Цинк в таблице менделеева название

Цинк (лат. Zincum), Zn, химический элемент II группы периодической системы Менделеева; атомный номер 30, атомная масса 65,38, синевато-белый металл. Известно 5 стабильных изотопов с массовыми числами 64, 66, 67, 68 и 70; наиболее распространён 64 Zn (48,89%). Искусственно получены 9 радиоактивных изотопов, среди которых наиболее долгоживущий 65 Zn с периодом полураспада T1/2 = 245 сут; применяется как изотопный индикатор.

Историческая справка. Сплав Ц. с медью – латунь – был известен ещё древним грекам и египтянам. Чистый Ц. долгое время не удавалось выделить. В 1746 А. С. Маргграф разработал способ получения металла прокаливанием смеси его окиси с углём без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров Ц. в холодильниках. В промышленном масштабе выплавка Ц. началась в 17 в.

Распространение в природе. Среднее содержание Ц. в земной коре (кларк) – 8,3×10 -3 % по массе, в основных изверженных породах его несколько больше (1,3×10 -2 %), чем в кислых (6×10 -3 %). Известно 66 минералов Ц., важнейшие из них – цинкит, сфалерит, виллемит, каламин, смитсонит, франклинит ZnFe2O4. Ц. – энергичный водный мигрант; особенно характерна его миграция в термальных водах вместе с Pb; из этих вод осаждаются сульфиды Ц., имеющие важное промышленное значение (см. Полиметаллические руды). Ц. также энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах; главным осадителем для него является H2S, меньшую роль играет сорбция глинами и др. процессы. Ц. – важный биогенный элемент; в живом веществе содержится в среднем 5×10 -4 % Ц., но имеются и организмы-концентраторы (например, некоторые фиалки).

Физические и химические свойства. Ц. – металл средней твёрдости. В холодном состоянии хрупок, а при 100-150 °C весьма пластичен и легко прокатывается в листы и фольгу толщиной около сотых долей миллиметра. При 250 °C вновь становится хрупким. Полиморфных модификаций не имеет. Кристаллизуется в гексагональной решётке с параметрами а = 2,6594 , с = 4,9370 . Атомный радиус 1,37 ; ионный Zn 2+ – 0,83 . Плотность твёрдого Ц. 7,133 г/см 3 (20 °C), жидкого 6,66 г/см 3 (419,5 °C); tпл 419,5 °C; tкип 906 °C. Температурный коэффициент линейного расширения 39,7×10 -6 (20-250 °C), коэффициент теплопроводности 110,950 вт/(м×К) 0,265 кал/см×сек×°C (20 °C), удельное электросопротивление 5,9×10 -6 ом×см (20 °C), удельная теплоёмкость Ц. 25,433 кдж/(кг×К) [6,07 кал/г× о С)]. Предел прочности при растяжении 200-250 Мн/м 2 (2000-2500 кгс/см 2 ), относительное удлинение 40-50%, твёрдость по Бринеллю 400-500 Мн/м 2 (4000-5000 кгс/см 2 ). Ц. диамагнитен, его удельная магнитная восприимчивость – 0,175×10 -6 .

Внешняя электронная конфигурация атома Zn 3d 10 4s 2 . Степень окисления в соединениях +2. Нормальный окислительно-восстановительный потенциал, равный 0,76 в, характеризует Ц. как активный металл и энергичный восстановитель. На воздухе при температуре до 100 °C Ц. быстро тускнеет, покрываясь поверхностной плёнкой основных карбонатов. Во влажном воздухе, особенно в присутствии СО2, происходит разрушение металла даже при обычных температурах. При сильном нагревании на воздухе или в кислороде Ц. интенсивно сгорает голубоватым пламенем с образованием белого дыма цинка окиси ZnO. Сухие фтор, хлор и бром не взаимодействуют с Ц. на холоду, но в присутствии паров воды металл может воспламениться, образуя, например, ZnCl2. Нагретая смесь порошка Ц. с серой даёт сульфид Ц. ZnS. Сульфид Ц. выпадает в осадок при действии сероводорода на слабокислые или аммиачные водные растворы солей Zn. Гидрид ZnH2 получается при взаимодействии LiAIH4 с Zn (CH3)2 и др. соединениями Ц.; металлоподобное вещество, разлагающееся при нагревании на элементы. Нитрид Zn3N2 – чёрный порошок, образуется при нагревании до 600 °C в токе аммиака; на воз духе устойчив до 750 °C, вода его разлагает. Карбид Ц. ZnC2 получен при нагревании Ц. в токе ацетилена. Сильные минеральные кислоты энергично растворяют Ц., особенно при нагревании, с образованием соответствующих солей. При взаимодействии с разбавленными HCl и H2SO4 выделяется H2, а с HNO3 – кроме того, NO, NO2, NH3. С концентрированными HCl, H2SO4 и HNO3 Ц. реагирует, выделяя соответственно H2, SO2, NO и NO2. Растворы и расплавы щелочей окисляют Ц. с выделением На и образованием растворимых в воде цинкатов. Интенсивность действия кислот и щелочей на Ц. зависит от наличия в нём примесей. Чистый Ц. менее реакционноспособен по отношению к этим реагентам из-за высокого перенапряжения на нём водорода. В воде соли Ц. при нагревании гидролизуются, выделяя белый осадок гидроокиси Zn (OH)2 (см. Амфотерность). Известны комплексные соединения, содержащие Ц., например [Zn (NH3)4] SO4 и др.

