ЦИНК (химический элемент) - ЦИНК (лат. Zincum), Zn (читается «цинк»), химический элемент с атомным номером 30, атомная масса 65,39. Природный цинк состоит из смеси пяти стабильных нуклидов: ⁶⁴Zn (48,6% по массе), ⁶⁶Zn (27,9%), ⁶⁷Zn (4,1%), ⁶⁸Zn (18,8%) и ⁷⁰Zn (0,6%). Расположен в четвертом периоде в группе IIВ периодической системы. Конфигурация двух внешних электронных слоев 3s²p⁶d¹⁰4s². В соединениях проявляет степень окисления +2 (валентность II).

Радиус атома Zn 0,139 нм, радиус иона Zn²⁺0,060 нм (координационное число 4), 0,0740 нм (координационное число 6) и 0,090 нм (координационное число 8). Энергии последовательной ионизации атома соответствуют 9,394, 17,964, 39,7, 61,6 и 86,3 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,66.

Историческая справка

Сплавы цинка с медью - латуни (см. ЛАТУНЬ) - были известны еще древним грекам и египтянам. Цинк получали в 5 в. до н. э. в Индии. Римский историк Страбон (см. СТРАБОН) в 60-20 годах до н. э. писал о получении металлического цинка, или «фальшивого серебра». В дальнейшем секрет получения цинка в Европе был утерян, так как образующийся при термическом восстановлении цинковых руд цинк при 900°C переходит в пар. Пары цинка реагируют с кислородом (см. КИСЛОРОД) воздуха, образуя рыхлый оксид цинка, который алхимики называли «белой шерстью».

В 1743 в Бристоле открылся первый завод по получению металлического цинка, где цинковую руду восстанавливали в ретортах без доступа воздуха. В 1746 А. С. Маргграф (см. МАРГГРАФ Андреас Сигизмунд) разработал способ получения металла прокаливанием смеси его окиси с углем без доступа воздуха в ретортах с последующей конденсацией паров цинка в холодильниках.

Слово «цинк» встречается в трудах Парацельса (см. ПАРАЦЕЛЬС) и других исследователей 16-17 вв. и восходит, возможно, к древнегерманскому «цинко» - налет, бельмо на глазу. Название этого металла за его историю несколько раз менялось. Общеупотребительным название «цинк» стало только в 1920-х гг.

Нахождение в природе

Содержание цинка в земной коре 8,3·10^-3% по массе, в воде Мирового океана 0,01 мг/л. Известно 66 минералов цинка, важнейшие из них: сфалерит (см. СФАЛЕРИТ), клейофан (см. КЛЕЙОФАН), марматит (см. МАРМАТИТ), вюртцит, (см. ВЮРТЦИТ) смитсонит (см. СМИТСОНИТ) ZnCO₃, каламин (см. КАЛАМИН) Zn₄(OH)₄Si₂O₇·H₂O, цинкит (см. ЦИНКИТ) ZnO, виллемит (см. ВИЛЛЕМИТ). Цинк входит в состав полиметаллических руд, которые содержат также медь, свинец, кадмий, индий (см. ИНДИЙ), галлий (см. ГАЛЛИЙ), таллий (см. ТАЛЛИЙ) и другие. Цинк - важный биогенный элемент: в живом веществе содержится 5·10^-4% по массе.

Получение

Цинк добывают из полиметаллических руд, содержащих 1-4% Zn в виде сульфида. Руду обогащают, получая цинковый концентрат (50-60%). Цинковые концентраты обжигают в печах в кипящем слое, переводя сульфид цинка в ZnO. От ZnO к Zn идут двумя путями. По пирометаллургическому методу концентрат спекают, а затем восстанавливают углем или коксом при 1200-1300°C. Затем испарившиеся из печи пары цинка конденсируют.

ZnO + C = Zn + CO.

Основной способ получения цинка гидрометаллургический. Обожженные концентраты обрабатывают серной кислотой. Из полученного сульфатного раствора удаляют примеси, осаждая их цинковой пылью. Очищенный раствор подвергают электролизу. Цинк осаждается на алюминиевых катодах. Чистота электролитного цинка 99,95%.

Для получения цинка высокой чистоты применяют зонную плавку (см. ЗОННАЯ ПЛАВКА).

Физические и химические свойства

Цинк - голубовато-белый металл.

