Цинк (лат. Zincum), Zn, хімічний елемент II групи періодичної системи Менделєєва; атомний номер 30, атомна маса 65,38, синювато-білий метал. Відомо 5 стабільних ізотопів з масовими числами 64, 66, 67, 68 і 70; найбільш поширений 64 Zn (48,89%). Штучно отримано 9 радіоактивних ізотопів, серед яких найбільш довгоживучий 65 Zn з періодом напіврозпаду T 1 /2 = 245 сут; застосовується як ізотопний індикатор .
Історична довідка. Сплав Ц. з міддю — латунь — був відомий ще древнім грекам і єгиптянам. Чистий Ц. довгий час не удавалося виділити. У 1746 А. С. Маргграф розробив спосіб здобуття металу прожаренням змішай його окисли з вугіллям без доступу повітря в глиняних вогнетривких ретортах з подальшою конденсацією пари Ц. у холодильниках. У промисловому масштабі виплавка Ц. почалася в 17 ст
Поширення в природі. Середній вміст Ц. у земній корі (кларк) — 8,3×10 -3 % по масі, в основних вивержених породах його дещо більше (1,3×10 -2 %) , чим в кислих (6×10 -3 %). Відомо 66 мінералів Ц., найважливіші з них — цинкіт, сфалеріт, віллеміт, каламін, смітсоніт, франклініт Znfe 2 O 4 . Ц. — енергійний водний мігрант; особливо характерна його міграція в термальних водах разом з Pb; з цих вод осідають сульфіди Ц., що мають важливе промислове значення (див. Поліметаллічеськие руди ) . Ц. також енергійно мігрує в поверхневих і підземних водах; головним осаджувачем для нього є H 2 S, меншу роль грає сорбція глинами і ін. процеси. Ц. — важливий біогенний елемент; у живій речовині міститься в середньому 5×10 -4 % Ц., але є і організми-концентратори (наприклад, деякі фіалки).
Фізичні і хімічні властивості. Ц. — метал середньої твердості. У холодному стані крихкий, а при 100—150 °С вельми пластичний і легко прокатується в листи і фольгу завтовшки біля сотих доль міліметра. При 250 °С знов стає крихким. Поліморфних модифікацій не має. Кристалізується в гексагональних гратах з параметрами а = 2,6594, з = 4,9370 . Атомний радіус 1,37 ; іонний Zn 2+ — 0,83 . Щільність твердого Ц. 7,133 г/см 3 (20 °С), рідкого 6,66 г/см 3 (419,5 °С); t пл 419,5 °С; t кіп 906 °С. Температурний коефіцієнт лінійного розширення 39,7×10 -6 (20—250 °С), коефіцієнт теплопровідності 110,950 вт/ ( м-код × До ) 0,265 кал/см × сік ×°С (20 °С), питомий електроопір 5,9×10 -6 ом × см (20 °С), питома теплоємність Ц. 25,433 кдж/ ( кг ×К) [6,07 кал/г × про З ) ]. Межа міцності при розтягуванні 200—250 Мн/м 2 (2000—2500 кгс/см 2 ) , відносне подовження 40—50%, твердість по Брінеллю 400—500 Мн/м 2 (4000—5000 кгс/см 2 ). Ц. діамагнітен, його питома магнітна сприйнятливість — 0,175×10 -6 .
Зовнішня електронна конфігурація атома Zn 3d 10 4s 2 . Міра окислення в з'єднаннях +2. Нормальний окислювально-відновний потенціал, рівний 0,76 в, характеризує Ц. як активний метал і енергійний відновник. На повітрі при температурі до 100 °С Ц. швидко блякне, покриваючись поверхневою плівкою основних карбонатів. У вологому повітрі, особливо у присутності СО 2 , відбувається руйнування металу навіть при звичайних температурах. При сильному нагріванні на повітрі або в кисні Ц. інтенсивно згорає голубуватим полум'ям з утворенням білого диму цинку окислу ZNO. Сухі фтор, хлор і бром не взаємодіють з Ц. на холоду, але у присутності пари води метал може запалати, утворюючи, наприклад, Zncl 2 . Нагріта суміш порошку Ц. з сіркою дає сульфід Ц. ZNS. Сульфід Ц. випадає в осад при дії сірководня на слабокислі або аміачні водні розчини солей Zn. Гідрид Znh 2 виходить при взаємодії Liaih 4 з Zn (Ch 3 ) 2 і ін. з'єднаннями Ц.; металлоподобноє речовина, що розкладається при нагріванні на елементи. Нітрид Zn 3 N 2 — чорний порошок, утворюється при нагріванні до 600 °С у струмі аміаку; на віз дусі стійкий до 750 °С, вода його розкладає. Карбід Ц. Znc 2 отримано при нагріванні Ц. у струмі ацетилену. Сильні мінеральні кислоти енергійно розчиняють Ц., особливо при нагріванні, з утворенням відповідних солей. При взаємодії з розбавленими Hcl і H 2 So 4 виділяється H 2 , а з Hno 3 — крім того, NO, No 2 , Nh 3 . З концентрованими Hcl, H 2 So 4 і Hno 3 Ц. реагує, виділяючи відповідно H 2 , So 2 , NO і No 2 . Розчини і розплави лугів окислюють Ц. з виділенням На і освітою розчинних у воді цинкатов . Інтенсивність дії кислот і лугів на Ц. залежить від наявності в нім домішок. Чистий Ц. менш реакционноспособен по відношенню до цим реагентам із-за високого перенапруження на нім водню. У воді солі Ц. при нагріванні гидролізуются, виділяючи білий осад гідроокису Zn (ВІН) 2 (див. Амфотерность ) . Відомі комплексні з'єднання, Ц, що містять., наприклад [Zn (Nh 3 ) 4 ] So 4 і ін.