Получение. Ц. добывают из полиметаллических руд, содержащих 1-4% Zn в виде сульфида, а также Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руды обогащают селективной флотацией, получая цинковые концентраты (50-60% Zn) и одновременно свинцовые, медные, а иногда также пиритные концентраты. Цинковые концентраты обжигают в печах в кипящем слое, переводя сульфид Ц. в окись ZnO; образующийся при этом сернистый газ SO2 расходуется на производство серной кислоты. От ZnO к Zn идут двумя путями. По пирометаллургическому (дистилляционному) способу, существующему издавна, обожжённый концентрат подвергают спеканию для придания зернистости и газопроницаемости, а затем восстанавливают углём или коксом при 1200-1300 °C: ZnO + С = Zn + CO. Образующиеся при этом пары металла конденсируют и разливают в изложницы. Сначала восстановление проводили только в ретортах из обожжённой глины, обслуживаемых вручную, позднее стали применять вертикальные механизированные реторты из карборунда (см. Огнеупоры), затем – шахтные и дуговые электропечи; из свинцово-цинковых концентратов Ц. получают в шахтных печах с дутьём. Производительность постепенно повышалась, но Ц. содержал до 3% примесей, в том числе ценный кадмий. Дистилляционный Ц. очищают ликвацией (т. е. отстаиванием жидкого металла от железа и части свинца при 500 °C), достигая чистоты 98,7%. Применяющаяся иногда более сложная и дорогая очистка ректификацией даёт металл чистотой 99,995% и позволяет извлекать кадмий.

Основной способ получения Ц. – электролитический (гидрометаллургический). Обожжённые концентраты обрабатывают серной кислотой; получаемый сульфатный раствор очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу в ваннах, плотно выложенных внутри свинцом или винипластом. Ц. осаждается на алюминиевых катодах, с которых его ежесуточно удаляют (сдирают) и плавят в индукционных печах. Обычно чистота электролитного Ц. 99,95%, полнота извлечения его из концентрата (при учёте переработки отходов) 93-94%. Из отходов производства получают цинковый купорос, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; иногда также In, Ga, Ge, Tl.

Применение. Около половины производимого Ц. расходуется на защиту стали от коррозии (см. Цинкование).

Поскольку Ц. в ряду напряжений стоит до железа, то при попадании оцинкованного железа в коррозионную среду разрушению подвергается Ц. Благодаря хорошим литейным качествам и низкой температуре плавления из Ц. отливают под давлением различные мелкие детали самолётов и др. машин. Сплавы меди с Ц. – латунь, нейзильбер, а также Ц. со свинцом и др. металлами широко применяются в технике (см. Цинковые сплавы). Ц. даёт с золотом и серебром интерметаллиды (нерастворимые в жидком свинце) и поэтому Ц. применяется для рафинирования свинца от благородных металлов. В виде порошка Ц. служит восстановителем в ряде химико-технологических процессов: в производстве гидросульфита, при осаждении золота из промышленных цианистых растворов, меди и кадмия при очистке растворов цинкового купороса и др. Многие соединения Ц. являются люминофорами, например три основных цвета на экране кинескопа зависят от ZnS×Ag (синий цвет), ZnSe×Ag (зелёный цвет) и Zn3(PO4)2×Mn (красный цвет). Важными полупроводниковыми материалами служат соединения Ц. типа A II B VI – ZnS, ZnSe, ZnTe, ZnO. Магнитно-мягкими ферритами отечественных марок МН и HH являются соответственно марганец- и никель-цинковые шпинели.

Наиболее распространённые химические источники тока (например, Лекланше элемент, окиснортутный элемент) имеют в качестве отрицательного электрода Ц.

Ц. в организме. Ц. как один из биогенных элементов постоянно присутствует в тканях растений и животных. Среднее содержание Ц. в большинстве наземных и морских организмов – тысячные доли процента. Богаты Ц. грибы, особенно ядовитые, лишайники, хвойные растения и некоторые беспозвоночные морские животные, например устрицы (0,4% сухой массы). В зонах повышенных содержаний Ц. в горных породах встречаются концентрирующие Ц. т. н. галмейные растения. В организм растений Ц. поступает из почвы и воды, животных – с пищей. Суточная потребность человека в Ц. (5-20 мг) покрывается за счёт хлебопродуктов, мяса, молока, овощей; у грудных детей потребность в Ц. (4-6 мг) удовлетворяется за счёт грудного молока.

Биологическая роль Ц. связана с его участием в ферментативных реакциях, протекающих в клетках. Он входит в состав важнейших ферментов: карбоангидразы, различных дегидрогеназ, фосфатаз, связанных с дыханием и др. физиологическими процессами, протеиназ и пептидаз, участвующих в белковом обмене, ферментов нуклеинового обмена (РНК- и ДНК-полимераз) и др. Ц. играет существенную роль в синтезе молекул информационной РНК на соответствующих участках ДНК (транскрипция), в стабилизации рибосом и биополимеров (РНК, ДНК, некоторые белки).