Обладает гексагональной решеткой с параметрами а = 0,26649 нм, с = 0,49468 нм. Температура плавления 419,58°C, температура кипения 906,2°C, плотность 7,133 кг/дм³. При комнатной температуре хрупок. При 100-150°C пластичен. Стандартный электродный потенциал -0,76 В, в ряду стандартных потенциалов расположен до железа Fe.

На воздухе цинк покрывается тонкой пленкой оксида ZnO. При сильном нагревании сгорает с образованием амфотерного (см. АМФОТЕРНОСТЬ) белого оксида ZnO.

2Zn + O₂ = 2ZnO

Оксид цинка реагирует как с растворами кислот:

ZnO + 2HNO₃ = Zn(NO₃)₂ + H₂O

так и щелочами:

ZnO + 2NaOH (сплавление)= Na₂ZnO₂ + Н₂О

В этой реакции образуется цинкат натрия Na₂ZnO₂.

Цинк обычной чистоты активно реагирует с растворами кислот:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂

и растворами щелочей:

Zn + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂,

образуя гидроксоцинкаты. С растворами кислот и щелочей очень чистый цинк не реагирует. Взаимодействие начинается при добавлении нескольких капель раствора сульфата меди CuSO₄.

При нагревании цинк реагирует с галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) с образованием галогенидов ZnHal₂. С фосфором (см. ФОСФОР) цинк образует фосфиды Zn₃P₂ и ZnP₂.С серой (см. СЕРА) и ее аналогами - селеном (см. СЕЛЕН) и теллуром (см. ТЕЛЛУР) - различные халькогениды (см. ХАЛЬКОГЕНИДЫ), ZnS, ZnSe, ZnSe₂и ZnTe.

С водородом (см. ВОДОРОД), азотом (см. АЗОТ), углеродом (см. УГЛЕРОД), кремнием (см. КРЕМНИЙ) и бором (см. БОР (химический элемент)) цинк непосредственно не реагирует. Нитрид Zn₃N₂получают реакцией цинка с аммиаком (см. АММИАК) NH₃ при 550-600°C.

В водных растворах ионы цинка Zn²⁺ образуют аквакомплексы [Zn(H₂O)₄]²⁺ и [Zn(H₂O)₆]²⁺.

Применение

Основная часть производимого цинка расходуется на изготовление антикоррозионных покрытий железа и стали. Цинк применяют в аккумуляторах и сухих элементах питания. Листовой цинк используют в типографском деле. Сплавы цинка (латунь, нейзильбер и другие) применяются в технике. ZnO служит пигментом в цинковых белилах. Соединения цинка являются полупроводниками. Раствором хлорида цинка ZnCl₂ пропитывают железнодорожные шпалы, предохраняя их от гниения.

Физиологическое действие

Цинк входит в состав более 40 металлоферментов, катализирующих в организме человека гидролиз пептидов, белков и других соединений. Цинк входит в состав гормона инсулина. (см. ИНСУЛИН) В организм человека цинк поступает с мясом, молоком, яйцами.

Растения при недостатке цинка в почве заболевают.

Металлический цинк мало токсичен. Фосфид и оксид цинка ядовиты. Попадание в организм растворимых солей цинка приводит к расстройству пищеварения, раздражению слизистых оболочек. ПДК для цинка в воде 1,0 мг/л.

Составить слова из слова цинк (химический элемент)

И́НДИЙ -я; м. [лат. Indium] Химический элемент (In), редкий мягкий металл серебристо-белого цвета (компонент легкоплавких сплавов и полупроводниковых материалов).

◁ И́ндиевый, -ая, -ое. И-ая руда.

* * *

и́ндий (лат. Indium), химический элемент III группы периодической системы. Серебристо-белый металл, легкоплавкий и очень мягкий; плотность 7,31 г/см³, t_пл 156,78ºC. На воздухе устойчив. В природе рассеян, добывают из сульфидных руд. Компонент легкоплавких сплавов и полупроводниковых материалов. Арсенид, антимонид и фосфид индия - полупроводниковые материалы. Назван по синей (цвета индиго) линии спектра.

* * *

ИНДИЙ - И́НДИЙ (лат. Indium), In (читается «индий»), химический элемент с атомным номером 49, атомная масса 114,82. Природный индий состоит из двух изотопов с массовыми числами 115 (95,7%) и 113 (4,3%). Конфигурация внешнего электронного слоя 5s²5p¹. Степени окисления +3, +1 (валентность III, I).

