Цинк – химически активный металл, обладает выраженными восстановительными свойствами, по активности уступает щелочно-земельным металлам. Проявляет амфотерные свойства.
-
Взаимодействие с неметаллами
При сильном нагревании на воздухе сгорает ярким голубоватым пламенем с образованием оксида цинка:
При поджигании энергично реагирует с серой:
С галогенами реагирует при обычных условиях в присутствии паров воды в качестве катализатора:
При действии паров фосфора на цинк образуются фосфиды:
С водородом, азотом, бором, кремнием, углеродом цинк не взаимодействует.
Взаимодействие с водой
Реагирует с парами воды при температуре красного каления с образованием оксида цинка и водорода:
Взаимодействие с кислотами
В электрохимическом ряду напряжений металлов цинк находится до водорода и вытесняет его из неокисляющих кислот:
Взаимодействует с разбавленной азотной кислотой, образуя нитрат цинка и нитрат аммония:
Реагирует с концентрированными серной и азотной кислотами с образованием соли цинка и продуктов восстановления кислот:
Взаимодействие со щелочами
Реагирует с растворами щелочей с образованием гидроксокомплексов:
при сплавлении образует цинкаты:
Взаимодействие с аммиаком
С газообразным аммиаком при 550–600°С образует нитрид цинка:
растворяется в водном растворе аммиака, образуя гидроксид тетраамминцинка:
Взаимодействие с оксидами и солями
Цинк вытесняет металлы, стоящие в ряду напряжения правее него, из растворов солей и оксидов:
Алюминий реагирует с водными растворами щелочей с выделением водорода. Реакция идет при комнатной температуре и часто сопровождается разогревом. Кремний, в отличие от алюминия, хорошо реагирует с растворами щелочей при кипячении, при комнатной температуре выделение водорода визуально незаметно [1]. Это обстоятельство, тем не менее, не помешало использованию технического сплава кремния и железа – ферросилиция для получения водорода в полевых условиях. В прошлом для этой цели использовалась смесь, которая называлась гидрогенит [2], она состояла из порошка высокопроцентного ферросилиция и натронной извести (смесь едкого натра и оксида кальция).
В литературе описано, что аналогично реагирует с крепкими растворами щелочей цинк – растворяется с выделением водорода. В свое время пробовал – цинк действительно реагирует с едким натром, но при комнатной температуре выделение водорода слабое: от гранул цинка поднимаются крохотные пузырьки.
В этот раз положил в пробирку несколько гранул едкого кали, добавил немного воды – чтобы получился крепкий раствор. После этого добавил гранулы цинка. Началось выделение водорода, как и в случае с едким натром – слабое. Подогрел пробирку в пламени сухого спирта (стараясь, чтобы содержимое не выплеснулось – при нагревании пробирок в пламени подобное случается не так и редко). Выделение водорода активизировалось, но если не учитывать пузырьки водяного пара, выделение газа было слабым.
Кроме алюминия, кремния и цинка в растворах щелочей растворяется с выделением водорода и железо, однако, эта реакция идет в жестких условиях – при кипячении с концентрированными щелочами.
__________________________________________________
1 См. статьи: Реакция алюминия и щелочи [ссылка]; Реакция алюминия и щелочи (получение алюмината натрия) [ссылка]; Реакция кремния и раствора едкого натра [ссылка].
2 См. А.М. Голуб Загальна та неорганічна хімія (т. 1) [ссылка];
Цинк люди использовали еще до нашей эры в виде его сплава с медью – латуни. Впервые чистый цинк удалось выделить англичанину Уильяму Чемпиону в 18 веке.
В земной коре цинка содержится 8,3·10 -3 % по массе. Много цинка содержится в термальных источниках, из которых происходит осаждение сульфидов цинка, имеющих важное промышленное значение. Цинк играет активную роль в жизни животных и растений, являясь важным биогенным микроэлементом.
Рис. Строение атома цинка.
Электронная конфигурация атома цинка – 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 (см. Электронная структура атомов). Предпоследний электронный слой атома цинка полностью заполнен, а на внешнем слое находится два s-электрона, которые и взаимодействуют с другими элементами, поэтому в соединениях цинк проявляется степень окисления +2. (см. Валентность). Цинк обладает высокой химической активностью.
Физические свойства цинка:
- голубовато-белый металл;
- хрупкий при н. у.;
- при нагревании более 100°C хорошо куется и прокатывается;
- обладает хорошей тепло- и электропроводностью.
Химические свойства цинка:
- на воздухе быстро окисляется, покрываясь тонкой пленкой оксида цинка, предохраняющей металл от дальнейшей реакции;
- при нагревании реагирует с кислородом, хлором, серой, образуя оксиды, хлориды, сульфиды соответственно:
2Zn + O2 = 2ZnO; Zn + Cl2 = ZnCl2; Zn + S = ZnS. - реагирует с разбавленной серной кислотой и растворами кислот неокислителей, вытесняя из них водород:
Zn + H2SO4(рзб.) = ZnSO4 + H2; Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2; - реагирует с азотной и концентрированной серной кислотой, восстанавливая азот или серу соответственно:
Zn + H2SO4(кнц.) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O; - реагирует при нагревании с растворами щелочей, образуя гидроцинкаты: Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2;
- вытесняет менее активные металлы (см. электрохимический ряд напряжений металлов) из растворов их солей: Zn + CuCl2 = ZnCl2 + Cu.
Получение цинка:
- чистый цинк получают электролизом его солей;
- промышленным способом цинк получают из сульфидных руд:
- на первом этапе получают оксид цинка, подвергая руду окислительному обжигу: 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2;
- на втором этапе оксид цинка восстанавливают углем при высокой температуре: ZnO + C = Zn + CO.
Применение цинка:
- в качестве антикоррозионного покрытия металлических изделий (цинкование);
- для изготовления сплавов, широко применяющихся в машиностроении;
- в АКБ и сухих элементах;
- в лакокрасочной промышленности (изготовление цинковых белил);
- как восстановитель в реакциях органического синтеза.
Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию 🙂 Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:
Код кнопки:
