Сульфат цинка с чем взаимодействует
Химические свойства цинка и его соединений
Цинк является типичным представителем группы металлических элементов и обладает всем спектром их характеристик: металлическим блеском, пластичностью, электро- и теплопроводностью. Однако химические свойства цинка несколько отличаются от основных реакций, присущих большинству металлов. Элемент при определенных условиях может вести себя как неметалл, например, реагировать со щелочами. Такое явление называется амфотерностью. В нашей статье мы изучим физические свойства цинка, а также рассмотрим типичные реакции, характерные для металла и его соединений.
Положение элемента в периодической системе и распространение в природе
Металл располагается в побочной подгруппе второй группы периодической системы. В нее, кроме цинка, входят кадмий и ртуть. Цинк относится к d-элементам и находится в четвертом периоде. В химических реакциях его атомы всегда отдают электроны последнего энергетического уровня, поэтому в таких соединениях элемента, как оксид, средние соли и гидроксид, металл проявляет степень окисления +2. Строением атома объясняются все физико-химические свойства цинка и его соединений. Общее содержание металла в почве составляет примерно 0,01вес. %. Он входит в состав минералов, например, таких как галмей и цинковая обманка. Так как содержание цинка в них невысокое, сначала горные породы подвергаются обогащению, которое проводится в шахтных печах. Большинство цинксодержащих минералов представляют собой сульфиды, карбонаты и сульфаты. Это соли цинка, химические свойства которых лежат в основе процессов их переработки, например, таких как обжиг.
Получение металла
Реакция жесткого окисления карбоната или сульфида цинка приводит к получениюего оксида. Процесс происходит в кипящем слое. Это специальный метод, основанный на тесном контакте мелкоизмельченного минерала и струи горячего воздуха, движущейся с большой скоростью. Далее оксид цинка ZnO восстанавливают коксом и удаляют образовавшиеся пары металла из сферы реакции. Еще один способ получения металла, основанный на химических свойствах цинка и его соединений – это электролиз раствора сульфата цинка. Он представляет собой окислительно-восстановительную реакцию, проходящую под действием электрического тока. Металл высокой чистоты при этом осаждается на электроде.
Физическая характеристика
Голубовато-серебристый, при обычных условиях хрупкий металл. В интервале температур от 100° до 150° цинк становится гибким и его можно прокатывать в листы. При нагревании выше 200° металл становится необычайно хрупким. Под действием кислорода воздуха куски цинка покрываются тонким слоем оксида, а при дальнейшем окислении он превращается в гидроксокарбонат, который играет роль протектора и препятствует дальнейшему взаимодействию металла с кислородом воздуха. Физические и химические свойства цинка взаимосвязаны. Рассмотрим это на примере взаимодействия металла с водой и кислородом.
Жесткое окисление и реакция с водой
При сильном нагревании на воздухе цинковые стружки сгорают голубым пламенем, при этом образуется оксид цинка.
Он проявляет амфотерные свойства. В парах воды, разогретых до температуры красного каления, металл вытесняет водород из молекул Н2О, кроме этого, образуется оксид цинка. Химические свойства вещества доказывают его способность взаимодействовать как с кислотами, так и со щелочами.
Окислительно-восстановительные реакции с участием цинка
Так как элемент в ряду активности металлов стоит перед водородом, он способен вытеснять его из молекул кислот.
Продукты реакции между цинком и кислотами будут зависеть от двух факторов:
Разбавленная серная кислота, которая не проявляет ярко выраженных окислительных свойств, реагирует с металлом по схеме:
Таким же образом протекают реакции элемента с фосфорной и разбавленной серной кислотами. Химические свойства, реакции цинка с нитратной кислотой имеют свои особенности. Разбавленный раствор азотной кислоты средней концентрации и цинк взаимодействуют между собой с образованием оксида азота (II), воды и средней соли – нитрата цинка. Концентрированная нитратная кислота с металлом реагируют таким образом, что в продуктах можно обнаружить оксид азота (IV), среднюю соль и воду.
Очень разбавленный раствор азотной кислоты и цинк в качестве восстановителя взаимодействуют между собой с образованием нитрата цинка, воды и нескольких возможных продуктов: аммиака, свободного азота или оксида азота (I).
Химические свойства цинка
Сплавляя твердую щелочь и металл, получают соли другого вида – цинкаты. Побочным продуктом такого процесса также будет газообразный водород.
Металл активно взаимодействует с галогенами, например, хлором, бромом или йодом, а также с азотом, серой и углеродом. В результате образуются средние соли – нитриды, сульфиды или карбиды.
В ряду активности металлов цинк располагается до водорода и, следовательно, является активным металлом. Однако он уступает по своим свойствам щелочным и щелочноземельным металлам.
Использование цинка в гальванических элементах
Оксид цинка
Белый пористый порошок, желтеющий при нагревании и возвращающий свой первоначальный цвет при охлаждении – это окись металла. Химические свойства оксида цинка, уравнения реакций его взаимодействия с кислотами и щелочами подтверждают амфотерный характер соединения. Так, вещество не может реагировать с водой, но взаимодействует как с кислотами, так и со щелочами. Продуктами реакций будут средние соли (в случае взаимодействия с кислотами) или комплексные соединения – тетрагидроксоцинкаты.
Оксид цинка применяют в производстве белой краски, которую называют цинковыми белилами. В дерматологии вещество входит в состав мазей, присыпок и паст, оказывающих на кожу противовоспалительное и подсушивающее действие. Большая же часть производимого оксида цинка применяется в качестве наполнителя для резины. Продолжая изучать химические свойства цинка и его соединений, рассмотрим гидроксид Zn(OH)2.
Амфотерный характер гидроксида цинка
Белый осадок, выпадающий под действием щелочи на растворы солей металла – это основание цинка. Соединение быстро растворяется под действием кислот или щелочей. Первый тип реакции заканчивается образованием средних солей, второй – цинкатов. В твердом виде выделены комплексные соли – гидроксоцинкаты. Особенностью гидроксида цинка является его способность растворяться в водном растворе аммиака с образованием гидроксида тетраамминцинка и воды. Основание цинка является слабым электролитом, поэтому как его средние соли, так и цинкаты в водных растворах поддаются гидролизу, то есть их ионы взаимодействуют с водой и образуют молекулы гидроксида цинка. Растворы таких солей металла, как хлорид или нитрат, будут иметь кислую реакцию вследствие накопления избытка ионов водорода.
Характеристика сульфата цинка
Рассмотренные нами ранее химические свойства цинка, в частности, его реакции с разбавленной сульфатной кислотой, подтверждают образование средней соли – сернокислого цинка. Это бесцветные кристаллы, нагревая которые до 600° и выше, можно получить оксосульфаты и трехокись серы. При дальнейшем нагревании сернокислый цинк преобразуется в оксид цинка. Соль растворима в воде и глицерине. Вещество выделяют из раствора при температуре до 39°C в виде кристаллогидрата, формула которого ZnSO4×7H2O. В этом виде его называют цинковым купоросом.
В интервале температур 39°-70° получают шестиводную соль, а выше 70° в составе кристаллогидрата остается только одна молекула воды. Физико-химические свойства сульфата цинка позволяют применять его в качестве отбеливателя при изготовлении бумаги, в виде минерального удобрения в растениеводстве, как подкормку в рационе домашних животных и птицы. В текстильной промышленности соединение используют в производстве вискозной ткани, в окрашивании ситца.
Сернокислый цинк входит также в состав раствора электролита, применяемого в процессе гальванического покрытия слоем цинка железных или стальных изделий диффузным способом или методом горячего оцинкования. Слой цинка в течение длительного времени защищает такие конструкции от коррозии. Учитывая химические свойства цинка, нужно отметить, что в условиях высокой солености воды, значительных колебаний температуры и влажности воздуха оцинкование не дает желаемого эффекта. Поэтому в промышленности нашли широкое применение сплавы металла с медью, магнием и алюминием.
Применение сплавов, содержащих цинк
Для транспортировки многих химических веществ, например, аммиака, по трубопроводам, необходимы особые требования к составу металла, из которого изготовлены трубы. Они изготавливаются на основе сплавов железа с магнием, алюминием и цинком и обладают высокой антикоррозионной устойчивостью к действию агрессивной химической среды. Кроме этого, цинк улучшает механические свойства сплавов и нивелирует вредное влияние таких примесей, как никель и медь. В процессах промышленного электролиза широкое применение получили сплавы меди и цинка. Для транспортировки продуктов нефтепереработки используют танкеры. Они построены из алюминиевых сплавов, содержащих, кроме магния, хрома и марганца, большую долю цинка. Материалы такого состава обладают не только высокими антикоррозионными свойствами и повышенной прочностью, но еще и криогенной стойкостью.
Роль цинка в организме человека
В нашей статье мы изучили химические функции цинка и его соединений, а также определили его роль в жизнедеятельности организма человека.
Урок №56. Цинк
ЦИНК И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ
СТРОЕНИЕ АТОМА
Цинк – элемент IIБ подгруппы четвертого периода. Цинк относится к семейству d-элементов, поскольку электронное строение цинка отражается конфигурацией.
Нахождение в природе
Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы цинка:
§ каламин 2ZnO · SiO 2 · Н 2 O
В организме взрослого человека содержится в среднем около 2 г цинка, в виде его соединений, который концентрируется преимущественно в простате, мышцах, печени и поджелудочной железе.
Недостаток цинка в организме приводит к ряду расстройств — раздражительность, утомляемость, потеря памяти, депрессивные состояния, снижение остроты зрения, уменьшение массы тела, снижение уровня инсулина, аллергические заболевания, анемия и др.