Расположен в 5 периоде в группе IIIA периодической системы элементов.

Радиус атома 0,166 нм, ионный радиус In³⁺0,092 нм. Энергии последовательной ионизации - 5,786, 18,87 и 28,03 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,78.

История открытия

Был открыт немецкими исследователями Ф. Рейхом (см. РЕЙХ Фердинанд) и И. Рихтером (см. РИХТЕР Иеремия Вениамин) в 1863 при спектральном изучении минерала. Элемент, дающий яркую синюю линию в спектре, оказался индием, и название свое получил от цвета линии спектра - индиго.

Нахождение в природе

Относится к рассеянным элементам, его содержание в земной коре 10^-5 % по массе. Известно пять минералов индия: самородный индий, индит FeIn₂S₄, рокезит CuInS₂, джалиндит In(OH)₃ и сакуранит (Cu,Zn,Fe)₃ (In,Sn)S₄. Индий является спутником цинка, олова, свинца, меди, железа. Присутствует в сфалеритах (см. СФАЛЕРИТ), касситеритах (см. КАССИТЕРИТ), галенитах (см. ГАЛЕНИТ), халькопиритах (см. ХАЛЬКОПИРИТ) (10^-4-10^-2 %),пиритах (см. ПИРИТ) и пирротинах (см. ПИРРОТИН) (до 10^-2 %).

Получение

В настоящее время в промышленности основным источником индия служат отходы свинцово-цинкового и оловянного производств. Предварительно индий отделяют от сопутствующих элементов, а затем выделяют электролизом из раствора или вытесняют из раствора солей алюминием:

In³⁺ + Al = In + Al³⁺.

Для более глубокой очистки индий подвергают электролитическому рафинированию, вакуумной обработке для удаления летучих примесей, зонной плавке или вытягиванию кристалла из расплава.

Физические и химические свойства

Индий - серебристо-белый легкоплавкий металл. Решетка тетрагональная, а = 0,32512, c = 0,49467 нм. Плотность 7,31 г/см³. Температура плавления 156,78 °C, кипения 202,4 °C. Стандартный электродный потенциал In3+/In -0,34 В.

По свойствам индий занимает промежуточное положение между галлием (см. ГАЛЛИЙ) и таллием (см. ТАЛЛИЙ).

Индий устойчив на воздухе до 800 °C, при большем нагревании сгорает фиолетовым пламенем с образованием оксида индия In₂O₃.

4In + 3O₂ = 2In₂O₃

В воде в присутствии воздуха индий постепенно корродирует.

В отсутствии окислителей индий устойчив к действию растворов щелочей.

Медленно реагирует с минеральными и органическими кислотами:

In + 4HNO₃ = In(NO₃)₃ + NO^- + 2H₂O

Слабоосновной оксид индия In₂O₃ в воде практически нерастворим, но легко растворяется в кислотах:

In₂O₃ + 6HCl = 2InCl₃ + 3H₂O

При этом в растворе катионы индия образуют аквакомплексы [In(OH₂)₆]³⁺.

Гидроксид индия In(OH)₃ получают, действуя раствором аммиака на соли индия. Основные свойства у In(OH)₃ преобладают над кислотными.

При взаимодействии с галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) индий образует тригалогениды InHal₃. Хлорид, бромид и иодид индия при нагревании переходят в пар, образуя димеры In₂Hal₆. Трифторид индия получают термическим разложением при 600 °C (NH₄)₃InF₆:

(NH₄)₃InF₆ = 3NH₄F + InF₃.

В отличие от других галогенидов индия, InF₃ - ионное соединение, структура которого представляет плотнейшую упаковку из анионов фтора и катионов индия, расположенных в октаэдрических пустотах этой упаковки.

Гидрид индия полимерен и образуется в неводных растворах. Взаимодействием LiH и InCl₃ в неводной среде можно получить Li[InH₄] - аналог алюмогидрида лития Li[AlH₄]:

4LiH + InCl₃ = Li[InH₄] + 3LiCl

По обменной реакции может быть также синтезирован смешанный гидрид алюминия и индия In[AlH₄]₃:

InCl₃ + 3Li[AlH₄] = In[AlH₄]₃ + 3LiCl

Применение

Применяют для нанесения покрытий на поверхность зеркал, рефлекторов и подшипников. Индий - легирующая добавка к полупроводниковым германию (см. ГЕРМАНИЙ) и кремнию (см. КРЕМНИЙ); герметизирующий материал в вакуумных приборах и космических аппаратах, материал для соединения пьезоэлектрических кристаллов. Используется как компонент легкоплавких сплавов, применяемых в качестве припоев, в термоограничителях, предохранителях, сигнальных устройствах, в радиационных контурах ядерных реакторов.