Читайте также:  Как сделать гриндер в домашних условиях видео

В растениях наряду с участием в дыхании, белковом и нуклеиновом обменах Ц. регулирует рост, влияет на образование аминокислоты триптофана. повышает содержание гиббереллинов. Ц. стабилизирует макромолекулы различных биологических мембран и может быть их интегральной частью, влияет на транспорт ионов, участвует в надмолекулярной организации клеточных органелл. В присутствии Ц. в культуре Ustilago sphaerogena формируется большее число митохондрий, при недостатке Ц. у Euglena gracilis исчезают рибосомы. Ц. необходим для развития яйцеклетки и зародыша (в его отсутствии не образуются семена). Он повышает засухо-, жаро- и холодостойкость растений. Недостаток Ц. ведёт к нарушению деления клеток, различным функциональным болезням – побелению верхушек кукурузы, розеточности растений и др. У животных, помимо участия в дыхании и нуклеиновом обмене, Ц. повышает деятельность половых желёз, влияет на формирование скелета плода. Показано, что недостаток Ц. у грудных крыс уменьшает содержание РНК и синтез белка в мозге, замедляет развитие мозга. Из слюны околоушной железы человека выделен цинксодержащий белок; предполагается, что он стимулирует регенерацию клеток вкусовых луковиц языка и поддерживает их вкусовую функцию. Ц. играет защитную роль в организме при загрязнении среды кадмием.

Медицинское значение Ц. Дефицит Ц. в организме ведёт к карликовости, задержке полового развития; при его избыточном поступлении в организм возможны (по экспериментальным данным) канцерогенное влияние и токсическое действие на сердце, кровь, гонады и др. Производственные вредности могут быть связаны с неблагоприятным воздействием на организм как металлического Ц., так и его соединений. При плавке цинкосодержащих сплавов возможны случаи литейной лихорадки. Препараты Ц. в виде растворов (сульфат Ц.) и в составе присыпок, паст, мазей, свечей (окись Ц.) применяют в медицине как вяжущие и дезинфицирующие средства.

Цинк (лат. zincum), zn, химический элемент ii группы периодической системы Менделеева; атомный номер 30, атомная масса 65,38, синевато-белый металл. Известно 5 стабильных изотопов с массовыми числами 64, 66, 67, 68 и 70; наиболее распространён 64 zn (48,89%). Искусственно получены 9 радиоактивных изотопов, среди которых наиболее долгоживущий 65 zn с периодом полураспада t 1 /2 = 245 сут; применяется как изотопный индикатор .

Историческая справка. Сплав Ц. с медью — латунь — был известен ещё древним грекам и египтянам. Чистый Ц. долгое время не удавалось выделить. В 1746 А. С. Маргграф разработал способ получения металла прокаливанием смеси его окиси с углём без доступа воздуха в глиняных огнеупорных ретортах с последующей конденсацией паров Ц. в холодильниках. В промышленном масштабе выплавка Ц. началась в 17 в.

Распространение в природе. Среднее содержание Ц. в земной коре (кларк) — 8,3 ? 10 -3 % по массе, в основных изверженных породах его несколько больше (1,3 ? 10 -2 %) , чем в кислых (6 ? 10 -3 %). Известно 66 минералов Ц., важнейшие из них — цинкит , сфалерит , виллемит , каламин , смитсонит , франклинит znfe 2 o 4 . Ц. — энергичный водный мигрант; особенно характерна его миграция в термальных водах вместе с pb; из этих вод осаждаются сульфиды Ц., имеющие важное промышленное значение. Ц. также энергично мигрирует в поверхностных и подземных водах; главным осадителем для него является h 2 s, меньшую роль играет сорбция глинами и др. процессы. Ц. — важный биогенный элемент; в живом веществе содержится в среднем 5 ? 10 -4 % Ц., но имеются и организмы-концентраторы (например, некоторые фиалки).

Физические и химические свойства. Ц. — металл средней твёрдости. В холодном состоянии хрупок, а при 100—150 °С весьма пластичен и легко прокатывается в листы и фольгу толщиной около сотых долей миллиметра. При 250 °С вновь становится хрупким. Полиморфных модификаций не имеет. Кристаллизуется в гексагональной решётке с параметрами а = 2,6594 å, с = 4,9370 å. Атомный радиус 1,37 å; ионный zn 2+ — 0,83 å. Плотность твёрдого Ц. 7,133 г/см 3 (20 °С), жидкого 6,66 г/см 3 (419,5 °С); t пл 419,5 °С; t кип 906 °С. Температурный коэффициент линейного расширения 39,7 ? 10 -6 (20—250 °С), коэффициент теплопроводности 110,950 вт/ ( м ? К ) 0,265 кал/см ? сек ? °С (20 °С), удельное электросопротивление 5,9 ? 10 -6 ом ? см (20 °С), удельная теплоёмкость Ц. 25,433 кдж/ ( кг ? К) [6,07 кал/г ? о С ) ]. Предел прочности при растяжении 200—250 Мн/м 2 (2000—2500 кгс/см 2 ) , относительное удлинение 40—50%, твёрдость по Бринеллю 400—500 Мн/м 2 (4000—5000 кгс/см 2 ). Ц. диамагнитен, его удельная магнитная восприимчивость — 0,175 ? 10 -6 .