Здобуття. Ц. добувають з поліметаллічеських руд, що містять 1—4% Zn у вигляді сульфіду, а також Cu, Pb, Ag, Au, Cd, Bi. Руди збагачують селективною флотацією, отримуючи цинкові концентрати (50—60% Zn) і одночасно свинцеві, мідні, а інколи також піритові концентрати. Цинкові концентрати обпалюють в печах в киплячому шарі, переводячи сульфід Ц. у окисел ZNO; сірчистий газ So 2 , що утворюється при цьому витрачається на виробництво сірчаної кислоти . От ZNO до Zn йдуть двома шляхами. За пірометалургічним (дистиляційному) способом, що існує відвіку, обпалений концентрат піддають спіканню для додання зернистості і газопроникності, а потім відновлюють вугіллям або коксом при 1200—1300 °С: ZNO + З = Zn + CO. Пари металу, що утворюються при цьому, конденсують і розливають у виливниці. Спочатку відновлення проводили лише в ретортах з обпаленої глини, що обслуговуються уручну, пізніше стали застосовувати вертикальні механізовані реторти з карборунда (див. Вогнетриви ) , потім — шахтні і дугові електропечі; зі свинцево-цинкових концентратів Ц. отримують в шахтних печах з дуттям. Продуктивність поступово підвищувалася, але Ц. містив до 3% домішок, у тому числі коштовний кадмій. Дистиляційний Ц. очищають ліквацією (тобто відстоюванням рідкого металу від заліза і частини свинцю при 500 °С), досягаючи чистоти 98,7%. Що застосовується інколи складніше і дорожче очищення ректифікацією дає метал чистотою 99,995% і дозволяє витягувати кадмій.
Основний спосіб здобуття Ц. — електролітичний (гідрометалургійний). Обпалені концентрати обробляють сірчаною кислотою; отримуваний сульфатний розчин очищають від домішок (осадженням їх цинковим пилом) і піддають електролізу у ваннах, щільно викладених усередині свинцем або вініпластом. Ц. осідає на алюмінієвих катодах, з яких його щодоби видаляють (здирають) і плавлять в індукційних печах. Зазвичай чистота електролітного Ц. 99,95%, повнота витягання його з концентрату (при обліку переробки відходів) 93—94%. З відходів виробництва отримують цинковий купорос, Pb, Cu, Cd, Au, Ag; інколи також In, Ga, Ge, Tl.
Вживання. Близько половини вироблюваного Ц. витрачається на захист стали від корозії (див. Цинкування ) .
Оскільки Ц. у ряді напруги стоїть до заліза, то при попаданні оцинкованого заліза в корозійне середовище руйнуванню піддається Ц. Благодаря хорошим ливарним якостям і низькій температурі плавлення з Ц. відливають під тиском різні дрібні деталі літаків і ін. машин. Сплави міді з Ц. — латунь, нейзільбер, а також Ц. зі свинцем і ін. металами широко застосовуються в техніці (див. Цинкові сплави ) . Ц. дає із золотом і сріблом інтерметалліди (нерозчинні в рідкому свинці) і тому Ц. застосовується для рафінування свинцю від благородних металів. У вигляді порошку Ц. служить відновником у ряді химіко-технологічніх процесів: у виробництві гідросульфіта, при осадженні золота з промислових ціаністих розчинів, міді і кадмію при очищенні розчинів цинкового купоросу і ін. Багато з'єднань Ц. є люмінофорами, наприклад три основні кольори на екрані кінескопа залежать від Zns×Ag (синій колір), Znse×Ag (зелений колір) і Zn 3 (Po 4 ) 2 ×Mn (червоний колір). Важливими напівпровідниковими матеріалами служать з'єднання Ц. типа A II B VI — ZNS, Znse, Znte, ZNO. Магнітно-м'якими феритами вітчизняних марок МН і HH є відповідно марганец- і никель-цинковиє шпінелі.
