Цинк

Цинк

Општа својства
Име, симбол	цинк, Zn
Изглед	плавичаст
У периодном систему
Водоник Хелијум Литијум Берилијум Бор Угљеник Азот Кисеоник Флуор Неон Натријум Магнезијум Алуминијум Силицијум Фосфор Сумпор Хлор Аргон Калијум Калцијум Скандијум Титанијум Ванадијум Хром Манган Гвожђе Кобалт Никл Бакар Цинк Галијум Германијум Арсен Селен Бром Криптон Рубидијум Стронцијум Итријум Цирконијум Ниобијум Молибден Технецијум Рутенијум Родијум Паладијум Сребро Кадмијум Индијум Калај Антимон Телур Јод Ксенон Цезијум Баријум Лантан Церијум Празеодијум Неодијум Прометијум Самаријум Европијум Гадолинијум Тербијум Диспрозијум Холмијум Ербијум Тулијум Итербијум Лутецијум Хафнијум Тантал Волфрам Ренијум Осмијум Иридијум Платина Злато Жива Талијум Олово Бизмут Полонијум Астат Радон Францијум Радијум Актинијум Торијум Протактинијум Уранијум Нептунијум Плутонијум Америцијум Киријум Берклијум Калифорнијум Ајнштајнијум Фермијум Мендељевијум Нобелијум Лоренцијум Радерфордијум Дубнијум Сиборгијум Боријум Хасијум Мајтнеријум Дармштатијум Рендгенијум Коперницијум Нихонијум Флеровијум Московијум Ливерморијум Тенесин Оганесон – ↑ Zn ↓ Cd бакар ← цинк → галијум ‍
Атомски број (Z)	30
Група, периода	група 12, периода 4
Блок	d-блок
Категорија	постпрелазни метал, алтернативно се сматра прелазним металом
Рел. ат. маса (Ar)	65,38(2)
Ел. конфигурација	[Ar] 3d10 4s2
по љускама	2, 8, 18, 2
Физичка својства
Агрегатно стање	чврст
Тачка топљења	692,68 K ​(419,53 °‍C, ​787,15 °F)
Тачка кључања	1180 K ​(907 °‍C, ​1665 °F)
Густина при с.т.	7,14 g/cm3
течно ст., на т.т.	6,57 g/cm3
Топлота фузије	7,32 kJ/mol
Топлота испаравања	115 kJ/mol
Мол. топл. капацитет	25,470 J/(mol·K)
Напон паре P (Pa) 100 101 102 на T (K) 610 670 750 P (Pa) 103 104 105 на T (K) 852 990 1179
Атомска својства
Оксидациона стања	−2, 0, +1, +2 (амфотерни оксид)
Електронегативност	1,65
Енергије јонизације	1: 906,4 kJ/mol 2: 1733,3 kJ/mol 3: 3833 kJ/mol (остале)
Атомски радијус	134 pm
Ковалентни радијус	122±4 pm
Валсов радијус	139 pm
Спектралне линије
Остало
Кристална структура	​збијена хексагонална (HCP)
Брзина звука танак штап	3850 m/s (на с.т.) (rolled)
Топл. ширење	30,2 µm/(m·K) (на 25 °‍C)
Топл. водљивост	116 W/(m·K)
Електрична отпорност	59,0 nΩ·m (на 20 °‍C)
Магнетни распоред	дијамагнетичан
Магнетна сусцептибилност (χmol)	−11,4·10−6 cm3/mol (298 K)
Јангов модул	108 GPa
Модул смицања	43 GPa
Модул стишљивости	70 GPa
Поасонов коефицијент	0,25
Мосова тврдоћа	2,5
Бринелова тврдоћа	327–412 MPa
CAS број	7440-66-6
Историја
Откриће	индијски металурзи (пре 1000 год. п. н. е.)
Прва изолација	Андреас Сигисмунд Марграф (1746)
Препознат као јединствени метал заслугом	Расаратне Самукаје (800)
Главни изотопи
изотоп расп. пж. (t1/2) ТР ПР 64Zn 49,2% стабилни 65Zn syn 244 d ε 65Cu γ – 66Zn 27,7% стабилни 67Zn 4,0% стабилни 68Zn 18,5% стабилни 69Zn syn 56 min β− 69Ga 69mZn syn 13,8 h β− 69Ga 70Zn 0,6% стабилни 71Zn syn 2,4 min β− 71Ga 71mZn syn 4 d β− 71Ga 72Zn syn 46,5 h β− 72Ga

Цинк (Zn, лат. zincum) хемијски елемент је из групе IIB, са атомским бројем 30. По неким аспектима цинк је хемијски сличан магнезијуму: оба елемента имају само једно оксидационо стање (+2), и јони Zn²⁺ и Mg²⁺ су сличне величине. Цинк је 24. најзаступљенији елемент у Земљиној кори и има пет стабилних изотопа. Најизобилнија руда цинка је сфалерит, минерал цинк сулфида. Највећа налазишта цинка су у Аустралији, Азији и Сједињеним Државама. Цинк се рафинира путем флотације руде пеном, топљења, и финалне екстракције користећи електричну струју.