Внешняя электронная конфигурация атома zn 3d 10 4s 2 . Степень окисления в соединениях +2. Нормальный окислительно-восстановительный потенциал, равный 0,76 в, характеризует Ц. как активный металл и энергичный восстановитель. На воздухе при температуре до 100 °С Ц. быстро тускнеет, покрываясь поверхностной плёнкой основных карбонатов. Во влажном воздухе, особенно в присутствии СО 2 , происходит разрушение металла даже при обычных температурах. При сильном нагревании на воздухе или в кислороде Ц. интенсивно сгорает голубоватым пламенем с образованием белого дыма цинка окиси zno. Сухие фтор, хлор и бром не взаимодействуют с Ц. на холоду, но в присутствии паров воды металл может воспламениться, образуя, например, zncl 2 . Нагретая смесь порошка Ц. с серой даёт сульфид Ц. zns. Сульфид Ц. выпадает в осадок при действии сероводорода на слабокислые или аммиачные водные растворы солей zn. Гидрид znh 2 получается при взаимодействии liaih 4 с zn (ch 3 ) 2 и др. соединениями Ц.; металлоподобное вещество, разлагающееся при нагревании на элементы. Нитрид zn 3 n 2 — чёрный порошок, образуется при нагревании до 600 °С в токе аммиака; на воз духе устойчив до 750 °С, вода его разлагает. Карбид Ц. znc 2 получен при нагревании Ц. в токе ацетилена. Сильные минеральные кислоты энергично растворяют Ц., особенно при нагревании, с образованием соответствующих солей. При взаимодействии с разбавленными hcl и h 2 so 4 выделяется h 2 , а с hno 3 — кроме того, no, no 2 , nh 3 . С концентрированными hcl, h 2 so 4 и hno 3 Ц. реагирует, выделяя соответственно h 2 , so 2 , no и no 2 . Растворы и расплавы щелочей окисляют Ц. с выделением На и образованием растворимых в воде цинкатов . Интенсивность действия кислот и щелочей на Ц. зависит от наличия в нём примесей. Чистый Ц. менее реакционноспособен по отношению к этим реагентам из-за высокого перенапряжения на нём водорода. В воде соли Ц. при нагревании гидролизуются, выделяя белый осадок гидроокиси zn (oh) 2. Известны комплексные соединения , содержащие Ц., например [zn (nh 3 ) 4 ] so 4 и др.

Получение. Ц. добывают из полиметаллических руд, содержащих 1—4% zn в виде сульфида, а также cu, pb, ag, au, cd, bi. Руды обогащают селективной флотацией, получая цинковые концентраты (50—60% zn) и одновременно свинцовые, медные, а иногда также пиритные концентраты. Цинковые концентраты обжигают в печах в кипящем слое , переводя сульфид Ц. в окись zno; образующийся при этом сернистый газ so 2 расходуется на производство серной кислоты . От zno к zn идут двумя путями. По пирометаллургическому (дистилляционному) способу, существующему издавна, обожжённый концентрат подвергают спеканию для придания зернистости и газопроницаемости, а затем восстанавливают углём или коксом при 1200—1300 °С: zno + С = zn + co. Образующиеся при этом пары металла конденсируют и разливают в изложницы. Сначала восстановление проводили только в ретортах из обожжённой глины, обслуживаемых вручную, позднее стали применять вертикальные механизированные реторты из карборунда, затем — шахтные и дуговые электропечи; из свинцово-цинковых концентратов Ц. получают в шахтных печах с дутьём. Производительность постепенно повышалась, но Ц. содержал до 3% примесей, в том числе ценный кадмий. Дистилляционный Ц. очищают ликвацией (т. е. отстаиванием жидкого металла от железа и части свинца при 500 °С), достигая чистоты 98,7%. Применяющаяся иногда более сложная и дорогая очистка ректификацией даёт металл чистотой 99,995% и позволяет извлекать кадмий.

Основной способ получения Ц. — электролитический (гидрометаллургический). Обожжённые концентраты обрабатывают серной кислотой; получаемый сульфатный раствор очищают от примесей (осаждением их цинковой пылью) и подвергают электролизу в ваннах, плотно выложенных внутри свинцом или винипластом. Ц. осаждается на алюминиевых катодах, с которых его ежесуточно удаляют (сдирают) и плавят в индукционных печах. Обычно чистота электролитного Ц. 99,95%, полнота извлечения его из концентрата (при учёте переработки отходов) 93—94%. Из отходов производства получают цинковый купорос, pb, cu, cd, au, ag; иногда также in, ga, ge, tl.

Применение. Около половины производимого Ц. расходуется на защиту стали от коррозии.

Поскольку Ц. в ряду напряжений стоит до железа, то при попадании оцинкованного железа в коррозионную среду разрушению подвергается Ц. Благодаря хорошим литейным качествам и низкой температуре плавления из Ц. отливают под давлением различные мелкие детали самолётов и др. машин. Сплавы меди с Ц. — латунь , нейзильбер , а также Ц. со свинцом и др. металлами широко применяются в технике. Ц. даёт с золотом и серебром интерметаллиды (нерастворимые в жидком свинце) и поэтому Ц. применяется для рафинирования свинца от благородных металлов. В виде порошка Ц. служит восстановителем в ряде химико-технологических процессов: в производстве гидросульфита, при осаждении золота из промышленных цианистых растворов, меди и кадмия при очистке растворов цинкового купороса и др. Многие соединения Ц. являются люминофорами , например три основных цвета на экране кинескопа зависят от zns ? ag (синий цвет), znse ? ag (зелёный цвет) и zn 3 (po 4 ) 2 ? mn (красный цвет). Важными полупроводниковыми материалами служат соединения Ц. типа a ii b vi — zns, znse, znte, zno. Магнитно-мягкими ферритами отечественных марок МН и hh являются соответственно марганец- и никель-цинковые шпинели.