Ц. у організмі. Ц. як один з біогенних елементів постійно присутній в тканинах рослин і тварин. Середній вміст Ц. у більшості наземних і морських організмів — тисячні долі відсотка. Багаті Ц. гриби, особливо отруйні, лишайники, хвойні рослини і деякі безхребетні морські тварини, наприклад устриці (0,4% сухої маси). У зонах підвищеного вмісту Ц. у гірських породах зустрічаються концентруючі Ц. т.з. галмейниє рослини . В організм рослин Ц. поступає з грунту і води, тварин — з їжею. Добова потреба людини в Ц. (5—20 міліграм ) покривається за рахунок хлібопродуктів, м'яса, молока, овочів; у грудних дітей потреба в Ц. (4—6 міліграм ) задовольняється за рахунок грудного молока.
Біологічна роль Ц. пов'язана з його участю у ферментативних реакціях, що протікають в клітках. Він входить до складу найважливіших ферментів: карбоангидрази, різної дегідрогенази, фосфатаз, пов'язаних з диханням і ін. фізіологічними процесами, протєїназ і пептидази, що беруть участь в білковому обміні, ферментів нуклеїнового обміну (РНК- і ДНК(дезоксирибонуклеїнова кислота) -полімераз) і ін. Ц. грає істотну роль в синтезі молекул інформаційною РНК(рибонуклеїнова кислота) на відповідних ділянках ДНК(дезоксирибонуклеїнова кислота) (транскрипція), в стабілізації рибосом і біополімерів (РНК ДНК(дезоксирибонуклеїнова кислота), деякі білки).
В рослинах поряд з участю в диханні, білковому і нуклеїновому обмінах Ц. регулює зростання, впливає на утворення амінокислоти триптофану. підвищує вміст гиббереллінов. Ц. стабілізує макромолекули різних біологічних мембран і може бути їх інтегральною частиною, впливає на транспорт іонів, бере участь в надмолекулярній організації клітинних органел. У присутності Ц. у культурі Ustilago sphaerogena формується більше число мітохондрій, при недоліку Ц. в Euglena gracilis зникають рибосоми. Ц. необхідний для розвитку яйцеклітини і зародка (у його відсутності не утворюється насіння). Він підвищує засухо-, жаро- і холодостійкість рослин. Недолік Ц. веде до порушення ділення клітин, різних функціональних хвороб — побіління верхівок кукурудзи, розеточності рослин і ін. В тварин, окрім участі в диханні і нуклеїновому обміні, Ц. підвищує діяльність статевих залоз, впливає на формування скелета плоду. Показано, що недолік Ц. у грудних щурів зменшує вміст РНК(рибонуклеїнова кислота) і синтез білка в мозку, уповільнює розвиток мозку. Із слини привушної залози людини виділений цинксодержащий білок; передбачається, що він стимулює регенерацію кліток смакових цибулин мови і підтримує їх смакову функцію. Ц. грає захисну роль в організмі при забрудненні середовища кадмієм.
М. Я. Школяр.
Медичне значення Ц. Дефіцит Ц. у організмі веде до карликовості, затримки статевого розвитку; при його надлишковому потраплянні в організм можливі (за експериментальними даними) канцерогенний вплив і токсична дія на серце, кров, гонади і ін. Виробничі шкідливості можуть бути пов'язані з несприятливою дією на організм як металевого Ц., так і його з'єднань. При плавці цинкосодержащих сплавів можливі випадки ливарної лихоманки . Препарати Ц. у вигляді розчинів (сульфат Ц.) і у складі присипок, паст, мазей, свічок (окисел Ц.) застосовують в медицині як терпкі і дезинфікуючі засоби.
А. А. Каспаров, Р. Н. Красовський.
Літ.: Коротка хімічна енциклопедія, т. 5, М., 1967; Лакерник М. М., Пахомова Р. Н., Металургія цинку і кадмію, М., 1969; Севрюков Н. Н., Кузьмін Би. А., Челіщев Е, Ст, Загальна металургія, М., 1976; Парібок Т. А., Про роль цинку в метаболізмі, в збірці: Біологічна роль мікроелементів і їх вживання в сільському господарстві і медицині, М., 1974; Ковальський Ст Ст, Геохімічна екологія, М., 1974; Школяр М. Я., Мікроелементи в житті рослин, Л., 1974; Пейве Я. Ст, Мікроелементи і ферменти, в збірці: Фізіологічна роль і практичне вживання мікроелементів, Рига, 1976; Bowen Н. J. М., Trace elements in biochemistry, L. — N. Y., 1966; Движків П. П., З'єднання цинку, в кн.: Багатотомне керівництво по патологічній анатомії, під ред. А. І. Струкова, т. 8, кн. 1, М., 1962; Шкідливі речовини в промисловості, під ред. Н. Ст Лазарева, [т.] 2, М. — Л., 1965.
