Cynk

Właściwości fizyczne

Cynk jest błyszczącym, niebieskoszarym metalem. Po przecięciu cynk ma biało-szary kolor. Jeśli zostanie wystawiony na działanie powietrza, nie pozostanie długo błyszczący. Jego temperatura topnienia wynosi (419.58 °C (787.24 °F)), temperatura wrzenia wynosi (907.0 °C (1,664.6 °F)), temperatura chłodzenia wynosi -419.58 °C (-723.24 °F), a temperatura zamarzania wynosi -907.0 °C (-1,600.6 °F). Ta temperatura jest niższa niż większość metali przejściowych, ale wyższa niż cyny lub ołowiu. Może być topiony na kuchence. Gotuje się w niskiej temperaturze dla metalu. To nie jest magnetyczne. Po podgrzaniu trochę, to staje się bardzo elastyczny. Jeśli jest bardziej ogrzewany, staje się bardzo kruchy. Łatwo tworzy stopy z innymi metalami.

Właściwości chemiczne

Cynk jest metalem reaktywnym. Jest mniej więcej tak samo reaktywny jak aluminium i bardziej reaktywny niż większość bardziej powszechnych metali, takich jak żelazo, miedź, nikiel i chrom. Jest mniej reaktywny niż magnez. Cynk może reagować z kwasami, zasadami i niemetalami. Nie rdzewieje jednak w powietrzu. W powietrzu na powierzchni cynku tworzy się powłoka z tlenku i węglanu cynku. Powłoka ta powstrzymuje korozję. Kwasy mogą rozpuścić tę powłokę i wejść w reakcję z metalem cynku. W wyniku reakcji cynku z kwasem powstaje sól cynku(II), taka jak chlorek cynku i gazowy wodór. Jest to bardzo powszechna reakcja chemiczna. Poniższa reakcja to reakcja z kwasem chlorowodorowym.

Zn + 2HCl → ZnCl2 + _H2

Cynk może się palić w postaci sproszkowanej lub w małych kawałkach, tworząc tlenek cynku, biały proszek. Płomień jest jasny, niebiesko-zielony.

2 Zn + O2 → 2 ZnO

Tlenek cynku może rozpuścić się w silnych zasadach. Reakcja ta zachodzi w niektórych bateriach zawierających cynk.

ZnO + _H2O + 2 OH- → Zn(OH)^42-.

Cynk jest chalkofilem. Oznacza to, że wolałby reagować z siarką i pierwiastkami znajdującymi się poniżej niego w układzie okresowym niż z tlenem. Dlatego też najbardziej rozpowszechnioną rudą cynku jest siarczek cynku, a nie tlenek cynku.

Związki chemiczne

Cynk może tworzyć związki chemiczne z innymi pierwiastkami. Te związki chemiczne występują tylko w jednym stanie utlenienia: +2. Znaleziono związek +1, ale jest on trudny do wytworzenia. Nie istnieją inne stany utlenienia niż +1 lub +2. Większość z tych związków nie ma koloru. Jeśli mają kolor, to nie jest to cynk, który go tworzy.

Chlorek cynku jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych związków cynku. Są one dość mało reaktywne. Po rozpuszczeniu w wodzie są lekko kwaśne. Podczas podgrzewania w ogniu tworzą zielony płomień.

Inne związki cynku to:

• Antymonek cynku, szary półprzewodnik
• Arsenek cynku, pomarańczowy półprzewodnik
• Bromek cynku, osłona przed promieniowaniem
• Węglan cynku, ruda cynku
• Fluorek cynku
• Wodorotlenek cynku, stosowany w bandażach chirurgicznych
• Jodekcynku, stosowany przy wykonywaniu zdjęć rentgenowskich
• Azotan cynku, stosowany jako zaprawa
• Tlenek cynku, stosowany w filtrach przeciwsłonecznych
• Fosforan cynku, stosowany w stomatologii
• Siarczan cynku, stosowany w pigmentach
• Siarczek cynku, pospolita ruda cynku

W przyrodzie występuje pięć izotopów cynku. Najbardziej rozpowszechnionym izotopem jest ^64Zn, który stanowi 48,63% naturalnie występującego cynku. Czas połowicznego rozpadu tego izotopu wynosi 4.3x1018 lat. Jest to tak długi okres, że jego radioaktywność może być ignorowana. Podobnie, ⁷⁰
Zn (0,6%), którego okres połowicznego rozpadu wynosi 1,3x1016 lat jest zwykle uważany za nieaktywny promieniotwórczo. Inne izotopy występujące w przyrodzie to ⁶⁶
Zn (28%), ⁶⁷
Zn (4%) i ⁶⁸
Zn (19%).

Cynk nie występuje jako metal w skorupie ziemskiej. Cynk występuje jedynie w postaci związków cynku. Sfaleryt, minerał zbudowany z siarczku cynku, jest główną rudą cynku. Bardzo mało cynku znajduje się w oceanie. Rudy cynku występują zwykle razem z rudami miedzi i ołowiu.

Istnieje kilka innych rud cynku, takich jak kowelinit (węglan cynku) i minerał krzemianu cynku. Są one mniej powszechne.

Siarczek cynku jest zagęszczany w procesie flotacji. Siarczek cynku jest zbierany przez detergent. Zanieczyszczenia opadają na dno i są usuwane. Następnie siarczek cynku jest podgrzewany w powietrzu w celu wytworzenia tlenku cynku i dwutlenku siarki.

2 ZnS + 3 O2 → 2 ZnO + 2 SO2

Dwutlenek siarki jest utleniany do trójtlenku siarki.