Читайте также:  Как самому сделать колесо для телеги

Наиболее распространённые химические источники тока (например, Лекланше элемент , окиснортутный элемент ) имеют в качестве отрицательного электрода Ц.

Ц. в организме. Ц. как один из биогенных элементов постоянно присутствует в тканях растений и животных. Среднее содержание Ц. в большинстве наземных и морских организмов — тысячные доли процента. Богаты Ц. грибы, особенно ядовитые, лишайники, хвойные растения и некоторые беспозвоночные морские животные, например устрицы (0,4% сухой массы). В зонах повышенных содержаний Ц. в горных породах встречаются концентрирующие Ц. т. н. галмейные растения . В организм растений Ц. поступает из почвы и воды, животных — с пищей. Суточная потребность человека в Ц. (5—20 мг ) покрывается за счёт хлебопродуктов, мяса, молока, овощей; у грудных детей потребность в Ц. (4—6 мг ) удовлетворяется за счёт грудного молока.

Биологическая роль Ц. связана с его участием в ферментативных реакциях, протекающих в клетках. Он входит в состав важнейших ферментов: карбоангидразы, различных дегидрогеназ, фосфатаз, связанных с дыханием и др. физиологическими процессами, протеиназ и пептидаз, участвующих в белковом обмене, ферментов нуклеинового обмена (РНК- и ДНК-полимераз) и др. Ц. играет существенную роль в синтезе молекул информационной РНК на соответствующих участках ДНК (транскрипция), в стабилизации рибосом и биополимеров (РНК, ДНК, некоторые белки).

В растениях наряду с участием в дыхании, белковом и нуклеиновом обменах Ц. регулирует рост, влияет на образование аминокислоты триптофана. повышает содержание гиббереллинов. Ц. стабилизирует макромолекулы различных биологических мембран и может быть их интегральной частью, влияет на транспорт ионов, участвует в надмолекулярной организации клеточных органелл. В присутствии Ц. в культуре ustilago sphaerogena формируется большее число митохондрий, при недостатке Ц. у euglena gracilis исчезают рибосомы. Ц. необходим для развития яйцеклетки и зародыша (в его отсутствии не образуются семена). Он повышает засухо-, жаро- и холодостойкость растений. Недостаток Ц. ведёт к нарушению деления клеток, различным функциональным болезням — побелению верхушек кукурузы, розеточности растений и др. У животных, помимо участия в дыхании и нуклеиновом обмене, Ц. повышает деятельность половых желёз, влияет на формирование скелета плода. Показано, что недостаток Ц. у грудных крыс уменьшает содержание РНК и синтез белка в мозге, замедляет развитие мозга. Из слюны околоушной железы человека выделен цинксодержащий белок; предполагается, что он стимулирует регенерацию клеток вкусовых луковиц языка и поддерживает их вкусовую функцию. Ц. играет защитную роль в организме при загрязнении среды кадмием.

Медицинское значение Ц. Дефицит Ц. в организме ведёт к карликовости, задержке полового развития; при его избыточном поступлении в организм возможны (по экспериментальным данным) канцерогенное влияние и токсическое действие на сердце, кровь, гонады и др. Производственные вредности могут быть связаны с неблагоприятным воздействием на организм как металлического Ц., так и его соединений. При плавке цинкосодержащих сплавов возможны случаи литейной лихорадки . Препараты Ц. в виде растворов (сульфат Ц.) и в составе присыпок, паст, мазей, свечей (окись Ц.) применяют в медицине как вяжущие и дезинфицирующие средства.

А. А. Каспаров, Г. Н. Красовский.

Лит.: Краткая химическая энциклопедия, т. 5, М., 1967; Лакерник М. М., Пахомова Г. Н., Металлургия цинка и кадмия, М., 1969; Севрюков Н. Н., Кузьмин Б. А., Челищев Е, В., Общая металлургия, М., 1976; Парибок Т. А., О роли цинка в метаболизме, в сборнике: Биологическая роль микроэлементов и их применение в сельском хозяйстве и медицине, М., 1974; Ковальский В. В., Геохимическая экология, М., 1974; Школьник М. Я., Микроэлементы в жизни растений, Л., 1974; Пейве Я. В., Микроэлементы и ферменты, в сборнике: Физиологическая роль и практическое применение микроэлементов, Рига, 1976; bowen Н. j. М., trace elements in biochemistry, l. — n. y., 1966; Движков П. П., Соединения цинка, в кн.: Многотомное руководство по патологической анатомии, под ред. А. И. Струкова, т. 8, кн. 1, М., 1962; Вредные вещества в промышленности, под ред. Н. В. Лазарева, [т.] 2, М. — Л., 1965.

Цинк имеет гексагональную плотно упакованную решетку (ГПУ). Этим объясняется резкая анизотропия его свойств. При комнатной температуре цинк в литом состоянии малопластичен, а при 100–150 °С становится пластичным и может подвергаться обработке давлением — прокатке, прессованию, штамповке и глубокой вытяжке. Технологичность цинка в процессе обработки давлением зависит от его чистоты. Отрицательное влияние на горячую обработку давлением оказывает примесь олова, образующая с цинком эвтектику с температурой плавления 199 °С, и особенно одновременное присутствие олова, свинца и кадмия, образующих с цинком сложную эвтектику с температурой плавления менее 150 °С. Поэтому содержание этих примесей строго ограничено как в цинке, так и в сплавах на его основе.

