Цинкът, обозначаван с химичния символ Zn, е химичен елемент от категорията на преходните метали, който играе важна роля в много биологични и индустриални процеси.
| Цинк | |
 | |
| Информационна таблица | |
| Параметър | Информация |
|---|---|
| Име на елемента (български) | Цинк |
| Латинско / международно наименование | Zincum |
| Химичен символ | Zn |
| Пореден номер (атомно число) | 30 |
| Период и група в таблицата | 4-ти период, 12-та група |
| Блок (s, p, d, f) | d-блок |
| Категория / тип елемент | Преходен метал |
| Атомна маса | 65.38 u |
| Изотопи | Zn-64, Zn-66, Zn-67, Zn-68, Zn-70 |
| Средна атомна маса | 65.38 |
| Плътност | 7.14 g/cm³ при 20°C |
| Температура на топене | 419.53°C |
| Температура на кипене | 907°C |
| Кристална структура | Хексагонална плътно подредена (HCP) |
| Цвят / външен вид | Синьо-бял метален блясък |
| Агрегатно състояние при 20°C | Твърдо |
| Откривател / година на откриване | Изолиран като чист метал през 1746 г. от Андреас Маргграф |
| Място на откриване | Германия |
| Етимология на името | От немското „Zink“ – вероятно произлиза от „zinke“ (зъб), поради игловидната му форма при кристализация |
| Химическа формула | Zn |
| Окислителни степени | +2 |
| Електронна конфигурация | [Ar] 3d¹⁰ 4s² |
| Електроотрицателност | 1.65 (по Полинг) |
| Йонизационна енергия | 906.4 kJ/mol |
| Ковалентен радиус | 122 pm |
| Атомен радиус | 135 pm |
| Топлопроводимост | 116 W/(m·K) |
| Електрическа проводимост | 16.6×10⁶ S/m |
| Магнитни свойства | Диамагнитен |
| Състояние на електрони при възбуждане | 3d⁹4s²4p¹ |
| Спектрален цвят / линии | Сини линии в UV спектъра |
| Честота в земната кора | Около 75 ppm |
| Наличие във Вселената | Среща се в звезди и метеорити; продукт на свръхнови |
| Основни минерали и съединения | Сфалерит (ZnS), смитсонит (ZnCO₃), каламин (Zn₄Si₂O₇(OH)₂·H₂O) |
| Разпространение в природата | Основно в сулфидни руди и в съпътстващи минерали на олово и мед |
| Начини за получаване / добив | Пирометалургия, електролиза и флотационни процеси |
| Основни производители в света | Китай, Перу, Австралия, Индия, САЩ |
| Основни приложения | Поцинковане, сплави (месинг), батерии, химическа индустрия, фармация |
| Участие в сплави / съединения | Месинг (Cu+Zn), бронзови и алуминиеви сплави |
| Биологично значение | Важен микроелемент; участва в ензими, растежа и имунната система |
| Токсичност и безопасност | Нетоксичен в малки дози; високи нива водят до метален вкус и стомашни смущения |
| Пределно допустима концентрация | 5 mg/L във вода за пиене |
| Влияние върху човешкия организъм | Необходим за синтеза на ДНК, инсулин и възстановяване на тъкани |
| Роля в биохимичните процеси | Активатор на ензими като карбоанхидраза, алкохолдехидрогеназа |
| Използване в индустрията | Антикорозионни покрития, производство на сплави и батерии |
| Използване в електрониката / енергетиката | Цинкови батерии, аноди и слънчеви клетки |
| Използване в медицината / фармацията | Цинков оксид – в мехлеми; цинков сулфат – хранителна добавка |
| Ядрени свойства | Стабилен елемент; има и радиоактивни изотопи (Zn-65) |
| Полуживот на радиоактивни изотопи | Zn-65 – 243.8 дни |
| Тип радиоактивен разпад | Бета-разпад |
| Енергия на връзката | 1.35 eV на атом |
| Наличие в атмосферата / океаните | Микроколичества в морска вода и въздух |
| Влияние върху околната среда | Умерено токсичен за растения при високи концентрации |
| Методи за рециклиране / повторна употреба | Извличане от поцинковани метали и отпадъци |
| Глобално годишно производство | Около 13 милиона тона |
| Годишна консумация | Над 12 милиона тона |
| Основни вносители / износители | Китай, Канада, Южна Корея, Мексико |
| Историческо значение | Известен и използван в Индия и Китай от I хил. пр.н.е. |
| Научна дисциплина | Химия, металургия, биохимия |
| Интересни факти | Цинкът е четвъртият най-използван метал в света след желязо, алуминий и мед |
| CAS номер | 7440-66-6 |
| PubChem CID | 23994 |
| UN номер / код за транспортна безопасност | UN 1435 |
| Периодични тенденции | Завършен d-орбитален слой, ниска реактивност |
| Спектър на излъчване | Синьо-зелен при пламъчен тест |
| Енергийно ниво на външния електрон | 4s² |
| Промишлени рискове и мерки за безопасност | Избягване на изпарения и прах; добра вентилация при топене |
| Състояние при стандартни условия (STP) | Твърдо, метал |
| Класификация по IUPAC | Преходен метал |
| Символика и културно значение | Символ на здраве, устойчивост и защита |
Той е важен микроелемент, необходим за правилното функциониране на организма, и в същото време е широко използван в индустрията, тъй като притежава уникални физични и химични свойства. Цинкът е един от най-разпространените метали в природата и е вторият по значение метал след желязото, използван в различни приложения, от строителството до медицината.