ЦИНК
СФАЛЕРИТ
Способы получения
Цинк получают из сульфидной руды. Сульфид цинка обжигают в печи кипящего слоя:
Чистый цинк из оксида получают двумя способами.
При пирометаллургическом способе оксид цинка восстанавливают углём или коксом при 1200—1300 °C:
Получаемый раствор сульфата цинка очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу. При электролизе чистый цинк осаждается на алюминиевых катодах, с которых его удаляют и подвергают плавлению в индукционных печах. Таким образом можно получить цинк с высокой чистотой (до 99,95 %).
Качественные реакции
При дальнейшем добавлении избытка щелочи амфотерный гидроксид цинка растворяется с образованием комплексной соли тетрагидроксоцинката :
Химические свойства
2. Цинк взаимодействует со сложными веществами:
§ с парами воды при температуре красного каления с образованием оксида цинка и водорода:
§ с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной и разбавленной серной кислотой и др.).
§ Аналогично: при нагревании с азотной кислотой образуются различные продукты в зависимости о концентрации кислоты – N 2 O, N 2 и др. :
Цинк реагирует с расплавом щелочи с образованием цинката и водорода :
С газообразным аммиаком при 550–600°С образует нитрид цинка:
растворяется в водном растворе аммиака, образуя гидроксид тетраамминцинка:
Оксид цинка
Способы получения
1. Окислением цинка кислородом:
2. Разложением гидроксида цинка при нагревании:
3. Оксид цинка можно получить разложением нитрата цинка:
Химические свойства
Оксид цинка растворяется в избытке раствора щелочи с образованием тетрагидроксоцинката :
3. Оксид цинка не взаимодействует с водой.
7. Оксид цинка — твердый, нелетучий. А следовательно, он вытесняет более летучие оксиды (как правило, углекислый газ) из солей при сплавлении.
Гидроксид цинка
Способы получения
Химические свойства
3. Гидроксид цинка взаимодействует с растворимыми основаниями (щелочами).
В расплаве образуются соли — цинкаты:
Гидроксид цинка растворяется в избытке щелочи с образованием тетрагидроксоцинката :
4. Гидроксид цинка разлагается при нагревании:
Соли цинка
Нитрат и сульфат цинка
Комплексные соли цинка
§ с кислотными оксидами
§ Под действием избытка сильной кислоты осадок не выпадает, т.к. амфотерный гидроксид цинка реагирует с сильными кислотами.
§ Под действием небольшого количества ( недостатка ) сильной кислоты осадок все-таки выпадет, для растворения гидроксида цинка кислоты не будет хватать:
§ Аналогично с недостатком азотной кислоты выпадает гидроксид цинка:
§ Если выпарить воду из раствора комплексной соли и нагреть образующееся вещество, то останется обычная соль-цинкат:
Цинкаты
Соли, в которых цинк образует кислотный остаток (цинкаты) — образуются из оксида цинка при сплавлении с щелочами и основными оксидами:
§ цинкаты реагируют с кислотами с образованием солей цинка :
§ под действием избытка воды цинкаты переходят в комплексные соли:
Сульфид цинка
Сульфид цинка — так называемый «белый сульфид». В воде сульфид цинка нерастворим, зато минеральные кислоты вытесняют из сульфида цинка сероводород (например, соляная кислота):
Под действием азотной кислоты сульфид цинка окисляется до сульфата:
(в продуктах также можно записать нитрат цинка и серную кислоту).
Концентрированная серная кислота также окисляет сульфид цинка:
При окислении сульфида цинка сильными окислителями в щелочной среде образуется комплексная соль:
Цинк сернокислый — крайне востребованное вещество
Цинк сернокислый — неорганическое соединение, 
соль серной кислоты и цинка. В литературе это вещество называют еще сульфатом цинка. Формула: ZnSO4. Часто применяется также кристаллогидрат сульфата с 7-мью молекулами кристаллизационной воды: ZnSO4·7H2O. Его названия: цинк сернокислый 7-водный, гептагидрат сульфата цинка, цинковый купорос. Получают и сульфат, и его кристаллогидраты на производствах цинка — как побочные продукты.
Свойства
Белый кристаллический порошок с крупными бесцветными кристаллами. Водорастворим; чем горячее вода, тем лучше растворимость. Плохо растворяется в глицерине, совсем не растворяется в этиловом спирте. Из водного раствора выкристаллизируются кристаллогидраты с 1, 6-ю или 7-ю молекулами воды (какой кристаллогидрат получится, зависит от температуры раствора; 7-водный сульфат образуется при t +38.8 °C). При нагревании разлагается. На воздухе постепенно выветриваются. Растворы сульфата цинка низкой концентрации быстро мутнеют из-за образующегося осадка.
3p 
3d 