Марки и химический состав (%). ГОСТ 3640–94

Обозначение марок Zn не менее Примесь, не более
Pb Cd Fe Cu Sn As Al Всего
ЦВ00 99,997 0,00001 0,002 0,00001 0,00001 0,00001 0,0005 0,00001 0,003
ЦВО 99,995 0,003 0,002 0,002 0,001 0,001 0,0005 0,005 0,005
ЦВ 99,99 0,005* 0,002 0,003 0,001 0,001 0,0005 0,005 0,01
ЦОА 99,98 0,01 0,003 0,003 0,001 0,001 0,0005 0,005 0,02
ЦО 99,975 0,013 0,004 0,005 0,001 0,001 0,0005 0,005 0,025
Ц1 99,95 0,02 0,01 0,01 0,002 0,001 0,0005 0,005 0,05
Ц2 98,7 1,0 0,2 0,05 0,005 0,002 0,01 0,010** 1,3
Ц3 97,5 2,0 0,2 0,1 0,05 0,005 0,01 2,5

* В цинке, применяемом для производства сплава марки ЦАМ4-1о, массовая доля свинца должна быть не более 0,004 %.

** В цинке, применяемом для проката, массовая доля алюминия должна быть не более 0,005 %.

В цинке марки ЦВ00 массовая доля алюминия, висмута, никеля и сурьмы не должна превышать 0,00001% каждого.

В цинке марки ЦВ00 и ЦВ0 по требованию потребителя массовая доля мышьяка не должна превышать 0,0005%.

Цинк марки ЦВ00 изготовляют в виде ЧУШЕК массой 4-5 кг и 8-10 кг.

Цинк марок ЦВ0, ЦВ, Ц0А, Ц0, Ц1, Ц2, Ц3 изготовляют в виде ЧУШЕК массой 19-25 кг и БЛОКОВ массой 500, 1000 кг.

Цинк применяют: для горячего, химического и термодиффузионного оцинковывания стальных деталей; в полиграфической промышленности; для изготовления химических источников тока; как легирующий элемент в сплавах, в первую очередь в латунях (сплав системы Cu—Zn), и как основу для цинковых сплавов.

Цветная маркировка (чушки и блоки цинка маркируют по торцу краской)

ЦВ
ЦВ0
Ц0
Ц1
Ц2С
Ц3
Ц0А
Ц1С
Ц2
Ц3С
одна полоса желтого цвета
одна полоса голубого цвета
одна полоса белого цвета
одна полоса зеленого цвета
двойная полоса красного цвета
одна полоса коричневого цвета
не маркируют
двойная полоса белого цвета
одна полоса красного цвета
одна полоса черного цвета

для чушек марки ЦВ00 цветную маркировку двойной полосой голубого цвета наносят на тару или ярлык, прикрепленный к таре.

Основные характеристики физико-химических и механических свойств цинка приведены ниже.

Характеристики физико-химических и механических свойств цинка

Плотность r , кг/м3 7130
Температура плавления Тпл, °С 419,4
Температура кипения Ткип, °С 907,0
Коэффициент линейного расширения a × 10 6 , град –1 39,7
Удельная теплоемкость с, кал/(г × град), при 0°С 0,0915
Теплопроводность l , Вт/(м × град), при 25 °С 113,5
Удельное электросопротивление,
Ом × мм 2 /м, при 20 °С
0,0591
Модуль нормальной упругости Е, МПа 88 000
Модуль сдвига G, МПа 37 700
Предел текучести σт, МПа:
литого 75
деформированного 80–100
Временное сопротивление разрыву σв, МПа:
литого 120–140
деформированного 120–170
отожженного 70–100
Относительное удлинение δ, %:
литого 0,3–0,5
деформированного 40–50
отожженного 10–20
Ударная вязкость литого цинка KCU, Дж/см2 6,0–7,5
Твердость, НВ:
литого 30–40
деформированного 35–45

Области применения цинка.

ЦВ00 Для производства химически чистых реактивов для нужд электротехнической промышленности и для научных целей.
ЦВ0 Для нужд полиграфической и автомобильной отраслей промышленности.
ЦВ Для отливаемых под давлением особо ответственных деталей, авиа- и автоприборов; для изготовления окиси цинка, применяемой в химико-фармацевтической промышленности; для химически чистых реактивов; для получения цинкового порошка, используемого в аккумуляторной промышленности.
Ц0А Для цинковых листов, применяемых в производстве гальванических элементов, для отливаемых под давлением ответственных деталей авиа- и автоприборов; для изготовления цинковых сплавов, обрабатываемых давлением; для горячего и гальванического оцинкования изделий и полуфабрикатов; для изготовления цинкового порошка; для легирования алюминиевых сплавов; для изготовления цинковых белил.
Ц0 Для цинковых листов, применяемых в производстве гальванических элементов; для отливаемых под давлением ответственных деталей авиа- и автоприборов; для изготовления цинковых сплавов, обрабатываемых давлением, для горячего и гальванического оцинкования изделий и полуфабрикатов, в том числе на непрерывных агрегатах оцинкования; для изготовления муфельных и печных сухих цинковых белил; для изготовления цинкового порошка; для легирования алюминиевых сплавов.
Ц1 Для производства сплавов, обрабатываемых давлением (в том числе для цинковых листов); для изготовления гальванических элементов (отливки); для гальванического оцинкования в виде анодов; для горячего оцинкования изделий и полуфабрикатов, в том числе на непрерывных агрегатах оцинкования; для изготовления муфельных и печных сухих цинковых белил; для специальных латуней; медно-цинковых сплавов; для приготовления флюса при лужении жести для консервных банок; для изготовления цинкового порошка, применяемого в химической и металлургической промышленности.
Ц2 Для производства цинковых листов, для медно-цинковых сплавов и бронз; для горячего оцинкования изделий и полуфабрикатов; для изготовления проволоки для шоопирования; для изготовления цинкового порошка, применяемого, в химической и металлургической промышленности.
Ц3 Для производства цинковых листов, в том числе предназначенных для полиграфической промышленности, для обычных литейных и свинЦ0вых медно-цинковых сплавов; для горячего оцинкования изделий и полуфабрикатов; для изготовления цинкового порошка, применяемого в металлургической промышленности.
Читайте также:  Жучок для прослушки это

