные и растительные источники цинка

Растительные источники (табл. 1):

Овощи: брокколи, морковь, цветная капуста, редис, салат, шпинат. А также кукуруза, лук зеленый, спаржа, картофель и помидоры.
Фрукты и ягоды: цитрусовые, яблоки, смородина, черника. А также малина, слива, вишня, груша, персик и др.
Орехи (грецкие, арахис, кедровые, кешью, кокос).
Сухофрукты (инжир, чернослив, финики, курага).
Крупы: коричневый рис, ячмень, отруби пшеничные, гречка, овсянка.
Семена подсолнечника и тыквы.
Грибы.
Зеленый чай, какао.
Бобовые (горох, фасоль, чечевица).
Дрожжи.

Животные источники (табл.1):

Мясо курицы, кролика, молодая баранина и телятина.
Рыба (хек, камбала, треска, тунец и др.). Морепродукты (устрицы, креветки, мидии).
Молоко, твердый сыр, творог.
Яйца.
Субпродукты (сердце, говяжий язык, печень).

Таблица 1. Содержание цинка в продуктах


Мидии	60
Отруби пшеничные	16
Печень говяжья (обработанная)	15
Говядина	8
Семечки тыквы	7,5
Кедровые орехи	6,5
Бобы	4,2
Кешью	4
Шпинат	3,8
Овсяная каша	3
Миндаль	2,1
Мясо птицы	2-2,4
Фасоль	1,2
Курага	0,75
Лук зеленый	0,4
Авокадо	0,3

Совет специалиста. Крупы лучше употреблять необработанные. После шлифовки риса, к примеру, содержание в нем цинка снижается на 80%. Не забывайте разнообразить свой рацион животными продуктами, они усваиваются лучше

Кулинарная обработка также ведет к потере этого ценного минерала. Старайтесь употреблять больше овощей и фруктов в свежем виде.
Мясные продукты стоит тушить или готовить на пару, не жарить и не переваривать.
Если не любите овощи и фрукты, пейте свежеотжатые соки. В них концентрация цинка выше.
Забудьте о кашах быстрого приготовления, все полезное из них было уничтожено во время обработки. Суточная норма употребления цинка подана в таблице 2.

Таблица 2. Суточная норма цинка

Взаимодействие с другими элементами

Органический цинк накапливается в небольших дозах. Адсорбция происходит в ЖКТ, преимущественно в тонком кишечнике. Интересен тот факт, что из продуктов животного происхождения цинк усваивается быстрее, чем из фруктов и овощей. В последнем случае ему мешает фитиновая кислота, которая с цинком образует нерастворимые солевые соединения.

Особенности совместимости цинка:

Хорошо совместим с витамином А , он улучшает усвояемость и биологическую доступность цинка.
Повышают свойства цинка ионы фосфора , лития и кальция (в небольших дозах).
Цинк не совместим с медью , поскольку они всасываются через одни каналы.
Тяжелые металлы (свинец, кадмий) вытесняют цинк из организма.
Цинк нельзя принимать одновременно с железом , оловом и марганцем, тогда он усваивается хуже.
Работает в тандеме с витамином Е . Чаще всего дефицит цинка и витамина Е диагностируется одновременно.
Препараты тетрациклиновой группы также вытесняют цинк из организма.
Дополнительный прием фолиевой кислоты замедляет усвоение микроэлемента.
Цинк несовместим с Аспирином.
Гистидин и цистеин – аминокислоты, которые содержатся в продуктах животного происхождения. Они улучшают всасывание цинка.

Дефицит цинка

Существует 3 формы дефицита цинка: острая, подострая и хроническая. Последний вариант также связывают с врожденным энтеропатическим акродерматитом.

Нехватка цинка проявляется следующими симптомами:

Быстрая утомляемость, снижение концентрации, бессонница, нервные расстройства.
Ухудшение зрения, утрата вкусовых ощущений.
Потеря аппетита, похудение.
Расстройство желудка.
Малокровие.
Проблемы с кожей: появление аллергических высыпаний, язв, экзем, дерматитов. Ногти расслаиваются, на них заметны пятнышки белого цвета.
Тусклые и безжизненные волосы, перхоть, очаговое облысение.
Понижение инсулина в крови, повышается риск заболеть сахарным диабетом.
У детей гипогонадизм, нарушение полового созревания.
У мужчин возможны проблемы с сексуальной активностью, нарушение работы предстательной железы, у женщин – бесплодие.
Снижение иммунитета.
Для беременных дефицит цинка чреват преждевременными родами.

Дефицит цинка появляется, если человек получает из еды менее 7 мг. Прежде всего, нужно скорректировать рацион, добавив в него мясо, рыбу и морепродукты. Не забывайте о свежих овощах и фруктах. Принимать минеральные комплексы нужно только по назначению врача и в прописанной им дозировке

Избыток цинка в организме

Причины избытка цинка:

Работа на вредном производстве с соединениями цинка.
Неконтролируемый прием препаратов, содержащих этот микроэлемент.
Нарушения цинкового обмена.

Важно! Продолжительный прием цинкосодержащих препаратов (более 100 мг в день) чревато появлениями эрозий, язв и снижением иммунитета. Доза в 200 мг – сильное рвотное средство

Симптоматика избытка цинка:

Ухудшение иммунитета.
Патологии волос, ногтей и кожи.
Частая тошнота, боли в желудке, расстройство стула.
Понижение уровня меди, кадмия и железа в организме.
Нарушение функций печени, простаты, поджелудочной железы.
Сладковатый привкус во рту, частая жажда.

Если отравление произошло вследствие контакта с испарениями цинка, это проявляется падением давления, судорогами, одышкой, тошнотой, болезненностью печени. Если вы заметили характерные симптомы, обратитесь к эндокринологу и сдайте анализы. В случае хронического или острого избытка микроэлемента медицинская помощь необходима. Детоксикация проводится препаратами Ацетилсалициловой кислоты, Унитиолом, Тиосульфатом.

Препараты с цинком

При выборе препарата обращайте внимание на то, какая форма вещества в него включена. В самых бюджетных сериях используются сульфаты, но они хуже воспринимаются организмом, чем хелат, ацетат, пиколинат или глицерат. Препараты выпускаются в разных формах:

Суппозитории.
Мази.
Капли.
Жевательные таблетки и пастилки.
Капсулы.
Таблетки в оболочке и без.
Шипучие таблетки.

Часто производители производят витаминные комплексы для отдельных групп:

Для мужчин: КомпливитСелмевит, Дуовит для мужчин, Цинк Хелат, Цинктерал и др.
Для женщин: ВитрумБьюти, Компливит сияние, Дуовит для женщин и др.
Для детей: Кальций+глюконат цинка, Витажуйки, Витамишки, Дуовит для детей, Витрум Юниор и др.

Принимать желательно за час до приема пищи или через 2 часа после. Не рекомендуется пить одновременно с антибиотиками, контрацептивами и прочими препаратами.

Цинк активно используется в ряде препаратов:

В ректальных свечах от геморроя (Релиф Ультра, Анузол).
В офтальмологических каплях (Офтальмол, Окуметил, Цинка сульфат).
В монопрепаратах (Фенюльс цинк, Цинктерал, Цинкозак, Цинк Пиколинат и др.).
В мазях (цинковая мазь и ее аналоги).

Цинк – удивительный и незаменимый элемент: смотрите видео ниже.