Физиологическое действие

Индий токсичен. ПДК в воздухе 0,1 мг/м³. Индиевая пыль вызывает воспалительные и склеротические воспаления легких, поражает печень и другие внутренние органы. Растворимые соединения индия раздражают кожу, глаза, слизистые оболочки.

Составить слова из слова индий

КА́ДМИЙ -я; м. [лат. cadmium из греч. kadmeia - цинковая руда]

1. Химический элемент (Cd), серебристо-белый мягкий, тягучий металл, содержащийся в цинковых рудах (входит в состав многих легкоплавких сплавов, используется в атомной промышленности).

2. Искусственная жёлтая краска разных оттенков.

◁ Ка́дмиевый, -ая, -ое. К-ые сплавы. К-ая жёлтая (краска).

* * *

ка́дмий (лат. Cadmium), химическая элемент II группы периодической системы. Название от греческого kadméia - цинковая руда. Серебристый металл с синеватым отливом, мягкий и легкоплавкий; плотность 8,65 г/см³, t_пл 321,1ºC. Добывают при переработке свинцово-цинковых и медных руд. Применяют для кадмирования, в мощных аккумуляторах, ядерной энергетике (регулирующие стержни реакторов), для получения пигментов. Входит в состав легкоплавких и других сплавов. Сульфиды, селениды и теллуриды кадмия - полупроводниковые материалы. Многие соединения кадмия ядовиты.

* * *

КАДМИЙ - КА́ДМИЙ (лат. Cadmium), Cd (читается «кадмий»), химический элемент с атомным номером 48, атомная масса 112,41.

Природный кадмий состоит из восьми стабильных изотопов: ¹⁰⁶Cd (1,22% ), ¹⁰⁸Cd (0,88%), ¹¹⁰Cd (12,39%), ¹¹¹Cd (12,75%), ¹¹²Cd (24,07%), ¹¹³Cd (12,26%), ¹¹⁴Cd (28,85%) и ¹¹⁶Cd (12,75%). Расположен в 5 периоде в группе IIВ периодической системы элементов. Конфигурация двух внешних электронных слоев 4s²p⁶d¹⁰5s². Степень окисления +2 (валентность II).

Радиус атома 0,154 нм, радиус иона Cd ²⁺0,099 нм. Энергии последовательной ионизации - 8,99, 16,90, 37,48 эВ. Электроотрицательность по Полингу (см. ПОЛИНГ Лайнус) 1,69.

История открытия

Открыт немецким профессором Ф. Штромейером (см. ШТРОМЕЙЕР Фридрих) в 1817. Провизоры Магдебурга при изучении оксида цинка (см. ЦИНК (химический элемент)) ZnO заподозрили в нем примесь мышьяка (см. МЫШЬЯК). Ф. Штромейер выделил из ZnO коричнево-бурый оксид, восстановил его водородом (см. ВОДОРОД) и получил серебристо-белый металл, который получил название кадмий (от греческого kadmeia - цинковая руда).

Нахождение в природе

Содержание в земной коре 1,35·10^-5 % по массе, в воде морей и океанов 0,00011 мг/л. Известно несколько очень редких минералов, например, гринокит GdS, отавит CdCO₃, монтепонит CdO. Кадмий накапливается в полиметаллических рудах: сфалерите (см. СФАЛЕРИТ) (0,01-5%), галените (см. ГАЛЕНИТ) (0,02%), халькопирите (см. ХАЛЬКОПИРИТ) (0,12%), пирите (см. ПИРИТ) (0,02%), блеклых рудах (см. БЛЕКЛЫЕ РУДЫ) и станнине (см. СТАННИН) (до 0,2%).