СПЛАВЫ НА ОСНОВЕ ЦИНКА

Промышленные цинковые сплавы разработаны на базе систем Zn—Al и Zn—Al—Cu. Практически во все цинковые сплавы введена добавка магния (до 0,1 %), что повышает размерную стабильность литых деталей и увеличивает коррозионную стойкость сплавов.

Цинковые сплавы подразделяются на литейные и антифрикционные.

Цинковые литейные сплавы. Эти сплавы выпускаются промышленностью в соответствии с ГОСТ 25140–93. Марки и химический состав литейных цинковых сплавов представлены в таблице.

Марки и химический состав (%) литейных цинковых сплавов (ГОСТ 25140–93)

Марки сплавов Основных компонентов Примесей, не более
Al Cu Mg Fe Zn Cu Pb Cd Sn Fe Si Pb + Cd + Sn
ZnA14A* 3,5–4,5 0,02–0,06 Основа 0,06 0,004 0,003 0,001 0,06 0,015 0,007
ЦА4 о 3,5–4,5 0,02–0,06 0,06 0,005 0,003 0,001 0,06 0,015 0,009
ЦА4 3,5–4,5 0,02–0,06 0,06 0,01 0,005 0,002 0,07 0,015
ZnA14Cu1A* 3,5–4,5 0,7–1,3 0,02–0,06 0,004 0,003 0,001 0,06 0,015 0,007
ЦА4М1о 3,5–4,5 0,7–1,3 0,02–0,06 0,005 0,003 0,001 0,06 0,015 0,009
ЦА4М1 3,5–4,5 0,7–1,3 0,02–0,06 0,01 0,005 0,002 0,07 0,015
ЦА4М1в 3,5–4,5 0,6–1,3 0,02–0,10 0,02 0,015 0,005 0,12 0,03
ZnA14Cu3A* 3,5–4,5 2,5–3,7 0,02–0,06 0,004 0,003 0,001 0,06 0,015 0,007
ЦА4М3 о 3,5–4,5 2,5–3,7 0,02–0,06 0,006 0,003 0,001 0,06 0,015 0,009
ЦА4М3 3,5–4,5 2,5–3,7 0,02–0,06 0,01 0,005 0,002 0,07 0,015
ЦА8М1 7,1–8,9 0,70–1,40 0,01–0,06 0,01 0,006 0,002 0,10 0,015
ЦА30М5 28,5–32,1 3,8–5,6 0,01–0,08 0,01–0,5 0,02 0,016 0,01 0,075
  1. По требованию потребителя в сплавах марок ZnA14A, ЦА4 о, ЦА4 допускается массовая доля меди как легирующего элемента до 0,10 %.
  2. По согласованию изготовителя с потребителем в сплавах марок ЦА4М3о допускается массовая доля олова до 0,002 %, кадмия — до 0,004 % при сумме примесей свинца, кадмия и олова не более 0,009 %.
  3. По требованию потребителя в сплавах марок ЦА4, ЦА4М1 и ЦА4М3 массовая доля свинца должна быть не более 0,006 %.
  4. Определение химического состава сплавов проводят по ГОСТ 25284.0–ГОСТ 25284.8. Допускается определять химический состав другими методами, обеспечивающими точность не ниже приведенной в указанных стандартах. При возникновении разногласий в оценке химического состава определение проводят по ГОСТ 25284.0–ГОСТ 25284.8.

* Сплавы, изготовляемые по согласованию потребителя с изготовителем.

Все литейные цинковые сплавы имеют очень узкий температурный интервал кристаллизации, содержат много эвтектики, поэтому обладают хорошей жидкотекучестью и дают плотные отливки. Лучшими способами получения отливок являются литье под давлением и литье в кокиль. Относительно низкая температура литья (440–470 °С) определяет легкие условия работы пресс-форм и кокилей, а высокая жидкотекучесть позволяет отливать тонкостенные детали сложной формы. В некоторых случаях (детали особо сложной конфигурации) применяется литье в песчаные формы. Отливки, полученные таким способом, содержат большое количество пор, имеют более крупнозернистую структуру, что приводит к снижению и значительному разбросу характеристик механических свойств.

В процессе естественного старения цинковых сплавов происходит уменьшение размеров (усадка) отлитых деталей (на 0,07–0,09 %). Две трети усадки происходит в течение 4–5 недель, остальное — в течение многих лет. Для стабилизации размеров применяют термообработку — отжиг (3–6 ч при 100 °С, или 5–10 ч при 85 °С, или 10–20 ч при 70 °С).