История на цинка
Историята на цинка започва в древността, когато металът е бил използван в сплави, но неговото самостоятелно откритие е свързано с периода на Ренесанса.
Първоначално, цинкът е бил известен на древните цивилизации, които са използвали сплави с мед, като бронз, в които цинкът е присъствал в малки количества. Според исторически данни, първоначалното производство на цинк в металургичните процеси е започнало в Индия, където през I век от н.е. е била разработена технология за получаване на метал от рудите му.
В Европа, цинкът е бил идентифициран през XVI век, когато швейцарският алхимик и металург Парацелз описва новия метал, който по-късно е наречен „цинк“. През 1746 г. английският химик Хенри Кавендиш извършва експерименти с цинк, което довежда до по-добро разбиране на неговите свойства.
През 19-ти век цинкът започва да се използва широко в индустриалната революция, а откритията на различни методи за извличане и рафиниране на метала допринасят за неговото масово приложение.
Физични и химични свойства на цинка
Цинкът е сребристо-бял метал, който притежава характерен блясък и е относително твърд при стайна температура. Той е по-мек от желязото и медта, но по-твърд от оловото. Точката на топене на цинка е 419.5°C, а точката на кипене е 907°C.
Цинкът притежава добра електрическа и термична проводимост, което го прави подходящ за множество електрически приложения. В химичен аспект, цинкът е реактивен метал, който лесно образува съединения с кислород и халогенни елементи.
В присъствието на влага, той реагира с кислорода от въздуха, образувайки защитен слой от цинков оксид, който предотвратява по-нататъшна корозия. Цинкът проявява различни валентности, но най-често срещаната е +2, което означава, че той обикновено образува двуценни съединения.
Биологична роля на цинка
Цинкът е от основно значение за човешкия организъм. Той е необходим за правилното функциониране на над 300 ензима, които играят ключова роля в метаболизма на протеини, въглехидрати и мазнини. Освен това, цинкът е важен за имунната система, тъй като подпомага производството на Т-клетки – основни компоненти на имунния отговор.
Недостигът на цинк може да доведе до различни здравословни проблеми, включително забавен растеж, отслабена имунна система, дерматологични проблеми и нарушена функция на вкусовите рецептори. Цинкът е важен и за здравето на кожата, тъй като участва в процесите на заздравяване на рани и синтез на колаген.
Често се използва в козметични и дерматологични продукти, благодарение на своите антисептични и противовъзпалителни свойства. Освен това, цинкът играе роля в синтеза на ДНК и РНК, което е от съществено значение за растежа и деленето на клетките.
Източници на цинк
Цинкът може да бъде намерен в множество храни, като основните източници включват месо, риба, млечни продукти, бобови растения, ядки и семена. Червеното месо и морските дарове са особено богати на цинк, докато растителните източници съдържат по-ниски нива поради наличието на фитати, които инхибират усвояването на минерала.
Препоръчителният дневен прием на цинк варира в зависимост от възрастта и пола, като за възрастни мъже е около 11 мг на ден, а за жени – около 8 мг.
Недостигът на цинк може да се наблюдава при хора с недостатъчно разнообразие в диетата, както и при определени заболявания, които влияят на усвояването на хранителните вещества. Симптомите на недостиг на цинк включват загуба на апетит, намалена имунна функция, проблеми с кожата и забавяне на зарастването на рани.
Приложения на цинка в индустрията
Цинкът има много приложения в индустрията, най-значимото от които е неговото използване в процеса на галванизация. Галванизацията е метод за покритие на желязо и стомана с цинк, за да се предотврати корозията.
Тази техника е изключително важна за производството на строителни материали, автомобилни части и електрическо оборудване. Друга важна употреба на цинка е в производството на сплави, като месинг, който е сплав от мед и цинк и се използва в множество приложения, от монети до водопроводни инсталации.
Цинкът също така играе роля в производството на батерии, особено в алкални и електронни батерии, където се използва като аноден материал. В допълнение, цинкът се използва в химическата индустрия за производството на различни съединения, като цинков оксид, който е основен компонент в производството на гума, стъкло и козметични продукти.
Влияние на цинка върху околната среда
Цинкът, като метал, може да окаже влияние върху околната среда, особено когато се изпуска в значителни количества в резултат на индустриални процеси. Високите концентрации на цинк в почвата и водата могат да бъдат токсични за растителността и животинския свят, причинявайки нарушения в екосистемите.
Въпреки това, цинкът е сравнително устойчив на разграждане и може да бъде рециклиран, което намалява необходимостта от добив на нови находища.
Съвременните технологии предлагат решения за намаляване на влиянието на цинка върху околната среда, включително методи за пречистване на отпадъчни води и управление на отпадъците. Важно е да се осигури баланс между индустриалната употреба на цинка и опазването на природата, за да се минимизира рискът от замърсяване.