Цинк (Zn) — элемент II группы периодической системы, относится к легким металлам с относительно низкой химической активностью. Обладает серебристо-белым цветом, умеренной твёрдостью и характерной высокой пластичностью при нагревании. Температура плавления цинка составляет 419,5 °C, температура кипения — 907 °C. В природе встречается главным образом в виде минералов сфалерита (ZnS), кальаминита (ZnCO₃) и силлиманита (Zn₄Si₂O₇(OH)₂·H₂O).
Металл цинк обладает хорошей коррозионной стойкостью, что делает его незаменимым для гальванической защиты стали (цинкование). Важной особенностью цинка является его склонность образовывать катионы Zn²⁺, которые устойчивы в водных растворах и проявляют характерные свойства переходного элемента с полностью заполненной d-подобной оболочкой.
Физические свойства:
Химические свойства:
Цинк реагирует с кислотами с выделением водорода:
Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂↑
Окисляется кислородом воздуха при нагревании, образуя оксид ZnO:
2Zn + O₂ → 2ZnO
Взаимодействует с галогенами, образуя галогениды (ZnCl₂, ZnBr₂, ZnI₂).
Образует комплексные соединения с аммиаком, цианидами и тиоцианатами.
Цинк не проявляет типичных переходных свойств, таких как многовалентность или каталитическая активность d-металлов, из-за полностью заполненной d¹⁰-оболочки.
Оксид цинка (ZnO) — белый амфотерный порошок, мало растворимый в воде, растворимый в кислотах и щелочах. Обладает свойствами каталитических и противомикробных веществ. Используется в производстве резины, косметических средств и медицинских мазей.
Гидроксид цинка (Zn(OH)₂) — белое амфотерное вещество, образуется при действии щелочей на соли цинка или при гидролизе солей. Растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоцинкатов:
Zn(OH)₂ + 2NaOH → Na₂[Zn(OH)₄]
Хлорид цинка (ZnCl₂) — белое гигроскопичное вещество, растворимое в воде. Используется как флюс в паяльном деле и в органическом синтезе. Образуется прямым взаимодействием металла с хлором или кислотами:
Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂
Сульфат цинка (ZnSO₄·7H₂O) — белый кристаллогидрат, растворимый в воде, применяется в сельском хозяйстве как микроудобрение, а также в медицине при лечении цинковой недостаточности.
Карбонат цинка (ZnCO₃) — амфотерное соединение, разлагается при нагревании с образованием оксида:
ZnCO₃ → ZnO + CO₂↑
Цинк активно образует комплексные ионы с аммиаком, цианидом, тиоцианатом:
Эти комплексы устойчивы в растворах и часто применяются в аналитической химии для идентификации и осаждения цинка.
Цинк является жизненно важным микроэлементом для человека, животных и растений. В организме участвует в работе ферментов (карбоангидраза, алкогольдегидрогеназа) и поддержании иммунной системы. Недостаток цинка вызывает замедление роста, нарушения иммунитета и дерматологические проблемы.
Промышленное применение цинка разнообразно:
Металл цинк получают преимущественно методом пирометаллургии и электролиза:
ZnO + C → Zn + CO↑
Оксид и соли цинка получают осаждением из растворов, термическим разложением карбонатов и гидроксидов, а также прямым взаимодействием металла с кислотами и галогенами.
Амфотерность соединений цинка проявляется в реакции с кислотами и щелочами, что отражает способность цинка формировать как катионные, так и анионные комплексы. Это свойство используется в аналитической химии для селективного осаждения и разделения ионов.
Примеры реакций амфотерности:
ZnO + 2HCl → ZnCl₂ + H₂O
ZnO + 2NaOH + H₂O → Na₂[Zn(OH)₄]
Амфотерность является ключевым фактором, объясняющим широкий спектр химических превращений цинка и его соединений в лабораторной и промышленной практике.