Получение

Основные источники кадмия - промежуточные продукты цинкового производства, пыль свинцовых и медеплавильных заводов. Сырье обрабатывают концентрированной серной кислотой и получают СdSO₄ в растворе. Из раствора Cd выделяют, используя цинковую пыль:

CdSO₄ + Zn = ZnSO₄ + Cd

Полученный металл очищают переплавкой под слоем щелочи для удаления примесей цинка и свинца. Кадмий высокой чистоты получают электрохимическим рафинированием с промежуточной очисткой электролита или методом зонной плавки (см. ЗОННАЯ ПЛАВКА).

Физические и химические свойства

Кадмий - серебристо-белый мягкий металл с гексагональной решеткой (а = 0,2979, с = 0,5618 нм). Температура плавления 321,1 °C, кипения 766,5 °C, плотность 8,65 кг/дм³. Если кадмиевую палочку изгибать, то можно услышать слабый треск - это трутся друг о друга микрокристаллики металла. Стандартный электродный потенциал кадмия -0,403 В, в ряду стандартных потенциалов (см. СТАНДАРТНЫЙ ПОТЕНЦИАЛ) он расположен до водорода (см. ВОДОРОД).

В сухой атмосфере кадмий устойчив, во влажной постепенно покрывается пленкой оксида CdO. Выше температуры плавления кадмий горит на воздухе с образованием оксида CdO бурого цвета:

2Сd + O₂ = 2CdO

Пары кадмия реагируют с парами воды с образованием водорода:

Cd + H₂O = CdO + H₂

По сравнению со своим соседом по группе IIB - Zn кадмий медленнее реагирует с кислотами:

Сd + 2HCl = CdCl₂ + H₂

Легче всего реакция протекает с азотной кислотой:

3Cd + 8HNO₃ = 3Cd(NO₃)₂ + 2NO^- + 4H₂O

Со щелочами кадмий не реагирует.

В реакциях может выступать в качестве мягкого восстановителя, например в концентрированных растворах он способен восстанавливать нитрат аммония до нитрита NH₄NO₂:

NH₄NO₃ + Cd = NH₄NO₂ + CdO

Кадмий окисляется растворами солей Cu (II) или Fe (III):

Cd + CuCl₂ = Cu + CdCl₂;

2FeCl₃ + Cd = 2FeCl₂ + CdCl₂

Выше температуры плавления кадмий реагирует с галогенами (см. ГАЛОГЕНЫ) с образованием галогенидов:

Cd + Cl₂ = CdCl₂

С серой (см. СЕРА) и другими халькогенами образует халькогениды:

Cd + S = CdS

С водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором кадмий не реагирует. Нитрид Cd₃N₂ и гидрид CdH₂ получают косвенными путями.

В водных растворах ионы кадмия Cd²⁺ образуют аквакомплексы [Cd(H₂O)₄]²⁺ и [Cd(H₂O)₆]²⁺.

Гидроксид кадмия Cd(OH)₂ получают добавлением к раствору соли кадмия щелочи:

СdSO₄ + 2NaOH = Na₂SO₄ + Cd(OH)₂Ї

Гидроксид кадмия в щелочах практически не растворяется, хотя при длительном кипячении в очень концентрированных растворах щелочей зафиксировано образование гидроксидных комплексов [Cd(OH)₆]^2-. Таким образом, амфотерные (см. АМФОТЕРНОСТЬ) свойства оксида CdO и гидроксида Cd(OH)₂ кадмия выражены гораздо слабее, чем у соответствующих соединений цинка.

Гидроксид кадмия Cd(OH)₂ за счет комплексообразования легко растворяется в водных растворах аммиака NH₃:

Cd(OH)₂ + 6NH₃ = [Cd(NH₃)₆](OH)₂

Применение

40% производимого кадмия используется для нанесения антикоррозионных покрытий на металлы. 20% кадмия идет на изготовление кадмиевых электродов, применяемых в аккумуляторах, нормальных элементах Вестона. Около 20% кадмия используется для производства неорганических красящих веществ, специальных припоев, полупроводниковых материалов и люминофоров. 10% кадмия - компонент ювелирных и легкоплавких сплавов, пластмасс.

Физиологическое действие

Пары кадмия и его соединения токсичны, причем кадмий может накапливаться в организме. В питьевой воде ПДК для кадмия 10 мг/м³. Симптомы острого отравления солями кадмия - рвота и судороги. Растворимые соединения кадмия после всасывания в кровь поражают центральную нервную систему, печень и почки, нарушают фосфорно-кальциевый обмен. Хроническое отравление приводит к анемии и разрушению костей.

Составить слова из слова кадмий