История получения цинка, его химические св-ва и применение цинка в промышленности
о
губит десятки миллионов тонн металла.
Нанесение на поверхность стали и чугуна тонких пленок коррозионно-
стойких металлов - важнейшее средство защиты от коррозии. А на первом месте
среди всех металлопокрытий, и по важности, и по масштабам стоят покрытия
цинковые. На защиту стали идет 40% мирового производства цинка!
Оцинкованные ведра, оцинкованная жесть на крышах домов - вещи настолько
привычные, настолько будничные, что мы, как правило, не задумываемся, а
почему, собственно, они оцинкованные, а не хромированные или
никелированные? Если же такой вопрос возникает, то “железная логика” мигом
выдает однозначный ответ: потому что цинк дешевле хрома и никеля. Но дело
не в одной дешевизне.
Цинковое покрытие часто оказывается более надежным, нежели остальные,
потому что цинк не просто механически защищает железо от внешних
воздействий, но и химически защищает его.
Кобальт, никель, кадмий, олово и другие металлы, применяемые для
защиты железа от коррозии, в ряду активности металлов стоят после железа.
Это значит, что они более стойки, чем железо. Цинк же и хром, наоборот,
активнее железа. Хром в ряду активности стоит почти рядом с железом (между
ними только галлий), а цинк - перед хромом.
Существенен и состав продукта, образующегося при
“самопожертвовании” цинка. Активный цинк реагирует с влагой воздуха и
одновременно с содержащимся в нем углекислым газом. Образуется защитная
пленка, имеющая достаточную химическую стойкость, чтобы защитить от реакций
и железо, и сам цинк. Но если цинк коррозирует в среде, лишенной
углекислоты, скажем, в умягченной воде парового котла, то пленка нужного
состава образоваться не может, и в этом случае цинковое покрытие
разрушается намного быстрее.
Как же наносят цинк на железо? Способов несколько. Можно
оцинковывать сталь (это самый старый способ), просто окуная ее в
расплавленный цинк. Кстати, плавится он при сравнительно низкой температуре
(419,5 С). Есть, конечно, электролитические способы цинкования. Есть,
наконец, метод шерардизации (по имени изобретателя), применяемый для
покрытия небольших деталей сложной конфигурации, когда особенно важно
сохранить неизменными размеры.
Сплавы.
Уже упоминалось, что история с цинком достаточно запутана. Но одно
бесспорно: сплав меди и цинка - латунь - был получен намного раньше, чем
металлический цинк. Самые древние латунные предметы, сделанные примерно в
1500 году до н.э. найдены при раскопках в Палестине.
Приготовление латуни восстановлением особого камня - (кадмия) углем в
присутствии меди описано у Гомера, Аристотеля и Плиния Старшего. В
частности Аристотель писал о добываемой в Индии меди, которая “отличается
от золота только вкусом”.
Действительно, в довольно многочисленной группе сплавов, носящих общее
название латуней, есть один (Л-96, или томпак), по цвету почти неотличимый
от золота. Между прочим, томпак содержит меньше цинка, чем большинство
латуней: цифра за индексом Л означает процентное содержание меди. Значит,
на долю цинка в этом сплаве приходится не больше 4%.
Цинк входит и в состав другого древнего сплава на медной основе. Речь
идет о бронзе. Это раньше делили четко: медь плюс олово - бронза, медь плюс
цинк - латунь. Но теперь эти грани стёрлись.
До сих пор я рассказывал только о защите цинком и о легировании цинком. Но
есть и сплавы на основе этого элемента. Хорошие литейные свойства и низкие
температуры плавления позволяют отливать из таких сплавов сложные
тонкостенные детали. Даже резьбу под болты и гайки можно получать
непосредственно при отливке, если имеешь дело со сплавами на основе цинка.
Коротко о
соединениях цинка.
Еще при первых попытках выплавить цинк из руды у средневековых химиков
получался белый налет, который в книгах того времени называли двояко: либо
“белым снегом” (nix alba), либо “философской шерстью” (lana philosophica).
Нетрудно догадаться, что это была окись цинка ZnO - вещество, которое есть
в жилище каждого городского жителя наших дней.
Этот “снег”, будучи замешанным на олифе, превращается в цинковые белила -
самые распространенные из всех белил. Окись цинка нужна не только для
малярных дел, ею широко пользуются многие отрасли промышленности.
Стекольная - для получения молочного стекла и (в малых дозах) для
увеличения термостойкости обычных стекол. В резиновой промышленности и
производстве линолеума окись цинка используют как наполнитель. Известная
цинковая мазь на самом деле не цинковая, а оксидоцинковая. Препараты на
основе ZnO эффективны при кожных заболеваниях.
Наконец, с кристаллической окисью цинка связана одна из самых
больших научных сенсаций 20-х годов нашего века. В 1924 году один из
радиолюбителей города Томска установил рекорд дальности приема.
Детекторным приемником он в Сибири принимал передачи радиостанций Франции и
Германии, причем слышимость была более отчетливой, чем у владельцев
одноламповых приемников.
Как это могло произойти? Дело в том, что детекторный приемник томского
любителя был смонтирован по схеме сотрудника нижегородской радиолаборатории
О.В.Лосева.
Дело в том, что Лосев включил в схему кристалл окиси цинка. Это заметно
улучшело чувствительность аппарата к слабым сигналам. Вот что говорилось в
редакционной статье американского журнала “Radio-News”, целиком посвященной
работе нижегородского изобретателя: ”Изобретение О.В.Лосева из
Государственной радиоэлектрической лаборатории в России делает эпоху, и
теперь кристалл заменит лампу!”
Автор статьи оказался провидцем: кристалл действительно заменил лампу;
правда, это не лосевский кристалл окиси цинка, а кристаллы других веществ.
Еще более важно применение некоторых соединений цинка, прежде всего его
сульфида, для покрытия светящихся экранов телевизоров и рентгеновских
аппаратов. Под действием коротковолнового излучения или электронного луча
сернистый цинк приобретает способность светиться, причем эта способность
сохраняется и после того, как прекратилось облучение.
Биологическая роль
цинка.
Фармацевты и медики жалуют многие соединения цинка. Со врёмен Парацельса и
до наших дней в фармакопее значатся глазные цинковые капли (0,25%-ный
раствор ZnSO4). Как присыпка издавна применяется цинковая соль. Феносульфат
цинка - хороший антисептик. Суспензия, в которую входят инсулин, протамин и
хлорид цинка - новое эффективное средство против диабета, действующее
лучше, чем чистый инсулин.
И вместе с тем многие соединения цинка, прежде всего его сульфат и хлорид,
токсичны.
Цинк - один из важных микроэлементов. И в то же время избыток цинка для
растений вреден.
Биологическая роль цинка двояка и не до конца выяснена.
Установлено, что цинк - обязательная составная часть фермента крови.
Известно, что довольно много цинка содержится в яде змей, особенно гадюк и
кобр. Но в то же время известно, что соли цинка специфически угнетают
активность этих же самых ядов, хотя, как показали опыты, под действием
солей цинка яды не разрушаются. Как объяснить такое противоречие? Считают,
что высокое содержание цинка в яде - это то средство, которым змея от
собственного яда защищается. Но такое утверждение еще требует строгой
экспериментальной проверки.
Наиболее распространенный минерал цинка - сфалерит, или цинковая обманка
ZnS. Раз- нообразные примеси придают этому веществу всевозможные
цвета. Видимо, за это минерал и называют обманкой. Цинковую обманку считают
первичным минералом, из которого образовались другие минералы этого
элемента: смитсонит ZnCO3, цинкит ZnO, каламин 2ZnO*SiO2*H2O. На Алтае
нередко можно встретить полосатую “бурундучную” руду - смесь цинковой
обманки и бурого шпата. Кусок такой руды издали действительно похож на
затаившегося полосатого зверька.
( По материалам журнала «Химия и жизнь»)
| |  скачать работу |
История получения цинка, его химические св-ва и применение цинка в промышленности |