Месинг, легура бакра и цинка у разним пропорцијама, је кориштена још од трећег миленијума п. н. е. у Егејској области, Ираку, Уједињеним Арапским Емиратима, Калмикији, Туркменистану и Грузији, и у другом миленијуму п. н. е. у Западној Индији, Узбекистану, Ирану, Сирији, Ираку, и Израелу/Палестини. Метални цинк није произвођен у великим количинама до 12. века у Индији, мада је био познат античким Римљанима и Грцима. Рудници у Раџастану су пружили дефинитивне доказе о продукцији цинка која датира уназад до 6. века п. н. е.. Тренутно најстарији докази о постојању чистог цинка потичу из Завара у Раџастану, из раног 9. века када је кориштен процес дестилације за добијање чистог цинка. Алхемичари су спаљивали цинк у ваздуху да би формирали оно што су они називали „филозофском вуном” или „снежно бело”.

Историја

Сфалерит, најчешћа руда цинка

Још у старом веку цинк је био основни материјал за производњу легуре месинга. Као самосталан метал, откривен је у Индији или Кини пре 1500. п. н. е., а у Европу је донет крајем 16. века. Већ 1679. године код немачког града Касела отвара се прва радионица за производњу месинга.

Сматра се да је фламански металург П.М. де Респур први екстраховао метални цинк из цинк-оксида 1668. године. Већ почетком 18. века, Етјен Франсоа Жофрој описује како се цинк-оксид кондензује у жуте кристале на жељезним шипкама које су стављене изнад цинкове руде при топљењу. У Британији, металург Џон Лејн је извео експеримент да истапања цинка 1726. године. Године 1738. британски металург Вилијам Чампион је патентирао процес екстракције цинка из каламина у вертикалној топионици. Његова технологија је донекле слична оној коју су користили у цинковим рудницима Завар у Раџастану, међутим нема доказа да је он посетио Индију. Чампионов процес се користио све до 1851. године.

Особине

Физичке

Метални цинк је блештавобео, неплеменити метал, који је на собној температури и изнад 200 °C доста крхак. На температурама између 100 и 200 °C је доста дуктилан и лако се може деформисати. Његов прелом је сребрено бео. Цинк се кристализује у хексагонском кугластом кристалном систему. Он се заправо простире вертикално по слојевима кугле, а размаци између атома цинка се међусобно незнатно разликују, унутар слоја 264,4 pm, а између слојева 291,2 pm.

Хемијске

Стајањем на ваздуху на површини цинка се формира отпорни заштитни слој састављен из цинк-оксида и цинк-карбоната (Zn₅(OH)₆(CO₃)₂). Због тога се цинк, и поред својих неплеменитих особина користи за заштиту од корозије (поцинкавање челичних предмета и слично). Цинк се раствара у киселинама дајући цинкове двовалентне соли а у базама даје цинкате [Zn(OH)₄]²⁻. Један изузетак је цинк високе чистоће (99,999%), који не реагује са киселинама. Цинк се у својим спојевима јавља готово искључиво са оксидационим бројем +2 (двовалентан).

Хемијски, цинк се убраја у неплемените метале (редокс потенцијал -0,763 волта). Ово се може искористити на примјер, да би се племенити и други метали издвојили у елементарном стању из својих соли путем редукције, као што је ова замена бакра цинком из соли бакра:

$\mathrm {Cu^{2+}+\ Zn\rightarrow Cu\downarrow +\ Zn^{2+}}$

Изотопи

Познато је укупно 29 изотопа цинка од ⁵⁴Zn до ⁸³Zn те још додатних десет нуклеарних изомера. Од њих, пет изотопа је стабилно ⁶⁴Zn, ⁶⁶Zn, ⁶⁷Zn, ⁶⁸Zn и ⁷⁰Zn и могу се наћи у природи. Не постоје природни радиоактивни изотопи цинка. Најчешћи изотоп је ⁶⁴Zn са 48,63% удела у природном односу изотопа. Након њега следе ⁶⁶Zn са 27,90%, ⁶⁸Zn са 18,75%, ⁶⁷Zn са 4,10%, и као најређи природни изотоп је ⁷⁰Zn са уделом 0,62%. Најстабилнији вештачки изотоп је бета и гама радијацијски изотоп ⁶⁵Zn са временом полураспада од 244 дана. Овај и нуклеарни изомер ^69m служе као средство за праћење (трасер) у нуклеарној медицини. Као једини природни изотоп ⁶⁷Zn се може доказати путем НМР спектроскопије.

Заступљеност

Заступљен је у земљиној кори у количини од 75 ppm у облику минерала - углавном ZnS, ZnO и смитсонита. Намирнице које су богате цинком су: остриге, посно месо и рибе, а има га има и у зрнастом хлебу.

Физичке и хемијске особине

Метални цинк је блештаво бео, крхак метал. На ваздуху подлеже оксидацији слично алуминијуму, али га слој оксида штити од даље корозије. Цинк је врло реактиван, како у киселој, тако и у базној средини.

Једињења

Најпознатије једињење цинка је његов оксид ZnO, који се користи као додатак за боје и лакове.

Примена

Од многих примена цинка, издвајамо следеће:

• Превлачење лима у циљу заштите од корозије
• Као састојак многих легура, посебно са бакром
• За електричне пећи
• За запрашивање биљних култура у баштама, јер има инсектицидно дејство.

Биолошки значај

Цинк је један од микроелемената и налази се у многим ензимима. Између осталог има удела и у минерализацији костију, синтези беланчевина, зарастању рана, утиче на рад имунолошког система, правилну расподелу инсулина и штедњу холестерола и витамина А. Има удела и у регулацији крвног притиска и срчаног ритма.

Одрасле особе дневно треба да га уносе у организам најмање 5 милиграма, а препоручује се око 15-20 милиграма.

Недостатак цинка узрокује: малокрвност, успоравање темпа раста, споро зарастање рана, запаљења коже... Недостатак цинка код деце изазива нижи раст и спорији умни развој.

Цинк делује као лек за болести желуца, реуматизам, кожне болести ...

Систематско узимање неких лекова и алкохола утиче на смањење количине цинка у човековом организму.

Соли цинк (II) изазивају рак уколико се уносе у великим количинама.

Галерија

• 
  Узорак цинка.
• 
  Цинк се на ваздуху превлачи слојем оксида.
• 
  Сагоревање цинка.
• 
  Немачки новац из 1921. године, направљен само од цинка.
• 
  Грумени цинка
• 
  Цинк
• 
  Хемијски јеж
• 
  Олово-цинкова руда
• 
  Цинкана фолија
• 
  Месингана коцка

Литература

• Chambers, William and Robert (1901). Chambers's Encyclopaedia: A Dictionary of Universal Knowledge (Revised изд.). London and Edinburgh: J. B. Lippincott Company. 
• Cotton, F. Albert; Wilkinson, Geoffrey; Murillo, Carlos A.; Bochmann, Manfred (1999). Advanced Inorganic Chemistry (6th изд.). New York: John Wiley & Sons, Inc. ISBN 978-0-471-19957-1. 
• contributors, CRC (2006). David R. Lide, ур. Handbook of Chemistry and Physics (87th изд.). Boca Raton, Florida: CRC Press, Taylor & Francis Group. ISBN 978-0-8493-0487-3. 
• Emsley, John (2001). „Zinc”. Nature's Building Blocks: An A-Z Guide to the Elements. Oxford, England, UK: Oxford University Press. стр. 499—505. ISBN 978-0-19-850340-8. 
• Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. (1997). Chemistry of the Elements (2nd изд.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-7506-3365-9. 
• Heiserman, David L. (1992). „Element 30: Zinc”. Exploring Chemical Elements and their Compounds. New York: TAB Books. ISBN 978-0-8306-3018-9. 
• Lehto, R. S. (1968). „Zinc”. Ур.: Clifford A. Hampel. The Encyclopedia of the Chemical Elements. New York: Reinhold Book Corporation. стр. 822–830. ISBN 978-0-442-15598-8. LCCN 68-29938. 
• United States National Research Council, Institute of Medicine (2000). Dietary Reference Intakes for Vitamin A, Vitamin K, Arsenic, Boron, Chromium, Copper, Iodine, Iron, Manganese, Molybdenum, Nickel, Silicon, Vanadium, and Zinc. National Academies Press. стр. 442—455. 
• Stwertka, Albert (1998). „Zinc”. Guide to the Elements (Revised изд.). Oxford University Press. ISBN 978-0-19-508083-4. 
• Weeks, Mary Elvira (1933). „III. Some Eighteenth-Century Metals”. The Discovery of the Elements. Easton, PA: Journal of Chemical Education. ISBN 978-0-7661-3872-8. 

Спољашње везе

• Zinc Fact Sheet from the U.S. National Institutes of Health
• History & Etymology of Zinc
• Statistics and Information from the U.S. Geological Survey
• Reducing Agents > Zinc
• American Zinc Association Information about the uses and properties of zinc.
• ISZB International Society for Zinc Biology, founded in 2008. An international, nonprofit organization bringing together scientists working on the biological actions of zinc.
• Zinc-UK Founded in 2010 to bring together scientists in the United Kingdom working on zinc.
• Zinc at The Periodic Table of Videos (University of Nottingham)
• ZincBind Архивирано на сајту Wayback Machine (26. фебруар 2019) - a database of biological zinc binding sites.