يتفاعل الزنك ذو النقاء العادي بشكل نشط مع المحاليل الحمضية. الزنك: إنتاج وتطبيق تفاعل الزنك والماء

ينتمي النحاس (Cu) إلى العناصر d ويقع في المجموعة IB من الجدول الدوري لـ D.I. Mendeleev. تتم كتابة التكوين الإلكتروني لذرة النحاس في الحالة الأرضية كـ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 بدلاً من الصيغة المتوقعة 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 9 4s 2. بمعنى آخر، في حالة ذرة النحاس، يتم ملاحظة ما يسمى "قفزة الإلكترون" من المستوى الفرعي 4s إلى المستوى الفرعي 3d. بالنسبة للنحاس، بالإضافة إلى الصفر، تكون حالات الأكسدة +1 و +2 ممكنة. حالة الأكسدة +1 عرضة لعدم التناسب وهي مستقرة فقط في المركبات غير القابلة للذوبان مثل CuI وCuCl وCu 2 O وما إلى ذلك، وكذلك في المركبات المعقدة، على سبيل المثال، Cl وOH. مركبات النحاس في حالة الأكسدة +1 ليس لها لون محدد. وبالتالي، فإن أكسيد النحاس (I)، اعتمادًا على حجم البلورات، يمكن أن يكون أحمر داكن (بلورات كبيرة) وأصفر (بلورات صغيرة)، CuCl وCuI أبيضان، وCu 2 S أسود وأزرق. حالة أكسدة النحاس التي تساوي +2 أكثر استقرارًا كيميائيًا. الأملاح التي تحتوي على النحاس في حالة الأكسدة هذه تكون باللون الأزرق والأزرق والأخضر.

النحاس معدن ناعم للغاية ومرن ومرن وله موصلية كهربائية وحرارية عالية. لون النحاس المعدني هو الأحمر الوردي. يقع النحاس في سلسلة نشاط المعادن على يمين الهيدروجين، أي. ينتمي إلى معادن منخفضة النشاط.

مع الأكسجين

في الظروف العادية، لا يتفاعل النحاس مع الأكسجين. الحرارة مطلوبة لحدوث التفاعل بينهما. اعتمادًا على زيادة أو نقص الأكسجين وظروف درجة الحرارة، يمكن أن يتكون أكسيد النحاس (II) وأكسيد النحاس (I):

مع الكبريت

يمكن أن يؤدي تفاعل الكبريت مع النحاس، حسب الظروف، إلى تكوين كل من كبريتيد النحاس (I) وكبريتيد النحاس (II). عندما يتم تسخين خليط من مسحوق النحاس وS إلى درجة حرارة 300-400 درجة مئوية، يتم تشكيل كبريتيد النحاس (I):

إذا كان هناك نقص في الكبريت وتم تنفيذ التفاعل عند درجات حرارة أعلى من 400 درجة مئوية، يتم تشكيل كبريتيد النحاس (II). ومع ذلك، هناك طريقة أبسط للحصول على كبريتيد النحاس (II) من مواد بسيطة وهي تفاعل النحاس مع الكبريت المذاب في ثاني كبريتيد الكربون:

يحدث هذا التفاعل في درجة حرارة الغرفة.

مع الهالوجينات

يتفاعل النحاس مع الفلور والكلور والبروم مكونًا هاليدات بالصيغة العامة CuHal 2، حيث Hal هو F أو Cl أو Br:

النحاس + البروم 2 = النحاس 2

في حالة اليود، وهو أضعف عامل مؤكسد بين الهالوجينات، يتكون يوديد النحاس (I):

لا يتفاعل النحاس مع الهيدروجين والنيتروجين والكربون والسيليكون.

مع الأحماض غير المؤكسدة

جميع الأحماض تقريبًا هي أحماض غير مؤكسدة، باستثناء حمض الكبريتيك المركز وحمض النيتريك بأي تركيز. وبما أن الأحماض غير المؤكسدة قادرة على أكسدة المعادن فقط في سلسلة النشاط حتى الهيدروجين؛ وهذا يعني أن النحاس لا يتفاعل مع هذه الأحماض.

مع الأحماض المؤكسدة

- حامض الكبريتيك المركز

يتفاعل النحاس مع حمض الكبريتيك المركز عند تسخينه وفي درجة حرارة الغرفة. عند تسخينه، يتم التفاعل وفقا للمعادلة:

نظرًا لأن النحاس ليس عامل اختزال قوي، يتم اختزال الكبريت في هذا التفاعل فقط إلى حالة الأكسدة +4 (في SO 2).

- مع حامض النيتريك المخفف

يؤدي تفاعل النحاس مع HNO 3 المخفف إلى تكوين نترات النحاس (II) وأول أكسيد النيتروجين:

3Cu + 8HNO 3 (مخفف) = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H2O

- مع حامض النيتريك المركز

يتفاعل HNO 3 المركز بسهولة مع النحاس في الظروف العادية. الفرق بين تفاعل النحاس مع حمض النيتريك المركز والتفاعل مع حمض النيتريك المخفف يكمن في ناتج اختزال النيتروجين. في حالة HNO 3 المركزة، يتم تقليل النيتروجين بدرجة أقل: بدلاً من أكسيد النيتريك (II)، يتم تشكيل أكسيد النيتريك (IV)، والذي يرجع إلى زيادة المنافسة بين جزيئات حمض النيتريك في الحمض المركز على إلكترونات الاختزال. الوكيل (النحاس):

النحاس + 4HNO 3 = النحاس (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

مع أكاسيد غير معدنية

يتفاعل النحاس مع بعض الأكاسيد اللافلزية. على سبيل المثال، مع أكاسيد مثل NO 2، NO، N 2 O، يتأكسد النحاس إلى أكسيد النحاس (II)، ويتم تقليل النيتروجين إلى حالة الأكسدة 0، أي. تتكون مادة بسيطة N 2 :

وفي حالة ثاني أكسيد الكبريت، يتكون كبريتيد النحاس (I) بدلاً من المادة البسيطة (الكبريت). ويرجع ذلك إلى حقيقة أن النحاس والكبريت، على عكس النيتروجين، يتفاعلان:

مع أكاسيد المعادن

عندما يتم تلبيد النحاس المعدني مع أكسيد النحاس (II) عند درجة حرارة 1000-2000 درجة مئوية، يمكن الحصول على أكسيد النحاس (I):

أيضًا، يمكن للنحاس المعدني اختزال أكسيد الحديد (III) إلى أكسيد الحديد (II) عند التكليس:

بالأملاح المعدنية

يزيح النحاس المعادن الأقل نشاطًا (على يمينه في سلسلة النشاط) من محاليل أملاحها:

Cu + 2AgNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2Ag↓

يحدث أيضًا تفاعل مثير للاهتمام حيث يذوب النحاس في ملح معدن أكثر نشاطًا - الحديد في حالة الأكسدة +3. ومع ذلك، لا توجد تناقضات، لأنه النحاس لا يزيح الحديد من ملحه، بل يختزله من حالة الأكسدة +3 إلى حالة الأكسدة +2:

الحديد 2 (SO 4) 3 + النحاس = CuSO 4 + 2FeSO 4

النحاس + 2FeCl 3 = CuCl 2 + 2FeCl 2

يستخدم التفاعل الأخير في إنتاج الدوائر الدقيقة في مرحلة حفر لوحات الدوائر النحاسية.

تآكل النحاس

يتآكل النحاس بمرور الوقت عند ملامسته للرطوبة وثاني أكسيد الكربون والأكسجين الجوي:

2Cu + H2O + CO2 + O2 = (CuOH) 2CO3

ونتيجة لهذا التفاعل، تتم تغطية منتجات النحاس بطبقة زرقاء-خضراء فضفاضة من هيدروكسيكربونات النحاس (II).

الخواص الكيميائية للزنك

يقع الزنك والزنك في المجموعة IIB من الفترة الرابعة. التكوين الإلكتروني لمدارات التكافؤ لذرات العنصر الكيميائي في الحالة الأرضية هو 3d 10 4s 2. بالنسبة للزنك، هناك حالة أكسدة واحدة فقط ممكنة، تساوي +2. أظهر أكسيد الزنك ZnO وهيدروكسيد الزنك Zn(OH) 2 خصائص مذبذبة.

يفقد الزنك بريقه عند تخزينه في الهواء، ويصبح مغطى بطبقة رقيقة من أكسيد الزنك. تحدث الأكسدة بسهولة خاصة عند الرطوبة العالية وفي وجود ثاني أكسيد الكربون بسبب التفاعل:

2Zn + H2O + O2 + CO 2 → Zn 2 (OH) 2 CO 3

يحترق بخار الزنك في الهواء، ويحترق شريط رفيع من الزنك، بعد أن يتوهج في لهب الموقد، بلهب مخضر:

عند تسخينه، يتفاعل الزنك المعدني أيضًا مع الهالوجينات والكبريت والفوسفور:

لا يتفاعل الزنك مباشرة مع الهيدروجين والنيتروجين والكربون والسيليكون والبورون.

يتفاعل الزنك مع الأحماض غير المؤكسدة لتحرير الهيدروجين:

Zn + H 2 SO 4 (20%) → ZnSO 4 + H 2

Zn + 2HCl → ZnCl 2 + H 2

الزنك التقني قابل للذوبان بشكل خاص في الأحماض، لأنه يحتوي على شوائب من معادن أخرى أقل نشاطا، وخاصة الكادميوم والنحاس. الزنك عالي النقاء مقاوم للأحماض لأسباب معينة. لتسريع التفاعل، يتم ملامسة عينة عالية النقاء من الزنك مع النحاس أو إضافة القليل من ملح النحاس إلى المحلول الحمضي.

عند درجة حرارة 800-900 درجة مئوية (الحرارة الحمراء)، يتفاعل معدن الزنك، وهو في حالة منصهرة، مع بخار الماء شديد السخونة، ويطلق الهيدروجين منه:

Zn + H2O = ZnO + H2

يتفاعل الزنك أيضًا مع الأحماض المؤكسدة: الكبريتيك المركز والنيتريك.

يمكن للزنك كمعدن نشط أن يشكل ثاني أكسيد الكبريت والكبريت الأولي وحتى كبريتيد الهيدروجين مع حمض الكبريتيك المركز.

Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H2O

يتم تحديد تكوين منتجات اختزال حمض النيتريك من خلال تركيز المحلول:

Zn + 4HNO 3 (conc.) = Zn(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

3Zn + 8HNO 3 (40%) = 3Zn(NO 3) 2 + 2NO + 4H2O

4Zn +10HNO3 (20%) = 4Zn(NO3) 2 + N2O + 5H2O

5Zn + 12HNO 3 (6%) = 5Zn(NO 3) 2 + N 2 + 6H 2 O

4Zn + 10HNO3 (0.5%) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

يتأثر اتجاه العملية أيضًا بدرجة الحرارة وكمية الحمض ونقاء المعدن وزمن التفاعل.

يتفاعل الزنك مع المحاليل القلوية ليتكون رباعي هيدروكسيسيناتوالهيدروجين:

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2

Zn + Ba(OH) 2 + 2H2O = Ba + H2

عند اندماجه مع القلويات اللامائية يتكون الزنك الزنكاتوالهيدروجين:

في بيئة شديدة القلوية، يعتبر الزنك عامل اختزال قوي للغاية، قادر على اختزال النيتروجين في النترات والنتريت إلى الأمونيا:

4Zn + NaNO3 + 7NaOH + 6H2O → 4Na2 + NH3

بسبب التعقيد، يذوب الزنك ببطء في محلول الأمونيا، مما يقلل الهيدروجين:

Zn + 4NH 3 H 2 O → (OH) 2 + H 2 + 2H 2 O

يقوم الزنك أيضًا باختزال المعادن الأقل نشاطًا (على يمينه في سلسلة النشاط) من المحاليل المائية لأملاحها:

Zn + CuCl 2 = Cu + ZnCl 2

Zn + FeSO 4 = الحديد + ZnSO 4

الخواص الكيميائية للكروم

الكروم هو أحد عناصر المجموعة VIB من الجدول الدوري. تتم كتابة التكوين الإلكتروني لذرة الكروم على النحو التالي 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1، أي. وفي حالة الكروم، وكذلك في حالة ذرة النحاس، يلاحظ ما يسمى "تسرب الإلكترون"

حالات الأكسدة الأكثر شيوعًا للكروم هي +2 و+3 و+6. يجب أن نتذكرها، وفي إطار برنامج امتحان الدولة الموحد في الكيمياء، يمكن الافتراض أن الكروم ليس له حالات أكسدة أخرى.

في ظل الظروف العادية، يكون الكروم مقاومًا للتآكل في الهواء والماء.

التفاعل مع غير المعادن

مع الأكسجين

عند تسخينه إلى درجة حرارة تزيد عن 600 درجة مئوية، يحترق مسحوق معدن الكروم في الأكسجين النقي المكون لأكسيد الكروم (III):

4Cr + 3O2 = س ر=> 2Cr 2 O 3

مع الهالوجينات

يتفاعل الكروم مع الكلور والفلور عند درجات حرارة أقل من الأكسجين (250 و 300 درجة مئوية على التوالي):

2Cr + 3F 2 = س ر=> 2CrF3

2Cr + 3Cl2 = س ر=> 2CrCl3

يتفاعل الكروم مع البروم عند درجة حرارة شديدة الحرارة (850-900 درجة مئوية):

2Cr + 3Br2 = س ر=> 2CrBr3

مع النيتروجين

يتفاعل معدن الكروم مع النيتروجين عند درجات حرارة أعلى من 1000 درجة مئوية:

2Cr + N 2 = سر=> 2CrN

مع الكبريت

مع الكبريت، يمكن أن يشكل الكروم كلا من كبريتيد الكروم (II) وكبريتيد الكروم (III)، والذي يعتمد على نسب الكبريت والكروم:

الكروم + S = يا ر=>CrS

2Cr + 3S = يا ر=> الكروم 2 ق 3

لا يتفاعل الكروم مع الهيدروجين.

التفاعل مع المواد المعقدة

التفاعل مع الماء

الكروم معدن ذو نشاط متوسط ​​(يوجد في سلسلة نشاط المعادن بين الألومنيوم والهيدروجين). وهذا يعني أن التفاعل يحدث بين الكروم الأحمر الساخن وبخار الماء شديد السخونة:

2Cr + 3H2O = يا ر=> الكروم 2 يا 3 + 3 ح 2

التفاعل مع الأحماض

يتم تخميل الكروم في الظروف العادية بواسطة أحماض الكبريتيك والنيتريك المركزة، إلا أنه يذوب فيها عند الغليان، بينما يتأكسد إلى حالة الأكسدة +3:

Cr + 6HNO 3(conc.) = ل=> الكروم (NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

2Cr + 6H 2 SO 4(conc) = ل=> الكروم 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

في حالة حمض النيتريك المخفف، فإن المنتج الرئيسي لاختزال النيتروجين هو المادة البسيطة N 2:

10Cr + 36HNO 3(dil) = 10Cr(NO 3) 3 + 3N2 + 18H2O

يقع الكروم في سلسلة النشاط على يسار الهيدروجين، مما يعني أنه قادر على إطلاق الهيدروجين من محاليل الأحماض غير المؤكسدة. خلال مثل هذه التفاعلات، في غياب الوصول إلى الأكسجين الجوي، تتشكل أملاح الكروم (II):

الكروم + 2HCl = CrCl 2 + H 2

Cr + H 2 SO 4 (مخفف) = Cr SO 4 + H 2

عندما يتم التفاعل في الهواء الطلق، يتأكسد الكروم ثنائي التكافؤ على الفور بواسطة الأكسجين الموجود في الهواء إلى حالة الأكسدة +3. وفي هذه الحالة على سبيل المثال فإن المعادلة مع حمض الهيدروكلوريك ستكون على الشكل التالي:

4Cr + 12HCl + 3O2 = 4CrCl3 + 6H2O

عندما يتم دمج الكروم المعدني مع عوامل مؤكسدة قوية في وجود القلويات، يتأكسد الكروم إلى حالة الأكسدة +6، مكونًا الكرومات:

الخواص الكيميائية للحديد

الحديد الحديد، عنصر كيميائي يقع في المجموعة VIIIB وله الرقم التسلسلي 26 في الجدول الدوري. توزيع الإلكترونات في ذرة الحديد هو كما يلي: 26 Fe1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2، أي أن الحديد ينتمي إلى العناصر d، حيث أن المستوى الفرعي d مملوء في علبته. ويتميز بحالتي الأكسدة +2 و +3. يتمتع أكسيد FeO وهيدروكسيد Fe(OH) 2 بخصائص أساسية سائدة، في حين أن أكسيد Fe 2 O 3 وهيدروكسيد Fe (OH) 3 لهما خصائص مذبذبة بشكل ملحوظ. وهكذا، فإن أكسيد الحديد وهيدروكسيد (lll) يذوبان إلى حد ما عند غليهما في محاليل مركزة من القلويات، ويتفاعلان أيضًا مع القلويات اللامائية أثناء الاندماج. وتجدر الإشارة إلى أن حالة أكسدة الحديد +2 غير مستقرة للغاية، وتنتقل بسهولة إلى حالة الأكسدة +3. ومن المعروف أيضًا مركبات الحديد في حالة أكسدة نادرة +6 - الفرات وأملاح "حمض الحديد" غير الموجود H 2 FeO 4. تكون هذه المركبات مستقرة نسبيًا فقط في الحالة الصلبة أو في المحاليل القلوية القوية. إذا كانت قلوية البيئة غير كافية، فإن الفرات يتأكسد بسرعة حتى الماء، ويطلق الأكسجين منه.

التفاعل مع المواد البسيطة

مع الأكسجين

عند حرقه في الأكسجين النقي، يشكل الحديد ما يسمى حديد حجم، لها الصيغة Fe 3 O 4 وتمثل في الواقع أكسيدًا مختلطًا، والذي يمكن تمثيل تركيبته تقليديًا بالصيغة FeO∙Fe 2 O 3. تفاعل احتراق الحديد له الشكل:

3Fe + 2O 2 = ل=> الحديد 3 أو 4

بالكبريت

عند تسخينه، يتفاعل الحديد مع الكبريت لتكوين كبريتيد الحديدوز:

الحديد + ق = ل=>فاس

أو مع الكبريت الزائد ثاني كبريتيد الحديد:

الحديد + 2S = ل=> فاس 2

مع الهالوجينات

يتأكسد الحديد المعدني بواسطة جميع الهالوجينات باستثناء اليود إلى حالة الأكسدة +3، مكونًا هاليدات الحديد (الثالث عشر):

2Fe + 3F 2 = ل=> 2FeF3 – فلوريد الحديد (الثالث)

2Fe + 3Cl 2 = ل=> 2FeCl 3 – كلوريد الحديديك (الثالث)

اليود، باعتباره أضعف عامل مؤكسد بين الهالوجينات، يؤكسد الحديد فقط إلى حالة الأكسدة +2:

الحديد + أنا 2 = ل=> FeI2 – يوديد الحديد (ل)

تجدر الإشارة إلى أن مركبات الحديديك تعمل على أكسدة أيونات اليوديد بسهولة في محلول مائي لتحرير اليود I 2 بينما يتم اختزالها إلى حالة الأكسدة +2. أمثلة على ردود فعل مماثلة من بنك FIPI:

2FeCl 3 + 2KI = 2FeCl 2 + I 2 + 2KCl

2Fe(OH) 3 + 6HI = 2FeI2 + I2 + 6H2O

Fe2O3 + 6HI = 2FeI2 + I2 + 3H2O

مع الهيدروجين

لا يتفاعل الحديد مع الهيدروجين (فقط الفلزات القلوية والفلزات القلوية الأرضية تتفاعل مع الهيدروجين من المعادن):

التفاعل مع المواد المعقدة

التفاعل مع الأحماض

مع الأحماض غير المؤكسدة

نظرًا لوجود الحديد في سلسلة النشاط على يسار الهيدروجين، فهذا يعني أنه قادر على إزاحة الهيدروجين من الأحماض غير المؤكسدة (جميع الأحماض تقريبًا باستثناء H 2 SO 4 (conc.) وHNO 3 بأي تركيز):

Fe + H 2 SO 4 (مخفف) = FeSO 4 + H 2

الحديد + 2HCl = FeCl2 + H2

يجب الانتباه إلى مثل هذه الخدعة في مهام امتحان الدولة الموحدة كسؤال حول الموضوع إلى أي درجة يتأكسد الحديد عند تعرضه لحمض الهيدروكلوريك المخفف والمركز. الإجابة الصحيحة تصل إلى +2 في كلتا الحالتين.

يكمن الفخ هنا في التوقع البديهي لأكسدة أعمق للحديد (إلى درجة +3) في حالة تفاعله مع حمض الهيدروكلوريك المركز.

التفاعل مع الأحماض المؤكسدة

في الظروف العادية، لا يتفاعل الحديد مع أحماض الكبريتيك والنيتريك المركزة بسبب التخميل. إلا أنه يتفاعل معها عند غليها:

2Fe + 6H 2 SO 4 = يا ر=> الحديد 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O

الحديد + 6HNO3 = يا ر=> Fe(NO 3) 3 + 3NO 2 + 3H 2 O

يرجى ملاحظة أن حمض الكبريتيك المخفف يؤكسد الحديد إلى حالة أكسدة +2، وحمض الكبريتيك المركز إلى +3.

تآكل (صدأ) الحديد

في الهواء الرطب، يصدأ الحديد بسرعة كبيرة:

4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3

ولا يتفاعل الحديد مع الماء في غياب الأكسجين سواء في الظروف العادية أو عند غليه. يحدث التفاعل مع الماء فقط عند درجات حرارة أعلى من الحرارة الحمراء (> 800 درجة مئوية). أولئك..

الزنك هو معدن رقم 30 في الجدول الدوري ويسمى Zn. ويذوب عند درجة حرارة 419 درجة مئوية، أما إذا كانت درجة الغليان 913 درجة مئوية فإنه يبدأ بالتحول إلى بخار. في درجات الحرارة العادية، تكون الحالة هشة، ولكن عند مائة درجة تبدأ في الانحناء.

لون الزنك أزرق-أبيض. عند تعرضه للأكسجين، تحدث الأكسدة، وكذلك طبقة من الكربونات، التي تحمي المعدن من تفاعلات الأكسدة الإضافية. وظهور الهيدروكسيد على الزنك يعني أن الماء ليس له أي تأثير على العنصر الكيميائي.

الزنك عنصر كيميائي له خصائصه المميزة ومزاياه وعيوبه. ويستخدم على نطاق واسع في الحياة اليومية للإنسان، في المستحضرات الصيدلانية والمعادن.

مميزات الزنك

المعدن ضروري ويستخدم على نطاق واسع في جميع مجالات الحياة البشرية اليومية تقريبًا.

يتم التعدين بشكل رئيسي في إيران وكازاخستان وأستراليا وبوليفيا. في روسيا، الشركة المصنعة هي OJSC GMK Dalpolimetal.

وهو معدن انتقالي، لديه حالة أكسدة +2، وهو نظير مشع، ونصف عمر 244 يوما.

لا يتم استخراج العنصر في شكله النقي. يحتوي على الخامات والمعادن: الكليوفان، المارماتيت، الورزيت، الزنكيت. وهو موجود بالضرورة في سبائك الألومنيوم والنحاس والقصدير والنيكل.

الخصائص الكيميائية والفيزيائية وخصائص الزنك

الزنك هو معدن له عدد من الخصائص والخصائص التي تميزه عن العناصر الأخرى في الجدول الدوري.

الخصائص الفيزيائية للزنك تشمل حالته. العامل الرئيسي هو درجة الحرارة. إذا كانت مادة هشة في درجة حرارة الغرفة، فإن كثافة الزنك تبلغ 7130 كجم / م 3 (˃ كثافة الفولاذ)، والتي لا تنحني عمليًا، ثم عند رفعها تنحني بسهولة ويتم دحرجتها على شكل صفائح في المصانع. إذا كنت تأخذ نظام درجة حرارة أعلى، فإن المادة تكتسب حالة سائلة، وإذا قمت برفع درجة الحرارة بمقدار 400-450 درجة مئوية، فسوف تتبخر ببساطة. هذا هو التفرد - تغيير حالتك. إذا تعرضت للأحماض والقلويات، فإنها يمكن أن تتفتت أو تنفجر أو تذوب.

صيغة الزنك هي الزنك – الزنك. الكتلة الذرية للزنك هي 65.382 amu.

الصيغة الإلكترونية: تحتوي نواة ذرة المعدن على 30 بروتونًا، و35 نيوترونًا. هناك 4 مستويات طاقة في الذرة - 30 إلكترونًا. (الشكل. هيكل ذرة الزنك) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2.

الشبكة البلورية للزنك عبارة عن نظام بلوري سداسي الشكل يحتوي على ذرات مضغوطة بإحكام. بيانات الشبكة: A=2.66U، C=4.94.

هيكل وتكوين الزنك

تحتوي المواد المستخرجة وغير المعالجة على النظائر 64، 66، 67، الإلكترونات 2-8-18-2.

من حيث التطبيق، من بين جميع عناصر الجدول الدوري، يحتل المعدن المرتبة 23. ويظهر العنصر في الطبيعة على شكل كبريتيد مع شوائب من الرصاص Pb، والكادميوم Cd، والحديد Fe، والنحاس Cu، والفضة Ag.

اعتمادا على كمية الشوائب، يتم وضع علامة على المعدن.

إنتاج الزنك

وكما ذكر أعلاه، لا يوجد شكل نقي لهذا العنصر في الطبيعة. يتم استخراجه من صخور أخرى، مثل الخام - الكادميوم والجاليوم والمعادن - السفاليريت.

يتم الحصول على المعدن في المصنع. كل مصنع لديه ميزات الإنتاج المميزة الخاصة به، وبالتالي فإن معدات الحصول على المواد النقية مختلفة. يمكن أن يكون مثل هذا:

• الدوارات الموجودة عموديًا هي إلكتروليتية.
• أفران خاصة ذات درجة حرارة عالية بما فيه الكفاية للحرق، وكذلك أفران كهربائية خاصة.
• الناقلات والحمامات للتحليل الكهربائي.

اعتمادا على طريقة التعدين المعدنية المعتمدة، يتم استخدام المعدات المناسبة.

الحصول على الزنك النقي

كما ذكر أعلاه، لا توجد أنواع نقية في الطبيعة. يتم استخراجه بشكل رئيسي من الخامات التي تأتي مع عناصر مختلفة.

للحصول على مادة نقية، يتم استخدام عملية تعويم خاصة مع انتقائية. بعد هذه العملية، ينقسم الخام إلى عناصر: الزنك والرصاص والنحاس وما إلى ذلك.

يتم حرق المعدن النقي المستخرج بهذه الطريقة في فرن خاص. هناك، في درجات حرارة معينة، تتحول حالة كبريتيد المادة إلى أكسيد. أثناء التحميص، يتم إطلاق غاز يحتوي على الكبريت، والذي يستخدم لإنتاج حامض الكبريتيك.

هناك طريقتان للحصول على المعدن:

1. المعالجة الحرارية - تتم عملية الحرق، وبعد ذلك يتم استعادة الكتلة الناتجة بمساعدة الفحم الأسود وفحم الكوك. العملية النهائية هي التسوية.
2. التحليل الكهربائي – تتم معالجة الكتلة المستخرجة بحمض الكبريتيك. يخضع المحلول الناتج للتحليل الكهربائي، حيث يستقر المعدن ويتم صهره في الأفران.

صهر الزنك في الفرن

درجة حرارة انصهار الزنك في الفرن هي 419-480 درجة مئوية. إذا تم تجاوز درجة الحرارة، فإن المادة تبدأ في التبخر. عند درجة الحرارة هذه، يُسمح بمزيج من الحديد بنسبة 0.05٪.

عند معدل فائدة الحديد 0.2، لا يمكن دحرجة الورقة.

يتم استخدام طرق مختلفة لصهر المعدن النقي، وصولاً إلى إنتاج بخار الزنك، الذي يتم إرساله إلى خزانات خاصة حيث تتساقط المادة هناك.

تطبيق المعدن

خصائص الزنك تسمح باستخدامه في العديد من المجالات. كنسبة مئوية:

1. الجلفنة - ما يصل إلى 60٪.
2. الطب – 10%.
3. سبائك مختلفة تحتوي على هذا المعدن 10%.
4. إنتاج الإطارات 10%.
5. إنتاج الطلاء – 10%.

كما أن استخدام الزنك ضروري لترميم المعادن مثل الذهب والفضة والبلاتين.

الزنك في المعادن

تستخدم صناعة المعادن هذا العنصر من الجدول الدوري باعتباره العنصر الرئيسي لتحقيق أهداف معينة. يعد صهر الحديد الزهر والصلب هو العمل الرئيسي في صناعة المعادن بأكملها في البلاد. لكن هذه المعادن عرضة للتأثيرات البيئية السلبية. وبدون معالجة معينة، تتأكسد المعادن بسرعة، مما يؤدي إلى تدهورها. أفضل حماية هي الجلفنة.

يعد تطبيق طبقة واقية على الحديد الزهر والصلب أفضل علاج ضد التآكل. يتم إنفاق حوالي 40٪ من إجمالي إنتاج المواد النقية على الجلفنة.

طرق الجلفنة

تتميز مصانع المعادن ليس فقط بمعداتها، ولكن أيضًا بطرق الإنتاج المستخدمة. يعتمد ذلك على سياسة التسعير والموقع (الموارد الطبيعية المستخدمة في صناعة المعادن). هناك العديد من طرق الجلفنة، والتي سيتم مناقشتها أدناه.

طريقة الجلفنة الساخنة

تتضمن هذه الطريقة غمس جزء معدني في محلول سائل. يحدث مثل هذا:

1. تتم إزالة الشحوم من الجزء أو المنتج وتنظيفه وغسله وتجفيفه.
2. بعد ذلك، يتم صهر الزنك إلى الحالة السائلة عند درجات حرارة تصل إلى 480 درجة مئوية.
3. يتم إنزال المنتج المحضر في المحلول السائل. في الوقت نفسه، يتم ترطيبه جيدًا في المحلول ويتم تشكيل طبقة يصل سمكها إلى 450 ميكرون. هذه حماية 100% ضد تأثيرات العوامل الخارجية على المنتج (الرطوبة، أشعة الشمس المباشرة، الماء مع الشوائب الكيميائية).

لكن هذه الطريقة لها عدد من العيوب:

• ينتج عن طبقة الزنك الموجودة على المنتج طبقة غير مستوية.
• لا يمكن استخدام هذه الطريقة للأجزاء التي تلبي المعايير الدقيقة وفقًا لـ GOST. حيث يعتبر كل ملليمتر عيبا.
• بعد الجلفنة بالغمس الساخن، لن يبقى كل جزء قويًا ومقاومًا للتآكل، حيث تظهر الهشاشة بعد المرور بدرجات حرارة عالية.

هذه الطريقة أيضًا غير مناسبة للمنتجات المطلية بالدهانات والورنيش.

الجلفنة الباردة

هذه الطريقة لها اسمان: كلفاني وإلكتروليتي. طريقة طلاء المنتج بالحماية من التآكل هي كما يلي:

1. الجزء المعدني، يتم تحضير المنتج (مزيل الشحوم، نظيف).
2. بعد ذلك، يتم تنفيذ "طريقة التلوين" - يتم استخدام تركيبة خاصة تحتوي على المكون الرئيسي - الزنك.
3. يتم طلاء الجزء بهذه التركيبة عن طريق الرش.

بفضل هذه الطريقة، تتم حماية الأجزاء ذات التفاوتات الدقيقة والمنتجات المطلية بالدهانات والورنيش. يزيد من مقاومة العوامل الخارجية مما يؤدي إلى التآكل.

عيوب هذه الطريقة: طبقة واقية رقيقة تصل إلى 35 ميكرون. وهذا يؤدي إلى حماية أقل وفترات حماية أقصر.

طريقة الانتشار الحراري

تصنع هذه الطريقة طلاءًا عبارة عن قطب كهربائي ذو قطبية موجبة، بينما يصبح معدن المنتج (الفولاذ) قطبيًا سالبًا. تظهر طبقة واقية كهروكيميائية.

لا تنطبق هذه الطريقة إلا إذا كانت الأجزاء مصنوعة من الفولاذ الكربوني أو الحديد الزهر أو الفولاذ المحتوي على شوائب. يتم استخدام الزنك بالطرق التالية:

1. عند درجات حرارة تتراوح من 290 درجة مئوية إلى 450 درجة مئوية في وسط مسحوق، يكون سطح الجزء مشبعًا بالزنك. هنا، يتم وضع علامة على الفولاذ، وكذلك نوع المنتج، - يتم تحديد درجة الحرارة المناسبة.
2. سمك الطبقة الواقية يصل إلى 110 ميكرون.
3. يتم وضع منتج مصنوع من الفولاذ أو الحديد الزهر في خزان مغلق.
4. يضاف خليط خاص هناك.
5. الخطوة الأخيرة هي معالجة خاصة للمنتج لمنع ظهور الإزهار الأبيض من المياه المالحة.

تُستخدم هذه الطريقة بشكل أساسي عندما يكون من الضروري طلاء الأجزاء ذات الشكل المعقد: الخيوط والسكتات الدماغية الصغيرة. يعد تكوين طبقة واقية موحدة أمرًا مهمًا، نظرًا لأن هذه الأجزاء تخضع لتعرضات متعددة لبيئات خارجية عدوانية (رطوبة ثابتة).

توفر هذه الطريقة أعلى نسبة حماية للمنتج ضد التآكل. الطلاء المجلفن مقاوم للتآكل وغير قابل للتدمير عمليًا، وهو أمر مهم جدًا للأجزاء التي يتم تدويرها وتفكيكها بمرور الوقت.

استخدامات أخرى للزنك

بالإضافة إلى الجلفنة، يتم استخدام المعدن أيضًا في صناعات أخرى.

1. صفائح الزنك. لإنتاج الصفائح، يتم تنفيذ الدرفلة، حيث تكون الليونة مهمة. ذلك يعتمد على درجة الحرارة. درجة حرارة 25 درجة مئوية تعطي اللدونة فقط في مستوى واحد، مما يخلق خصائص معينة للمعدن. الشيء الرئيسي هنا هو سبب صنع الورقة. كلما ارتفعت درجة الحرارة، أصبح المعدن أرق. اعتمادا على هذا، يتم وضع علامة على المنتج Ts1، Ts2، Ts3. بعد ذلك، يتم إنشاء منتجات مختلفة للسيارات، وملفات تعريف البناء والإصلاح، والطباعة، وما إلى ذلك من الأوراق.
2. سبائك الزنك. لتحسين خصائص المنتجات المعدنية، يتم إضافة الزنك. يتم إنشاء هذه السبائك عند درجات حرارة عالية في أفران خاصة. السبائك الأكثر إنتاجًا هي النحاس والألومنيوم. تُستخدم هذه السبائك لإنتاج المحامل والبطانات المختلفة التي يمكن استخدامها في الهندسة الميكانيكية وبناء السفن والطيران.

في الاستخدام المنزلي، يعتبر الدلو المجلفن والحوض والألواح الموجودة على السطح هي القاعدة. ويستخدم الزنك، وليس الكروم أو النيكل. ولا يقتصر الأمر على أن الجلفنة أرخص من الطلاء بمواد أخرى. هذه هي المادة الواقية الأكثر موثوقية وطويلة الأمد من الكروم أو المواد الأخرى المستخدمة.

ونتيجة لذلك، يعد الزنك المعدن الأكثر شيوعًا المستخدم على نطاق واسع في علم المعادن. في الهندسة الميكانيكية والبناء والطب، يتم استخدام المادة ليس فقط للحماية من التآكل، ولكن أيضًا لزيادة القوة وعمر الخدمة الطويل. في المنازل الخاصة، تحمي الألواح المجلفنة السقف من هطول الأمطار، وفي المباني والجدران والأسقف مبطنة بألواح الجبس على أساس التشكيلات المجلفنة.

تحتوي كل ربة منزل تقريبًا على دلو أو حوض مجلفن في منزلها تستخدمه لفترة طويلة.

التكوين الإلكتروني الخارجي لذرة الزنك هو 3d104s2. حالة الأكسدة في المركبات هي +2. تميز إمكانات الأكسدة والاختزال الطبيعية البالغة 0.76 فولت الزنك كمعدن نشط وعامل اختزال نشط. في الهواء عند درجات حرارة تصل إلى 100 درجة مئوية، يفقد الزنك بريقه بسرعة، ويصبح مغطى بطبقة سطحية من الكربونات الأساسية. في الهواء الرطب، وخاصة في وجود ثاني أكسيد الكربون، يتحلل المعدن مكونًا بيكربونات الزنك الأساسية، حتى في درجات الحرارة العادية.

وفي درجات الحرارة الحمراء الساخنة، يمكن أن يتأكسد ببخار الماء، ويطلق الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون. عند تسخينه بدرجة كافية في الهواء، فإنه يحترق بلهب أزرق مخضر ساطع ليشكل أكسيد الزنك مع إطلاق كمية كبيرة من الطاقة.

وفقا للمكان الذي يشغله الزنك في سلسلة الضغوط، فإنه يذوب بسهولة في الأحماض المخففة مع إطلاق الهيدروجين. في هذه الحالة، يتم تقليل الحمض المركز إلى أكاسيد النيتروجين، ويتم تقليل الحمض المخفف إلى الأمونيا. الذوبان في conc. يصاحب H3S04 إطلاق ثاني أكسيد الكبريت وليس الهيدروجين.

يتفاعل خليط من مسحوق الزنك والكبريت بشكل انفجاري عند تسخينه.

لا يتفاعل الزنك مع النيتروجين حتى في الأبخرة، ولكنه يتفاعل بسهولة تامة مع الأمونيا عند درجات الحرارة الحمراء الساخنة، ويشكل نيتريد الزنك - Zn3Na.

كربيد الزنك ZnC، المتكون عن طريق تسخين الزنك في تيار من الأسيتيلين، يتحلل مع الماء والأحماض المخففة.

عندما يتم تسخين الزنك المعدني في بخار الفوسفور إلى 440-780 درجة مئوية، يتم تشكيل الفوسفيدات - Zn3Ps وZnP2.

في الحالة المنصهرة، يمتزج الزنك إلى أجل غير مسمى مع العديد من المعادن: Cu، Ag، Au، Cd، Hg، Ca، Mg، Mn، Fe، Co، Ni، Al، Sn.

يشكل الزنك مركبات تحتوي على العديد من المعادن، على سبيل المثال: Cu، Ag، Au، Mn، Fe، Co، Ni، Pf، Pd، Rh، Sb، Mg، Ca، Li، Na، K.

يذوب الزنك بسهولة تامة في القلويات، وكذلك في المحاليل المائية للأمونيا وكلوريد الأمونيوم، خاصة عند تسخينه. معدل انحلال الزنك ليس فقط في القلويات، ولكن أيضًا في الأحماض يعتمد على نقائه. يذوب الزنك النقي جدًا ببطء، ولتسريع العملية يوصى بإدخال بضع قطرات من محلول مخفف للغاية من كبريتات النحاس في المحلول (ظهور أزواج كلفانية).

التفاعل مع غير المعادن

عند تسخينه بقوة في الهواء، فإنه يحترق بلهب مزرق لامع ليشكل أكسيد الزنك:

عند اشتعاله يتفاعل بقوة مع الكبريت:

يتفاعل مع الهالوجينات في الظروف العادية في وجود بخار الماء كمحفز:

الزنك + Cl2 = ZnCl2

عندما يتفاعل بخار الفوسفور مع الزنك، تتشكل الفوسفيدات:

Zn + 2P = ZnP2 أو

3Zn + 2P = Zn3P2

لا يتفاعل الزنك مع الهيدروجين أو النيتروجين أو البورون أو السيليكون أو الكربون.

التفاعل مع الماء

يتفاعل مع بخار الماء عند الحرارة الحمراء لتكوين أكسيد الزنك والهيدروجين:

Zn + H2O = ZnO + H2

التفاعل مع الأحماض

في سلسلة الجهد الكهروكيميائية للمعادن، يقع الزنك قبل الهيدروجين ويزيحه عن الأحماض غير المؤكسدة:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2

يتفاعل مع حمض النيتريك المخفف لتكوين نترات الزنك ونترات الأمونيوم:

4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

يتفاعل مع أحماض الكبريتيك والنيتريك المركزة لتكوين أملاح الزنك ومنتجات اختزال الأحماض:

Zn + 2H2SO4 = ZnSO4 + SO2 + 2H2O

Zn + 4HNO3 = Zn(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

التفاعل مع القلويات

يتفاعل مع المحاليل القلوية لتكوين معقدات الهيدروكسو:

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2

عندما تنصهر، فإنها تشكل الزنكات:

Zn + 2KOH = K2ZnO2 + H2

التفاعل مع الأمونيا

مع الأمونيا الغازية عند 550-600 درجة مئوية تشكل نيتريد الزنك:

3Zn + 2NH3 = Zn3N2 + 3H2

يذوب في محلول مائي من الأمونيا، ويشكل هيدروكسيد الزنك رباعي الأمينيوم:

Zn + 4NH3 + 2H2O = (OH)2 + H2

التفاعل مع الأكاسيد والأملاح

يزيح الزنك المعادن الموجودة في سلسلة الجهد على يمينه من محاليل الأملاح والأكاسيد:

الزنك + CuSO4 = النحاس + ZnSO4

يقع في المجموعة الثانية، وهي مجموعة فرعية ثانوية من الجدول الدوري لمندليف وهو معدن انتقالي. الرقم التسلسلي للعنصر هو 30، والكتلة 65.37. التكوين الإلكتروني للطبقة الخارجية للذرة هو 4s2. الوحيد والثابت هو "+2". تتميز المعادن الانتقالية بتكوين مركبات معقدة تعمل فيها كعامل معقد بأرقام تنسيق مختلفة. وهذا ينطبق أيضًا على الزنك. هناك 5 نظائر مستقرة في الطبيعة بأعداد كتلية من 64 إلى 70. علاوة على ذلك، فإن نظير 65Zn مشع، وعمر النصف له هو 244 يومًا.

الزنك هو معدن أزرق فضي، عند تعرضه للهواء، يصبح مغطى بسرعة بطبقة أكسيد واقية، مما يخفي لمعانه. عند إزالة طبقة الأكسيد، يظهر الزنك خصائص المعادن - التألق واللمعان المميز. يوجد الزنك في الطبيعة في العديد من المعادن والخامات. الأكثر شيوعًا: الكليوفان، مزيج الزنك (السفاليريت)، الورزيت، المارماتيت، الكالامين، سميثسونيت، الويلميت، الزنكيت، فرانكلينيت.

سميثسونايت

كجزء من الخامات المختلطة، يلتقي الزنك برفاقه الدائمين: الثاليوم والجرمانيوم والإنديوم والجاليوم والكادميوم. تحتوي القشرة الأرضية على 0.0076% من الزنك، ويوجد 0.07 ملغم/لتر من هذا المعدن في مياه البحر على شكل أملاح. صيغة الزنك كمادة بسيطة هي Zn، والرابطة الكيميائية معدنية. يحتوي الزنك على شبكة بلورية كثيفة سداسية الشكل.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية للزنك

نقطة انصهار الزنك هي 420 درجة مئوية. في الظروف العادية فهو معدن هش. عند تسخينه إلى 100-150 درجة مئوية، تزداد قابلية الزنك للطرق والليونة، ومن الممكن تصنيع الأسلاك من المعدن ولف الرقائق. درجة غليان الزنك هي 906 درجة مئوية. هذا المعدن هو موصل ممتاز. بدءًا من 200 درجة مئوية، يتم طحن الزنك بسهولة إلى مسحوق رمادي ويفقد مرونته. المعدن لديه الموصلية الحرارية الجيدة والقدرة الحرارية. تسمح المعلمات الفيزيائية الموصوفة باستخدام الزنك في المركبات مع عناصر أخرى. النحاس هو سبائك الزنك الأكثر شهرة.

آلات النفخ النحاسية

في ظل الظروف العادية، يتم تغطية سطح الزنك على الفور بأكسيد في شكل طلاء رمادي-أبيض باهت. يتشكل بسبب حقيقة أن الأكسجين الموجود في الهواء يؤكسد مادة نقية. يتفاعل الزنك كمادة بسيطة مع الكالكوجينات والهالوجينات والأكسجين والقلويات والأحماض والأمونيوم (أملاحه) . لا يتفاعل الزنك مع النيتروجين والهيدروجين والبورون والكربون والسيليكون. الزنك النقي كيميائيا لا يتفاعل مع محاليل الأحماض والقلويات. - المعدن مذبذب، وفي التفاعلات مع القلويات يشكل مركبات معقدة - هيدروكسينات. انقر لمعرفة التجارب التي يمكن إجراؤها لدراسة خصائص الزنك في المنزل.

تفاعل حمض الكبريتيك مع الزنك وإنتاج الهيدروجين

يعد تفاعل حمض الكبريتيك المخفف مع الزنك الطريقة المعملية الرئيسية لإنتاج الهيدروجين. ولهذا الغرض، يتم استخدام الزنك النقي (الحبيبي) أو الزنك التقني في شكل قصاصات ونشارة.

إذا تم تناول الزنك وحمض الكبريتيك النقي جدًا، يتم إطلاق الهيدروجين ببطء، خاصة في بداية التفاعل. لذلك، يتم أحيانًا إضافة القليل من محلول كبريتات النحاس إلى المحلول الذي تم تبريده بعد تخفيفه. يؤدي ترسب معدن النحاس على سطح الزنك إلى تسريع التفاعل. الطريقة المثلى لتخفيف الحمض لإنتاج الهيدروجين هي تخفيف حمض الكبريتيك المركز بكثافة 1.19 بالماء بنسبة 1:1.

تفاعل حمض الكبريتيك المركز مع الزنك

في حمض الكبريتيك المركز، العامل المؤكسد ليس كاتيون الهيدروجين، ولكن عامل مؤكسد أقوى - أيون الكبريتات. لا يظهر كعامل مؤكسد في حامض الكبريتيك المخفف بسبب الترطيب القوي، ونتيجة لذلك، انخفاض الحركة.

تعتمد كيفية تفاعل حمض الكبريتيك المركز مع الزنك على درجة الحرارة والتركيز. معادلات التفاعل:

Zn + 2H₂SO₄ = ZnSO₄ + SO₂ + 2H₂O

3Zn + 4H₂SO₄ = 3ZnSO₄ + S + 4H₂O

4Zn + 5H₂SO₄ = 4ZnSO₄ + H₂S + 4H₂O

حمض الكبريتيك المركز هو عامل مؤكسد قوي بسبب حالة أكسدة الكبريت (S⁺⁶). وهو يتفاعل حتى مع المعادن منخفضة النشاط، أي مع المعادن قبل الهيدروجين وبعده، وعلى عكس الحمض المخفف، لا يطلق الهيدروجين أبدًا أثناء هذه التفاعلات. في تفاعلات حمض الكبريتيك المركز مع المعادن، يتم دائمًا تكوين ثلاثة منتجات: الملح والماء ومنتج اختزال الكبريت. يعد حمض الكبريتيك المركز عامل مؤكسد قوي لدرجة أنه يؤكسد بعض العناصر غير المعدنية (الفحم والكبريت والفوسفور).

يعتبر الزنك ممثلًا نموذجيًا لمجموعة العناصر المعدنية وله مجموعة كاملة من خصائصها: اللمعان المعدني، والليونة، والتوصيل الكهربائي والحراري. ومع ذلك، فإن الخصائص الكيميائية للزنك تختلف إلى حد ما عن التفاعلات الأساسية الكامنة في معظم المعادن. يمكن أن يتصرف العنصر مثل اللافلزات في ظل ظروف معينة، على سبيل المثال، يتفاعل مع القلويات. وتسمى هذه الظاهرة الأمفوتيريتي. سندرس في مقالتنا الخواص الفيزيائية للزنك، وننظر أيضًا في التفاعلات النموذجية المميزة للمعدن ومركباته.

موقع العنصر في الجدول الدوري وتوزيعه في الطبيعة

يقع المعدن في مجموعة فرعية ثانوية من المجموعة الثانية من الجدول الدوري. بالإضافة إلى الزنك، فهو يحتوي على الكادميوم والزئبق. ينتمي الزنك إلى العناصر D وهو في الدورة الرابعة. في التفاعلات الكيميائية، تتخلى ذراتها دائمًا عن إلكترونات مستوى الطاقة الأخير، لذلك في مركبات العنصر مثل الأكسيد والأملاح الوسيطة والهيدروكسيد، يُظهر المعدن حالة أكسدة تبلغ +2. يوضح تركيب الذرة جميع الخواص الفيزيائية والكيميائية للزنك ومركباته. إجمالي المحتوى المعدني في التربة حوالي 0.01 بالوزن. %. يوجد في المعادن مثل الجالميا وخليط الزنك. نظرًا لأن محتوى الزنك فيها منخفض، يتم أولاً إخضاع الصخور للتخصيب، والذي يتم في أفران العمود. معظم المعادن المحتوية على الزنك هي الكبريتيدات والكربونات والكبريتات. هذه هي أملاح الزنك، والتي تكمن خواصها الكيميائية في عمليات المعالجة، مثل التحميص.

إنتاج المعادن

تفاعل الأكسدة الشديد لكربونات الزنك أو كبريتيد ينتج أكسيده. تتم العملية في سرير مميع. هذه طريقة خاصة تعتمد على الاتصال الوثيق بين المعادن المطحونة جيدًا وتيار الهواء الساخن الذي يتحرك بسرعة عالية. بعد ذلك، يتم اختزال أكسيد الزنك ZnO باستخدام فحم الكوك ويتم إزالة الأبخرة المعدنية الناتجة من مجال التفاعل. هناك طريقة أخرى لإنتاج المعدن، بناءً على الخواص الكيميائية للزنك ومركباته، وهي التحليل الكهربائي لمحلول كبريتات الزنك. إنه تفاعل الأكسدة والاختزال الذي يحدث تحت تأثير التيار الكهربائي. يتم ترسيب معدن عالي النقاء على القطب.

الخصائص البدنية

معدن فضي مزرق وهش في الظروف العادية. في نطاق درجات الحرارة من 100 درجة إلى 150 درجة، يصبح الزنك مرنًا ويمكن لفه إلى صفائح. عند تسخينه فوق 200 درجة، يصبح المعدن هشًا بشكل غير عادي. تحت تأثير الأكسجين الجوي، يتم تغطية قطع الزنك بطبقة رقيقة من الأكسيد، وعند مزيد من الأكسدة تتحول إلى هيدروكسي كربونات، الذي يلعب دور الحامي ويمنع المزيد من تفاعل المعدن مع الأكسجين الجوي. الخصائص الفيزيائية والكيميائية للزنك مترابطة. دعونا نفكر في ذلك باستخدام مثال تفاعل المعدن مع الماء والأكسجين.

الأكسدة الشديدة والتفاعل مع الماء

عند تسخينها بقوة في الهواء، تحترق برادة الزنك بلهب أزرق، مكونة أكسيد الزنك.

يعرض خصائص مذبذبة. في بخار الماء المسخن إلى درجة حرارة حمراء، يزيح المعدن الهيدروجين من جزيئات H 2 O، بالإضافة إلى ذلك، يتم تشكيل أكسيد الزنك. تثبت الخصائص الكيميائية للمادة قدرتها على التفاعل مع كل من الأحماض والقلويات.

تفاعلات الأكسدة والاختزال التي تنطوي على الزنك

وبما أن العنصر يأتي قبل الهيدروجين في سلسلة نشاط المعادن، فإنه قادر على إزاحته من جزيئات الحمض.

تعتمد منتجات التفاعل بين الزنك والأحماض على عاملين:

• نوع الحمض
• تركيزها

أكسيد الزنك

مسحوق أبيض مسامي يتحول إلى اللون الأصفر عند تسخينه ويعود إلى لونه الأصلي عند تبريده وهو عبارة عن أكسيد فلز. تؤكد الخواص الكيميائية لأكسيد الزنك ومعادلات تفاعله مع الأحماض والقلويات الطبيعة المذبذبة للمركب. وبالتالي، فإن المادة لا يمكن أن تتفاعل مع الماء، ولكنها تتفاعل مع كل من الأحماض والقلويات. ستكون منتجات التفاعل عبارة عن أملاح متوسطة (في حالة التفاعل مع الأحماض) أو مركبات معقدة - رباعي هيدروكسيسينات.

يستخدم أكسيد الزنك في إنتاج الطلاء الأبيض، وهو ما يسمى بالزنك الأبيض. في الأمراض الجلدية، يتم تضمين المادة في المراهم والمساحيق والمعاجين التي لها تأثير مضاد للالتهابات وتجفيف الجلد. يتم استخدام معظم أكسيد الزنك المنتج كمواد حشو للمطاط. مواصلة دراسة الخواص الكيميائية للزنك ومركباته، دعونا نفكر في هيدروكسيد Zn(OH)2.

الطبيعة المذبذبة لهيدروكسيد الزنك

الراسب الأبيض الذي يسقط تحت تأثير القلويات على محاليل الأملاح المعدنية هو قاعدة الزنك. يذوب المركب بسرعة عند تعرضه للأحماض أو القلويات. النوع الأول من التفاعل ينتهي بتكوين أملاح متوسطة، والثاني - الزنكات. يتم عزل الأملاح المعقدة – الهيدروكسيسينات – في صورة صلبة. من السمات الخاصة لهيدروكسيد الزنك قدرته على الذوبان في محلول مائي من الأمونيا لتكوين هيدروكسيد الزنك رباعي الأمينيوم والماء. قاعدة الزنك عبارة عن إلكتروليت ضعيف، وبالتالي فإن متوسط ​​أملاحه والزنكات الموجودة في المحاليل المائية قابلة للتحلل المائي، أي أن أيوناتها تتفاعل مع الماء وتشكل جزيئات هيدروكسيد الزنك. ستكون محاليل الأملاح المعدنية مثل الكلوريد أو النترات حمضية بسبب تراكم أيونات الهيدروجين الزائدة.

خصائص كبريتات الزنك

الخصائص الكيميائية للزنك التي فحصناها سابقًا، على وجه الخصوص، تفاعلاته مع حمض الكبريتات المخفف، تؤكد تكوين ملح متوسط ​​- كبريتات الزنك. هذه بلورات عديمة اللون، والتي عند تسخينها إلى 600 درجة مئوية وما فوق، يمكن أن تنتج أوكسوسلفات وثالث أكسيد الكبريت. ومع المزيد من التسخين، تتحول كبريتات الزنك إلى أكسيد الزنك. الملح قابل للذوبان في الماء والجلسرين. يتم عزل المادة من المحلول عند درجات حرارة تصل إلى 39 درجة مئوية على شكل هيدرات بلورية صيغتها ZnSO 4 × 7H 2 O. وتسمى في هذه الصورة كبريتات الزنك.

في نطاق درجة الحرارة 39 درجة -70 درجة، يتم الحصول على ملح سداسي هيدرات، وفوق 70 درجة يبقى جزيء واحد فقط من الماء في الهيدرات البلورية. الخصائص الفيزيائية والكيميائية لكبريتات الزنك تجعل من الممكن استخدامها كمبيض في إنتاج الورق، وكسماد معدني في إنتاج المحاصيل، وكسماد في النظام الغذائي للحيوانات الأليفة والدواجن. في صناعة النسيج، يتم استخدام المركب في إنتاج نسيج الفسكوز وفي صباغة القماش القطني.

يتم أيضًا تضمين كبريتات الزنك في محلول الإلكتروليت المستخدم في عملية الطلاء الجلفاني لمنتجات الحديد أو الصلب بطبقة من الزنك باستخدام طريقة الانتشار أو طريقة الجلفنة بالغمس الساخن. طبقة من الزنك تحمي هذه الهياكل من التآكل لفترة طويلة. بالنظر إلى الخواص الكيميائية للزنك، تجدر الإشارة إلى أنه في ظروف ارتفاع ملوحة الماء، وتقلبات كبيرة في درجات الحرارة ورطوبة الهواء، فإن الجلفنة لا تعطي التأثير المطلوب. لذلك، يتم استخدام السبائك المعدنية مع النحاس والمغنيسيوم والألومنيوم على نطاق واسع في الصناعة.

تطبيق السبائك التي تحتوي على الزنك

إن نقل العديد من المواد الكيميائية، مثل الأمونيا، عبر خطوط الأنابيب يتطلب متطلبات خاصة لتركيب المعدن الذي تصنع منه الأنابيب. إنها مصنوعة على أساس سبائك الحديد مع المغنيسيوم والألمنيوم والزنك وتتمتع بمقاومة عالية ضد التآكل في البيئات الكيميائية العدوانية. بالإضافة إلى ذلك، يعمل الزنك على تحسين الخواص الميكانيكية للسبائك وتحييد الآثار الضارة للشوائب مثل النيكل والنحاس. تستخدم سبائك النحاس والزنك على نطاق واسع في عمليات التحليل الكهربائي الصناعية. تستخدم الناقلات لنقل المنتجات البترولية. وهي مصنوعة من سبائك الألومنيوم التي تحتوي بالإضافة إلى المغنيسيوم والكروم والمنغنيز على نسبة كبيرة من الزنك. لا تتمتع مواد هذه التركيبة بخصائص عالية مضادة للتآكل وقوة متزايدة فحسب، بل تتميز أيضًا بمقاومة التبريد.

دور الزنك في جسم الإنسان

يبلغ محتوى الزنك في الخلايا 0.0003%، لذلك يتم تصنيفه على أنه عنصر صغير. تلعب الخصائص والتفاعلات الكيميائية للزنك ومركباته دورًا مهمًا في عملية التمثيل الغذائي والحفاظ على مستوى طبيعي من التوازن، سواء على مستوى الخلية أو الكائن الحي بأكمله. الأيونات المعدنية هي جزء من الإنزيمات الهامة وغيرها من المواد النشطة بيولوجيا. فعلى سبيل المثال، من المعروف أن الزنك له تأثير خطير على تكوين ووظائف الجهاز التناسلي الذكري. وهو جزء من الإنزيم المساعد لهرمون التستوستيرون المسؤول عن خصوبة السائل المنوي وتكوين الخصائص الجنسية الثانوية. الجزء غير البروتيني من هرمون مهم آخر، الأنسولين، الذي تنتجه خلايا بيتا في جزر لانجرهانس في البنكرياس، يحتوي أيضًا على عنصر ضئيل. ترتبط الحالة المناعية للجسم أيضًا بشكل مباشر بتركيز أيونات Zn +2 في الخلايا، والتي توجد في هرمون الغدة الصعترية - الثيمولين والثيموبويتين. يتم تسجيل تركيز عالٍ من الزنك في الهياكل النووية - الكروموسومات التي تحتوي على حمض الديوكسي ريبونوكلييك وتشارك في نقل المعلومات الوراثية للخلية.

قمنا في مقالنا بدراسة الوظائف الكيميائية للزنك ومركباته، كما حددنا دوره في حياة جسم الإنسان.