История открытия цинка и его биологическая роль

Цинк – легко окисляемый металл, демонстрирующий амфотерные свойства. Относится к числу незаменимых для человеческого организма микроэлементов. Широко востребован во многих отраслях промышленности – начиная от медицины и заканчивая производством техники.

История открытия

О существовании этого металла было известно еще в древние времена. Археологами найдены изделия, изготовленные из его сплавов, датируемые до нашей эры.

Сложность представлял только процесс получения чистого металла. Это обусловлено его низкой температурой кипения. Впервые задачу удалось решить в 1746 г. Немецкий химик А. С. Маргграф предложил следующую схему:

1. В огнеупорной реторте прокаливалась смесь оксида этого металла с углем.
2. Получившиеся пары поступали в холодильник и конденсировались.

Этот опыт считается моментом открытия чистого цинка. Хотя ряд источников указывает на то, что такую технологию в Индии знали еще в VII в. Путешественники, например Марко Поло, отражали в своих заметках, что встречали ее в Персии, Китае.

Цинк в таблице Менделеева

В таблице Менделеева этот металл имеет порядковый номер 30. Элемент принадлежит ко второй группе и расположен в 4 периоде. Его вес 65,37 атомных единиц.

Строение атома цинка

Атом состоит из 30 протонов и электронов, 35 нейтронов. Электроны расположены на 4 орбиталях. Радиус атома – 138 пм.

В природе существует 5 стабильных изотопов с атомными массами от 64 до 70 единиц. Из них наиболее распространен вариант, содержащий 34 нейтрона. Также известны 25 радиоактивных изотопов. Период их полураспада варьируется от нескольких сотен наносекунд до 244 дней. Наиболее стабильным является чаще всего встречающийся изотоп с 65 частицами в ядре.

Физические свойства

Цинк в чистом виде – это серебристо-белый металл. При комнатной температуре хрупкий. При нагреве до 150 °C приобретает пластичность, которая теряется при увеличении нагрева до 250 °C. Имеет гексагональную решетку.

Основные параметры:

• плотность при нормальных условиях – 7,133 г/куб. см;
• температура плавления – 419,6 °C;
• температура кипения – 906,2 °C.

Химические свойства

Элемент относят к амфотерным металлам. Это означает, что гидроксид цинка может вступать во взаимодействие и с щелочами, и с кислотами.

Характерная степень окисления +2. При нагревании чистого металла становятся возможны реакции с цинком, в ходе которых образуются:

• фосфиды – при взаимодействии с галогенами и фосфором;
• халькогениды – под воздействием серы и аналогичных по свойствам соединений;
• нитрид – в реакции с аммиаком;
• гидроксоцинкаты – в результате контакта кислых или щелочных сред с металлом обычной чистоты.

Основные уравнения цинка, взаимодействующего с другими элементами, приведены на рисунке ниже.

Цинк в природе

В природе в чистом виде этот металл не встречается. Это обусловлено тем, что взаимодействие цинка с кислородом во влажной атмосфере начинается уже при комнатной температуре.

Существует 66 цинксодержащих минералов. Наиболее часто встречается сфалерит. Его название по-гречески означает обманчивый. Оно было дано из-за сложности в идентификации породы. Металл представлен в нем в виде сульфида.

Важную роль играют следующие минералы:

• цинкит;
• виллемит;
• каламин;
• смитсонит;
• франклинит и т. д.

Содержание элемента в земной коре 0,0083%. Он тяготеет к изверженным породам, концентрация его в которых достигает 0,013%. Кислые участки им бедны. В России месторождения полиметаллических руд, несущих до 4% сульфида цинка, находятся в Нижнем Приангарье и в западной части Таймырского полуострова.

Большое количество сульфида цинка растворено в воде. Его осаждение востребовано промышленностью.

Применение

Элемент востребован в ряде отраслей экономики. Его используют:

1. В процессе получения драгоценных металлов.
2. Для создания антикоррозионного покрытия.
3. Для металлизации поверхностей.
4. При изготовлении элементов питания (аккумуляторов).
5. Для полиграфной печати.
6. При производстве латуни и других промышленных сплавов.
7. При изготовлении люминесцирующих составов.
8. Для создания полупроводников.
9. Как компонент смеси для изготовления стекол для углекислотных лазеров.

Биологическая роль

Этот химический элемент широко применяется в медицине. На это направление тратится около 10% от общего объема добычи. Оксид цинка используется как противовоспалительное средство, является мощным антисептиком.

Содержание элемента в человеческом теле около 2 г. Точная цифра варьируется в зависимости от пола и веса. Он задействован:

• при продуцировании гормонов, в первую очередь инсулина и тестостерона;
• в метаболизме токоферола;
• в выработке 400 ферментов;
• в регуляции роста волос, расщеплении спирта, синтезе спермы.

Микроэлемент содержится в устрицах, овсянке, бобовых. Широкое распространение получили витамины с цинком. В первую очередь они востребованы при проблемах с потенцией. Но их передозировка приводит к тяжелым симптомам, поэтому препараты должны применяться только при доказанном дефиците.

Цинк – важный химический элемент, ставший незаменимой составляющей живой клетки еще на ранних этапах эволюции. В промышленности он считается самым распространенным из всех металлов. Оцинкование – самый дешевый и надежный способ защиты материалов. Расскажите в комментариях, какая сфера применения этого химического элемента на ваш взгляд самая важная.

Смотрите в видео — свойства цинка, применение и биологическая роль, получение водорода:

Также предлагаем к прочтению статью на тему, что такое алканы — строение и химические свойства. Об этом здесь.