2 SO2 + O2 → 2 SO3

Trójtlenek siarki reaguje z tlenkiem cynku, tworząc siarczan cynku. W ten sposób powstaje rozpuszczalna forma cynku, która może być bardziej przetworzona.

SO3 + ZnO → ZnSO4

Siarczan cynku jest oczyszczany i poddawany elektrolizie. W wyniku elektrolizy powstaje tlen, cynk i kwas siarkowy. W ten sposób powstaje czysty cynk, który znany jest jako "SHG" lub Special High Grade.

2 ZnSO4 + 2 _H2O → 2 Zn + 2 _H2SO4 + O2

Kwas siarkowy jest ponownie wykorzystywany zamiast trójtlenku siarki do ługowania większej ilości tlenku cynku.

Tlenek cynku może być również redukowany w wysokiej temperaturze przez węgiel do cynku metalicznego i dwutlenku węgla. Jest to proces wielkopiecowy, podobny do tego, w którym wytwarza się żelazo.

2 ZnO + C → 2 Zn + _CO2

Ta forma cynku jest tańsza, ale nie jest czysta.

Cynk jest czwartym najbardziej rozpowszechnionym metalem na świecie. Każdego roku produkuje się go około 10 milionów ton.

Jako metal

Cynk jest stosowany w bateriach elektrycznych. Ogniwo alkaliczne i ogniwo Leclanche'a są tymi, które najbardziej wykorzystują cynk. Ulega on utlenieniu i dostarcza elektronów do pracy baterii.

Około 59% cynku wykorzystuje się do ochrony przed korozją, w tym do cynkowania. 47% światowych zasobów cynku wykorzystuje się do cynkowania. Stosuje się je w celu ochrony innego metalu, zwykle żelaza, przed rdzewieniem. Powłoka cynku koroduje zamiast żelaza. Powłoka cynku może być nakładana na metal na dwa sposoby. Metal można zanurzyć w naczyniu z roztopionym cynkiem. Cynk może być również nakładany galwanicznie. Zanurzanie trwa dłużej, ale ma niejednolitą powierzchnię, która według niektórych nie wygląda ładnie. Stosuje się go również w łodziach motorowych i rurociągach, aby spowolnić rdzewienie. Silnik łodzi motorowej często posiada "kulę" z cynku, która łatwo ulega korozji, ale pomaga innym metalowym częściom silnika pozostać wolnymi od rdzy.

Cynk jest stosowany w stopach. Mosiądz jest stopem miedzi i cynku. Mosiądz jest najbardziej rozpowszechnionym stopem cynku. Cynk może tworzyć stopy z wieloma innymi metalami. Cynk i aluminium to stop cynku i aluminium, z którego powstają dobre łożyska. Brąz komercyjny zawiera cynk. Czasami tellurek kadmu jest poddawany reakcji z cynkiem w celu otrzymania tellurku kadmowo-cynkowego, półprzewodnika. Innym stopem cynku jest srebro niklowe.

Cynk może być stosowany w piszczałkach organów piszczałkowych. W przeszłości używano stopu cyny i ołowiu. Cynk jest używany w amerykańskim groszu, który ma tylko cienką warstwę miedzi. Rdzeń jest cynkowy. Starsze grosze były w całości wykonane z brązu.

Mieszanina sproszkowanego cynku i siarki może być użyta do napędzania modelu rakiety. W wyniku tej reakcji powstaje siarczek cynku, ciepło, światło i gazy. Blacha cynkowa jest używana do produkcji prętów cynkowych.

Jako związki cynku

Około 1/4 cynku jest używana do produkcji związków cynku. Tlenek cynku może być używany jako filtr przeciwsłoneczny lub pigment do farb. Tlenek cynku jest również półprzewodnikiem. Chlorek cynku jest używany do konserwacji drewna, aby nie gniło. Niektóre środki grzybobójcze mają w sobie cynk. Siarczan cynku jest używany w barwnikach i pigmentach. Siarczek cynku jest używany w żarówkach fluorescencyjnych do konwersji światła ultrafioletowego na światło widzialne.

W biologii

Ludzie potrzebują niewielkiej ilości cynku, aby ich organizm mógł dobrze funkcjonować. Jeśli nie otrzymują wystarczającej ilości cynku w pożywieniu, mogą nabawić się niedoboru tego minerału. Prawie dwa miliardy ludzi ma niedobór cynku. Niedobór cynku sprawia, że człowiek łatwiej zapada na infekcje. Niektórzy twierdzą, że kiedy jesteśmy przeziębieni, powinniśmy zażywać więcej cynku. Inni twierdzą, że cynk nie robi różnicy. Istnieją leki, które można stosować w przypadku przeziębienia. Ludzie dodają niewielkie ilości związków cynku do tabletek witaminowych i płatków śniadaniowych, aby upewnić się, że otrzymują wystarczającą ilość cynku. Większość witamin w pojedynczych tabletkach ma w sobie cynk. Cynk znajduje się w co najmniej 100 enzymach. Jest on drugim, po żelazie, najczęściej występującym metalem przejściowym. Cynk jest również wykorzystywany przez mózg. Ludzkie ciało zawiera od 2 do 4 gramów cynku. Enzym cynkowy pomaga usuwać dwutlenek węgla z krwi. Pszenica zawiera dużo cynku.

Duże ilości cynku metalicznego są toksyczne. Może on rozpuścić się w kwasie żołądkowym. Gdy spożywa się zbyt dużo cynku, w organizmie spada poziom miedzi i żelaza. Związki cynku mogą być żrące w żołądku. Związki cynku włożone do nosa mogą zniszczyć zmysł węchu.

Jony cynku są bardzo toksyczne dla ryb i wielu rzeczy, które żyją w wodzie.