Механические свойства цинковых сплавов

Марка сплавов Способ литья Механические свойства, не менее
Временное
сопротивление,МПа (кгс/мм2)
Относительное
удлинение, %
Твердость, НВ
ZnA14A K 196 (20) 1,2 70
ЦА4 о, ЦА4 Д 256 (26) 1,8 70
ZnA14Cu1A,ЦА4М1 о,
ЦА4М1
КД 215 (22)270 (28) 1,01,7 8080
ЦА4М1в КД 196 (20) 0,5 65
ZnA14Cu3A, П 215 (22) 1,0 85
ЦА4М3 о К 235 (24) 1,0 90
ЦА4М3 Д 290 (30) 1,5 90
ЦА8М КД 235 (24)270 (28) 1,51,5 7090
ЦА30М5 КД 435 (44)370 (38) 8,01,0 115115

Примечание. В таблице приняты следующие обозначения способов литья: П — литье в песчаные формы; К — литье в кокиль; Д — литье под давлением.

Характеристики физических свойств литейных цинковых сплавов (ГОСТ 25140–93)

Маркасплава Плотность, (кг/м 3 ) × 10 –3 Температурный интервалзатвердевания,°С Удельная
теплоемкость
при 20 °С,Дж/кг × град –1
Теплопроводность,
Вт/м × град –1
Температурный коэффициент
линейного расширения
в интервале температур 20–100 °С, a × 10 –6 , град –1
ЦА4 6,7 380–386 410 113 26,0
ЦА4М1 6,7 380–386 440 109 26,5
ЦА4М3 6,8 379–389 427 105 29,5
ЦА8М1 6,3 375–404
ЦА30М5 4,8 480–563

Цинковые сплавы могут подвергаться сварке и пайке. Однако эти процессы применяют главным образом для заделки дефектов, так как сварные и паяные швы имеют низкую прочность. Оловянно-свинцовыми припоями можно паять только предварительно никелированные детали с использованием флюса — подкисленного хлористого цинка. Лучшие результаты дает припой, содержащий 82,5 % Cd + 17,5 % Zn. В этом случае флюс не требуется.

Сварку ведут в восстановительном пламени с использованием присадки из того же сплава, что и свариваемые детали.

Наиболее широко литейные цинковые сплавы используются в автомобильной промышленности для отливки корпусов карбюраторов, насосов, спидометров, решеток радиаторов, деталей гидравлических тормозов, а также в других отраслях промышленности, бытовой технике для отливки деталей приборов, корпусов, арматуры и т. д. Рекомендации по применению представлены в таблице.

Рекомендации по применению цинковых сплавов (ГОСТ 25140–93)

Марка сплава Характерные свойства Область применения
ZnA14A Хорошая жидкотекучесть, повышенная коррозионная стойкость, стабильность размеров В автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности для отливки деталей приборов, требующих стабильности размеров
ЦА4 о Хорошая жидкотекучесть, хорошая коррозионная стойкость, стабильность размеров
ЦА4 Как для марки ЦА4 о, но с меньшей коррозионной стойкостью
ZnA14Cu1A Хорошая жидкотекучесть, повышенная коррозионная стойкость, практически неизменяемость размеров при естественном старении В автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности для отливки корпусных, арматурных, декоративных деталей, не требующих повышенной точности
ЦА4М1 о Хорошая жидкотекучесть, повышенная коррозионная стойкость, практически неизменяемость размеров при естественном старении
ЦА4М1 Как для марки ЦА4М1 о, но с меньшей устойчивостью размеров В автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности для отливки корпусных, арматурных, декоративных деталей, не требующих повышенной точности
ЦА4М1в По технологическим и эксплуатационным свойствам уступает предыдущим маркам сплавов этой группы В различных отраслях промышленности для литья неответственных деталей
ZnAl4Cu3A Хорошая жидкотекучесть, высокая прочность, хорошая коррозионная стойкость, изменяемость размеров до 0,5 % В автомобильной и других отраслях промышленности для изготовления деталей, требующих повышенной точности
ЦА4М3 о Хорошая жидкотекучесть, высокая прочность, хорошая коррозионная стойкость, изменяемость размеров до 0,5 %
ЦА4М3 Как для марки ЦА4М3 о, но с пониженной коррозионной стойкостью
ЦА30М5 Предназначены для замены стандартного антифрикционного сплава ЦАМ10-5, значительно превосходят его по механическим свойствам и износостойкости Вкладыши подшипников, втулки балансированной подвески, червячные шестерни, сепараторы подшипников качения
ЦА8М1 Как для марки ЦА4М1, но с более высокими прочностными свойствами В автомобильной, тракторной, электротехнической и других отраслях промышленности

Эти сплавы нельзя использовать в условиях повышенных и низких температур, так как уже при температуре 100 °С их прочность снижается на 30 %, твердость на 40 %, а при температуре ниже 0 °С они становятся хрупкими.

Для повышения коррозионной стойкости и для декоративных целей на цинковые изделия наносят различные защитные покрытия. В зависимости от условий службы цинковых изделий применяют двух- или трехслойные защитные покрытия различных толщин. Как правило, в качестве покрытий используют медь, никель и хром.

Благодарим ООО "НПО "Профессионал" за предоставленные материалы.

ООО «Металловед»

603053, г. Нижний Новгород
ул. Борская, 17

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector