Цинк, его свойства и сплавы

      Цинк. Химический элемент, символ Zn (нем. Zink, лат. Zincum, означает — бельмо, белый налёт: характерная окраска его соединений), имеет порядковый номер 30, атомный вес 65, 38, валентность II, плотность 7, 13 г/см³, температуру плавления 419, 46°С, температуру кипения 906°С.

      Цинк – металл голубовато-белого цвета, медленно покрывающийся на воздухе плотным серым защитным слоем, состоящим из карбоната цинка ZnCO₃ и окиси цинка ZnO, вследствие чего блеск металла исчезает. Защитная плёнка такого же состава образуется во влажном воздухе на оцинкованном железе.

      Цинк растворяется в кислотах:

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂ ;

Zn + 2H₂SO₄ = ZnSO₄ + SO₂ + 2H₂O ;

4Zn + 10HNO₃ = 4Zn(NO₃)₂ + N₂O + 5H₂O.

      При растворении в щелочах протекает реакция:

Zn + 2NaOH = Na₂ZnO₂ + H₂.

      Цинк – сильный восстановитель, легко вытесняет из раствора другие металлы (Cu, Ca, Fe и др.).

      При 500°С цинк горит голубовато-белым пламенем; на поверхность около пламени выпадает оксид цинка (flores zinci) в виде порошка. В нагретом состоянии он  жёлтого цвета, а в холодном — белого.

      Цинк относительно мягкий металл — он мягче олова, но твёрже свинца. При комнатной температуре он довольно хрупок; при температурах 110 - 150°С хорошо поддаётся обработке давлением, его можно прокатывать в тонкие листы или протянуть в проволоку, а при температуре выше 200°С становится настолько хрупким, что его можно распылять. Пластичность литого цинка после деформации значительно увеличивается.

      Со многими металлами цинк образует сплавы, в том числе с железом, никелем, медью, алюминием, серебром, золотом, висмутом и другими. Цинк и его сплавы имеют низкий предел ползучести и значительно изменяют свои свойства и размеры при естественном старении. Электропроводность цинка составляет примерно 28%, а теплопроводность 24% от соответствующих показателей серебра.

      На защиту от коррозии металлических конструкций (цинкование) и кровельных материалов расходуется около половины производимого в мире цинка. Много цинка идёт на производство латуней и других сплавов. Он также входит в состав подшипниковых сплавов. Цинк также применяется в щелочных аккумуляторах, в гальванических элементах, в качестве присадки в сплавах благородных металлов.

      Из многих соединений цинка особенно важны два. Это — оксид ZnO и сульфид — ZnS. ZnO, рыхлый белый порошок, является основой цинковых белил (в отличие от свинцовых белил на воздухе не темнеет и безвреден), компонентом молочного стекла и цинковой мази, применяемой при кожных заболеваниях, также используется как наполнитель каучука, пластмасс. ZnS способен светиться под действием электронного луча, им покрыты экраны телевизоров, осциллографов и т.д. и также его применяют в производстве красок в смеси с BaSO₄ , называемой литопон (Lithopon).

      Хлористый цинк употребляют в виде раствора, получаемого растворением цинка в соляной кислоте. Такой раствор в технике служит для пайки металлов, пропитывания древесины для предохранения от гниения и т.д.

      Способность цинка давать сплавы с серебром и золотом используют в металлургии для извлечения благородних металлов. Цинковую пыль применяют для осаждения золота и серебра из растворов при их получении гидрометаллургическим способом, а также в химической промышленности и для очистки от меди и кадмия растворов цинка перед их электролизом.

      Свойства цинка сильно меняются под влиянием примесей. Свинец, висмут, сурьма, мышьяк имеют очень малую растворимость в цинке и отрицательно влияют на его технологические свойства.

      Олово, находящееся в цинке, при его затвердевании выделяется в виде эвтектики, плавящейся при температуре 199°С. Если в цинке одновременно присутствуют олово и свинец, образуется тройная эвтектика с температурой плавления 150°С. При горячей обработке давлением такой сплав легко разрушается.

      Железо повышает твёрдость и хрупкость цинка. При содержании железа в цинке выше 0, 2% прокатка цинка затрудняется из-за его повышенной хрупкости.

      Алюминий, магний и медь положительно влияют на свойства цинка. При повышенном содержании свинца, олова, кадмия или магния скорость коррозии цинка возрастает, особенно под действием горячей воды или пара. В контакте с более электроположительными металлами скорость коррозии цинка резко возрастает. В связи с этим цинк применяют в качестве протектора (защиты) для всех более благородных металлов, за исключением свинца.

      Под действием органических кислот, например кислых пищевых продуктов, цинк образует токсичные соли, поэтому его не следует применять в пищевой промышленности.

Цинк (часть корпуса старой батарейки).

Бурная реакция в соляной кислоте. Кислота нагрелась и обесцветилась (была немного желтоватая). Выделяется водород; если к верху пробирки поднести зажжённую спичку, то будет слышен хлопок. За 2 – 3 минуты реакция закончилась.

В серной кислоте реакция идёт медленно — пузырьки движутся как в замедленном кинофильме.

В азотной кислоте пластинка цинка «растворилась» быстрее, чем в соляной. Кислота нагрелась, выделяется бурый оксид азота.

КОНЕЦ

Главная

 

Обсудить цинк  на форуме

 

Цветные металлы

 

© П.М.В., 2006 — 2011

Основные физические и механические свойства цинка:

 

Атомная масса ……………………………………………………   65, 38

Плотность при 20°С, г/см³ ………………………………………..7, 13

Температура, °С:

                  плавления ………………………………………………  419, 5

                   кипения …………………………………………………. 906

Удельная теплота плавления, ккал/г…………………………… 27, 03

Удельная теплоёмкость при 18°С, кал/ (г ^. град) ……………  0, 1275

Удельное электросопротивление при 20°С, Ом ^. мм²/м ……0, 063

Модуль нормальной упругости, кг/мм² …………………………. 800 — 1300

Временное сопротивление цинка, кг,/мм² :

                  литого…………………………………………………..    12 — 14

                  деформированного ……………………………………12—17

                 отожжённого ……………………………………………. 7 — 10

Предел текучести цинка, кг/мм² :

                    литого…………………………………………………….7, 5

                    деформированного……..……………………………..8 — 10

Относительное удлинение цинка, %

                   литого…… ………………………………………………  0, 3 — 0, 5

                   деформированного …………………………………….42 — 50

                   отожжённого …………………………………………….10 — 20

Твёрдость НВ ………………………………………………………..30 — 40

Ударная вязкость, кг ^. м/см² ………………………………………0, 6 — 0, 75