الخواص الكيميائية

التكوين الإلكتروني الخارجي لذرة الزنك هو 3d 10 4s 2. حالة الأكسدة في المركبات هي +2. تميز إمكانات الأكسدة والاختزال الطبيعية البالغة 0.76 فولت الزنك بأنه المعدن النشطومرمم حيوي. في الهواء عند درجات حرارة تصل إلى 100 درجة مئوية، يفقد الزنك بريقه بسرعة، ويصبح مغطى بطبقة سطحية من الكربونات الأساسية. في الهواء، يتم تغليف الزنك بطبقة رقيقة من أكسيد الزنك. عند تسخينه بقوة، فإنه يحترق ليشكل أكسيد أبيض مذبذب ZnO.

2Zn + O 2 = 2ZnO

لا يتفاعل الفلور الجاف والكلور والبروم مع الزنك في البرد، ولكن في وجود بخار الماء يمكن أن يشتعل المعدن، مكونًا، على سبيل المثال، ZnCl 2. خليط ساخن من مسحوق الزنك والكبريت يعطي كبريتيد الزنك ZnS. يترسب كبريتيد الزنك عندما يعمل كبريتيد الهيدروجين على المحاليل المائية ذات الحموضة الضعيفة أو الأمونيا لأملاح الزنك. يتم الحصول على هيدريد ZnH 2 عن طريق تفاعل LiAlH 4 مع Zn(CH 3) 2 ومركبات الزنك الأخرى؛ مادة تشبه المعدن تتحلل إلى عناصر عند تسخينها.

نيتريد الزنك 3 ن 2 - مسحوق أسود، يتشكل عند تسخينه إلى 600 درجة مئوية في تيار من الأمونيا؛ مستقر في الهواء حتى درجة حرارة 750 درجة مئوية، ويتحلله الماء. تم الحصول على كربيد الزنك ZnC 2 عن طريق تسخين الزنك في تيار من الأسيتيلين. تعمل الأحماض المعدنية القوية على إذابة الزنك بقوة، خاصة عند تسخينها، لتكوين الأملاح المقابلة. عند التفاعل مع حمض الهيدروكلوريك المخفف وH 2 SO 4، يتم إطلاق H 2، ومع HNO 3، بالإضافة إلى NO، NO 2، NH 3. يتفاعل الزنك مع حمض الهيدروكلوريك المركز، H2SO4 وHNO3، ويطلق H2، SO2، NO وNO2، على التوالي. تعمل محاليل وذوبان القلويات على أكسدة الزنك، وتطلق الهيدروجين وتشكل الزنكيتات القابلة للذوبان في الماء. تعتمد شدة عمل الأحماض والقلويات على الزنك على وجود الشوائب فيه. يكون الزنك النقي أقل تفاعلاً تجاه هذه الكواشف بسبب ارتفاع جهد الهيدروجين الزائد. في الماء، تتحلل أملاح الزنك عند تسخينها، وتطلق راسبًا أبيض من هيدروكسيد الزنك (OH) 2. معروف مركبات معقدةتحتوي على الزنك مثلاً SO 4 وغيره.

يتفاعل أكسيد الزنك مع المحاليل الحمضية:

ZnO + 2HNO 3 = Zn(NO3) 2 + H2O

ومع القلويات:

ZnO + 2NaOH (الانصهار) = Na 2 ZnO 2 + H 2 O

يتفاعل الزنك ذو النقاء العادي بشكل نشط مع المحاليل الحمضية:

Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H2

Zn + H 2 SO 4 = Zn SO 4 + H 2

والمحاليل القلوية:

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2

تشكيل الهيدروكسينات. الزنك النقي جدًا لا يتفاعل مع محاليل الأحماض والقلويات. يبدأ التفاعل عند إضافة بضع قطرات من محلول كبريتات النحاس CuSO 4.

عند تسخينه، يتفاعل الزنك مع المعادن غير المعدنية (باستثناء الهيدروجين والكربون والنيتروجين). يتفاعل بنشاط مع الأحماض:

Zn + H 2 SO 4 (مخفف) = Zn SO 4 + H 2

الزنك هو العنصر الوحيد في المجموعة الذي يذوب فيه محاليل مائيةالقلويات مع تكوين 2- أيونات (هيدروكسيسينات):

Zn + 2OH - + 2H 2 O = 2– + H 2

عند إذابة معدن الزنك في محلول الأمونيا، يتكون مركب الأمونيا:

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

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. حيث حمض مركزيتم تقليله إلى أكاسيد النيتروجين، 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 المخفف حمض النيتريكتشكيل 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

عنصر الزنك (Zn) في الجدول الدوري يحمل الرقم التسلسلي 30، وهو يقع في الدورة الرابعة من المجموعة الثانية. الوزن الذري - 65.37. توزيع الإلكترونات على الطبقات 2-8-18-2

أصل اسم العنصر غير واضح، ولكن يبدو من المعقول أنه مشتق من Zinke (وتعني "نقطة" أو "سن" بالألمانية)، وذلك بسبب مظهر المعدن.

الزنك معدن أبيض مزرق ينصهر عند درجة حرارة 419 درجة مئوية ويتحول إلى بخار عند درجة حرارة 913 درجة مئوية؛ كثافته 7.14 جم/سم3. في درجات الحرارة العادية، يكون الزنك هشًا جدًا، ولكن عند 100-110 درجة مئوية ينحني جيدًا ويتم لفه على شكل صفائح. في الهواء، يتم تغليف الزنك بطبقة رقيقة من الأكسيد أو الكربونات الأساسية، مما يحميه من المزيد من الأكسدة.

ليس للماء أي تأثير تقريبًا على الزنك، على الرغم من أنه يقع في سلسلة الجهد بشكل ملحوظ على يسار الهيدروجين. ويفسر ذلك حقيقة أن الهيدروكسيد المتكون على سطح الزنك عندما يتفاعل مع الماء يكون غير قابل للذوبان عمليا ويمنع استمرار التفاعل. في الأحماض المخففة، يذوب الزنك بسهولة لتكوين الأملاح المقابلة.

بالإضافة إلى ذلك، فإن الزنك، مثل البريليوم والمعادن الأخرى التي تشكل هيدروكسيدات مذبذبة، يذوب في القلويات. إذا تم تسخين الزنك في الهواء إلى درجة الغليان، يشتعل بخاره ويحترق بلهب أبيض مخضر، مكونًا أكسيد الزنك

عند تسخينه، يتفاعل الزنك مع المعادن غير المعدنية (باستثناء الهيدروجين والكربون والنيتروجين). يتفاعل بنشاط مع الأحماض:

Zn + H2SO4 (المخفف) = ZnSO4 + H2

الزنك هو العنصر الوحيد في المجموعة الذي يذوب في المحاليل المائية للقلويات لتكوين أيونات (هيدروكسيسينات):

الزنك + 2OH + 2H2O = + H2

الخصائص الفيزيائية للزنك. الزنك معدن متوسط ​​الصلابة. عندما يكون باردًا يكون هشًا، ولكن عند درجة حرارة 100-150 درجة مئوية يكون بلاستيكيًا للغاية ويمكن لفه بسهولة إلى صفائح ورقائق يبلغ سمكها حوالي أجزاء من مائة من المليمتر. عند درجة حرارة 250 درجة مئوية، يصبح هشًا مرة أخرى. ليس لديها تعديلات متعددة الأشكال. يتبلور في شبكة سداسية ذات معلمات a = 2.6594Å، c = 4.9370Å. نصف القطر الذري 1.37 أنجستروم؛ أيوني Zn2+ -0.83 أنجستروم. تبلغ كثافة الزنك الصلب 7.133 جم/سم3 (20 درجة مئوية)، والسائل 6.66 جم/سم3 (419.5 درجة مئوية)؛ نقطة الانصهار 419.5 درجة مئوية؛ نقطة الغليان 906 درجة مئوية. معامل درجة الحرارة للتمدد الخطي 39.710-3 (20-250 درجة مئوية)، معامل التوصيل الحراري 110.950 واط/(م ك) 0.265 كال/سم ثانية درجة مئوية (20 درجة مئوية)، المقاومة الكهربائية 5.9 10-6 أوم سم (20) درجة مئوية)، حرارة نوعيةالزنك 25.433 كيلوجول/(كجم ك.). قوة الشد 200-250 مليون نيوتن/م2 (2000-2500 كجم قوة/سم2)، الاستطالة النسبية 40-50%، صلابة برينل 400-500 مليون نيوتن/م2 (4000-5000 كجم قوة/سم2). الزنك ذو قدرة مغناطيسية، وحساسيته المغناطيسية المحددة هي -0.175·10-6.

الخواص الكيميائية للزنك. التكوين الإلكتروني الخارجي لذرة الزنك هو 3d104s2. حالة الأكسدة في المركبات هي +2. تميز إمكانات القطب القياسية 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، يحدث تدمير المعادن حتى في درجات الحرارة العادية. عند تسخينه بقوة في الهواء أو الأكسجين، يحترق الزنك بشدة بلهب مزرق، مما ينتج عنه دخان أبيض من أكسيد الزنك ZnO. لا يتفاعل الفلور الجاف والكلور والبروم مع الزنك في البرد، ولكن في وجود بخار الماء يمكن أن يشتعل المعدن، مكونًا، على سبيل المثال، ZnCl2. خليط ساخن من مسحوق الزنك والكبريت يعطي كبريتيد الزنك ZnS. يترسب كبريتيد الزنك عندما يعمل كبريتيد الهيدروجين على المحاليل المائية ذات الحموضة الضعيفة أو الأمونيا لأملاح الزنك. يتم الحصول على هيدريد ZnH2 عن طريق تفاعل LiAlH4 مع Zn(CH3)2 ومركبات الزنك الأخرى؛ مادة تشبه المعدن تتحلل إلى عناصر عند تسخينها. نيتريد Zn3N2 عبارة عن مسحوق أسود، يتشكل عند تسخينه إلى 600 درجة مئوية في تيار من الأمونيا؛ مستقر في الهواء حتى درجة حرارة 750 درجة مئوية، ويتحلله الماء. يتم الحصول على كربيد الزنك ZnC2 عن طريق تسخين الزنك في تيار من الأسيتيلين. تعمل الأحماض المعدنية القوية على إذابة الزنك بقوة، خاصة عند تسخينه، لتكوين الأملاح المقابلة. عند التفاعل مع حمض الهيدروكلوريك المخفف وH2SO4، يتم إطلاق H2، ومع HNO3، بالإضافة إلى NO، NO2، NH3. يتفاعل الزنك مع حمض الهيدروكلوريك المركز وH2SO4 وHNO3، ويطلق H2 وSO2 وNO وNO2 على التوالي. تعمل محاليل وذوبان القلويات على أكسدة الزنك، وتطلق الهيدروجين وتشكل الزنكيتات القابلة للذوبان في الماء. تعتمد شدة عمل الأحماض والقلويات على الزنك على وجود الشوائب فيه. يعتبر الزنك النقي أقل تفاعلًا تجاه هذه الكواشف نظرًا لارتفاع جهد الهيدروجين الزائد. في الماء، تتحلل أملاح الزنك عند تسخينها، وتطلق راسب هيدروكسيد أبيض.

أ) تفاعل الزنك مع الأحماض المخففة

الزنك (أوه)2. H2SO4 + Zn = ZnSO4 + H2

الزنك، كمعدن نشط، يمكن أن يشكل ثاني أكسيد الكبريت، والكبريت العنصري، وحتى كبريتيد الهيدروجين مع حمض الكبريتيك المركز.

2H2SO4 + Zn = SO2 + ZnSO4 + 2H2O

عندما يتفاعل الزنك مع حمض النيتريك المخفف للغاية، يتم إطلاق الأمونيا، التي تتفاعل مع الحمض الزائد لتكوين نترات الأمونيوم.

لا يظهر الزنك في الطبيعة كمعدن أصلي. يتم استخراج الزنك بطريقتين:

1) طريقة المعالجة المعدنية الحرارية

2) طريقة التعدين المائي من الخامات المتعددة المعادن التي تحتوي على 1-4% زنك على شكل كبريتيد، بالإضافة إلى النحاس، الرصاص، Ag، Au، Cd، Bi. يتم إثراء الخامات عن طريق التعويم الانتقائي، والحصول على مركزات الزنك (50-60٪ زنك) وفي نفس الوقت مركزات الرصاص والنحاس وأحيانًا أيضًا مركزات البيريت. ويتم حرق مركزات الزنك في أفران ذات طبقة مميعة، لتحويل كبريتيد الزنك إلى أكسيد الزنك؛ ويستخدم ثاني أكسيد الكبريت الناتج SO2 لإنتاج حمض الكبريتيك. هناك طريقان من ZnO إلى Zn.

1) وفقًا لطريقة المعالجة المعدنية الحرارية (التقطير) الموجودة منذ فترة طويلة، يتم إخضاع التركيز المكلس للتلبيد لنقل الحبيبات ونفاذية الغاز، ثم يتم تقليله بالفحم أو فحم الكوك عند درجة حرارة 1200 - 1300 درجة مئوية:

ZnO + C = Zn + CO.

يتم تكثيف الأبخرة المعدنية الناتجة وصبها في قوالب. في البداية، تم إجراء التخفيض فقط في المعوجات المصنوعة من الطين المخبوز، والتي تم تشغيلها يدويًا، وبعد ذلك بدأوا في استخدام المعوجات الميكانيكية الرأسية المصنوعة من الكاربوروندوم، ثم - الأفران الكهربائية ذات العمود والقوس؛ يتم الحصول على الزنك من مركزات الرصاص والزنك في الأفران العالية. زادت الإنتاجية تدريجيا، لكن الزنك يحتوي على ما يصل إلى 3٪ من الشوائب، بما في ذلك الكادميوم الثمين. تتم تنقية الزنك بالتقطير عن طريق الفصل (أي عن طريق تسوية المعدن السائل من الحديد وجزء من الرصاص عند درجة حرارة 500 درجة مئوية)، مما يحقق نقاء بنسبة 98.7%. أحيانًا ما تكون عملية التنقية الأكثر تعقيدًا وتكلفة عن طريق التصحيح تنتج معدنًا بدرجة نقاء تبلغ 99.995٪ وتسمح باستعادة الكادميوم.

الطريقة الرئيسية للحصول على الزنك هي التحليل الكهربائي (الميتالورجيا المائية). تتم معالجة المركزات المحمصة بحمض الكبريتيك. يتم تنظيف محلول الكبريتات الناتج من الشوائب (عن طريق ترسيبها بغبار الزنك) وإخضاعه للتحليل الكهربائي في حمامات مبطنة بإحكام بالرصاص أو بلاستيك الفينيل. يتم ترسيب الزنك على كاثودات الألومنيوم، والتي يتم إزالتها (تجريدها) منها يوميًا وصهرها في أفران الحث. عادة، نقاء الزنك كهربائيا هو 99.95٪، واكتمال استخراجه من التركيز (مع مراعاة معالجة النفايات) هو 93-94٪. يتم الحصول على كبريتات الزنك، Pb، Cu، Cd، Au، Ag من نفايات الإنتاج؛ في بعض الأحيان أيضًا In، Ga، Ge، Tl.

2) تتكون طريقة المعالجة المعدنية المائية لمعالجة مركزات الزنك المحمص من إذابة أكسيد الزنك بمحلول مائي من حمض الكبريتيك والترسيب اللاحق للزنك عن طريق التحليل الكهربائي. لذلك، تسمى طريقة المعالجة الميتالورجية المائية أحيانًا بالتحليل الكهربائي. عند إنتاج الزنك عن طريق التحليل الكهربائي، يتعرض مركز الزنك أولاً للتحميص التأكسدي.

ZnSO4→ الزنك 2+ + SO4 2-

2+ (-) كاثود الزنك، Н2О (+) الأنود: SO42–، Н2О

Zn + 2e Zn 2H2O – 4e O2 + 4H+

2H2O + 2eH2 + 2H2O

معادلة ملخصة

ZnSO4 + 2H2O Zn + H2 + O2 + H2SO4.

يتم ترشيح الرماد الناتج باستخدام إلكتروليت مستهلك يحتوي على حمض الكبريتيك. تتم تنقية المحلول الناتج من كبريتات الزنك من الشوائب الضارة وإرساله للتحليل الكهربائي. وفي هذه الحالة يتم ترسيب الزنك على الكاثود، ويتجدد حمض الكبريتيك في المحلول، والذي يتم إعادته مرة أخرى للترشيح

إذا كان تحميص مركز الزنك يسبق الترشيح، فإن الغرض منه هو التحويل الأكثر اكتمالا لكبريتيد الزنك إلى أكسيد الزنك، القابل للذوبان في المحاليل المخففة لحمض الكبريتيك.

يتم إجراء ترشيح الرماد باستخدام إلكتروليت مستهلك يحتوي على حمض الكبريتيك ويتم الحصول عليه عن طريق التحليل الكهربائي لمحلول الزنك. أثناء عملية المعالجة، تكون خسائر حمض الكبريتيك أمرًا لا مفر منه (سواء الميكانيكية، التي تحدث بسبب فقدان المحلول، والكيميائية، الناجمة عن حقيقة أن حمض الكبريتيك يتم إنفاقه بشكل غير منتج على إذابة الشوائب). يتم تجديد هذه الخسائر عن طريق الحصول على كمية معينة من كبريتات الزنك في الرماد، والتي تذوب بسهولة في الماء. لهذا الغرض، يكفي وجود حوالي 2-4٪ كبريتات الكبريت في المركز المكلس.

ويتم الحصول على حوالي 70% من إنتاج الزنك في العالم بهذه الطريقة. ويفسر ذلك حقيقة أن طريقة التحليل الكهربائي، مع الميكنة الجيدة للعمليات كثيفة العمالة ونسبة عالية من الاستخراج، تنتج زنكًا أنقى من التقطير. بالإضافة إلى ذلك، يتم تسهيل إمكانية الاستخدام المعقد للمكونات القيمة للتركيز. لعزل الزنك، يتم الحصول على تركيز ZnS بعد إطلاق التخصيب:

2ZnS+3O2→ 2ZnO+2SO2

على العموم:

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

Zn + HNO3 = Zn(NO3)2 +NO +H2O

ب) تفاعل أملاح الزنك القابلة للذوبان مع القلويات:

ZnCl2 +2NaOH= ZnOH2↓+2NaCl

Zn(NO3)2+2KOH = ZnOH2↓ +2KNO3

يقع في المجموعة الثانية، مجموعة فرعية جانبية الجدول الدوريمندليف وهو معدن انتقالي. الرقم التسلسلي للعنصر هو 30، والكتلة 65.37. التكوين الإلكترونيةالطبقة الخارجية للذرة هي 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 والغاليوم والكادميوم. في قشرة الأرضيحتوي على 0.0076% زنك، ويوجد 0.07 ملجم/لتر من هذا المعدن مياه البحرعلى شكل أملاح. صيغة الزنك كما مادة بسيطة- الزنك، الرابطة الكيميائية- معدن. 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).

تعريف

الزنك- العنصر الثلاثون من الجدول الدوري. التعيين - Zn من اللاتينية "zincum". يقع في الفترة الرابعة، المجموعة IIB. يشير إلى المعادن. الشحنة الأساسية هي 30.

مركبات الزنك الطبيعية الرئيسية التي يستخرج منها هي معادن galmei ZnCO 3 ومزيج الزنك ZnS. يبلغ إجمالي محتوى الزنك في القشرة الأرضية حوالي 0.01% (بالوزن).

الزنك معدن فضي مزرق (الشكل 1). في درجة حرارة الغرفة، يكون هشًا للغاية، ولكن عند درجة حرارة 100-150 درجة مئوية، ينحني جيدًا ويتم لفه على شكل صفائح. عند تسخينه فوق 200 درجة مئوية، يصبح الزنك هشًا للغاية. عند تعرضه للهواء، يصبح مغطى بطبقة رقيقة من الأكسيد أو الكربونات الأساسية، مما يحميه من المزيد من الأكسدة. الماء ليس له أي تأثير تقريبًا على الزنك.

أرز. 1. الزنك. مظهر.

الكتلة الذرية والجزيئية للزنك

الكتلة الجزيئية النسبية للمادة (Mr)هو رقم يوضح عدد المرات التي تكون فيها كتلة جزيء معين أكبر من 1/12 كتلة ذرة الكربون، و نسبي الكتلة الذريةالعنصر (أ ص)- كم مرة متوسط ​​كتلة الذرات عنصر كيميائيأكثر من 1/12 كتلة ذرة الكربون.

وبما أن الزنك في الحالة الحرة موجود على شكل جزيئات زنك أحادية الذرة، فإن قيم كتلته الذرية والجزيئية تتطابق. وهي تساوي 65.38.

نظائر الزنك

من المعروف أنه في الطبيعة يمكن العثور على الكروم على شكل خمسة النظائر المستقرة 64 زنك، 66 زنك، 67 زنك، 68 زنك، 70 زنك. الأعداد الكتلية لها هي 64 و66 و67 و68 و70 على التوالي. تحتوي نواة ذرة نظير الزنك 64 Zn على ثلاثين بروتونًا وأربعة وثلاثين نيوترونًا، ولا تختلف عنها النظائر المتبقية إلا في عدد النيوترونات.

هناك نظائر اصطناعية غير مستقرة للزنك بأعداد كتلية من 54 إلى 83، بالإضافة إلى عشر حالات متصاوغة من النوى، من بينها النظائر الأطول عمرا هو 65 زنك مع عمر نصف يبلغ 243.66 يوما.

أيونات الزنك

في الخارج مستوى الطاقةتحتوي ذرة الزنك على إلكترونين، وهما تكافؤ:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 .

نتيجة ل التفاعل الكيميائييتخلى الزنك عن إلكترونات التكافؤ، أي. هو المتبرع بها، ويتحول إلى أيون موجب الشحنة:

الزنك 0 -2e → الزنك 2+ .

جزيء الزنك والذرة

في الحالة الحرة، يوجد الزنك على شكل جزيئات زنك أحادية الذرة. فيما يلي بعض الخصائص التي تميز ذرة وجزيء الزنك:

سبائك الزنك

تعتبر سبائك الزنك مع الألومنيوم والنحاس والمغنيسيوم ذات أهمية صناعية واسعة. مع النحاس، يشكل الزنك مجموعة مهمة من السبائك - النحاس. يحتوي النحاس على ما يصل إلى 45% من الزنك. هناك نحاس بسيط وخاص. ويحتوي الأخير على عناصر أخرى، مثل الحديد والألومنيوم والقصدير والسيليكون.

أمثلة على حل المشكلات

مثال 1

يمارس	تمت معالجة الزنك التقني بوزن 0.33 جم بمحلول مخفف من حمض الكبريتيك. يحتل الهيدروجين المنطلق حجم 112 مل في الظروف العادية. احسب نسبة كتلة الزنك في المعدن الصناعي.
حل	دعونا نكتب معادلة تفاعل الزنك مع حامض الكبريتيك المخفف: Zn + H 2 SO 4 (مخفف) = ZnSO 4 + H 2. لنجد عدد مولات الهيدروجين المتحررة أثناء التفاعل: ن (ح 2) = الخامس (ح 2) / الخامس م؛ ن (ح 2) = 112 × 10 -3 / 22.4 = 0.005 مول. وفقا لمعادلة التفاعل n (H 2):n (Zn) = 1:1، أي. ن (H 2) = ن (الزنك) = 0.005 مول. عندئذ تكون كتلة الزنك النقي (بدون شوائب) مساوية لـ ( الكتلة المولية- 65 جم/مول): م نقي (الزنك) = 0.005 × 65 = 0.325 جم. جزء الشامليتم حساب الزنك في المعدن التقني على النحو التالي: ω(Zn) = m نقي (Zn)/ m tec (Zn) × 100%؛ ω(الزنك) = 0.325/ 0.33 × 100%؛ ω(الزنك) = 98.48%.
إجابة	تبلغ نسبة كتلة الزنك في المعدن التقني 98.48%.

مثال 2

يمارس	احسب كتلة الزنك التي يجب إذابتها في حمض الهيدروكلوريك للحصول على الهيدروجين اللازم لاختزال 20 جم من أكسيد النحاس (II) إلى المعدن.
حل	دعونا نكتب معادلات التفاعلات التي تحدث حسب ظروف المشكلة: Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H2 (1)؛ ح 2 + CuO = Cu + H 2 O (2). لنحسب كمية أكسيد النحاس (II) (الكتلة المولية - 80 جم/مول): ن (CuO) = م (CuO) / M (CuO)؛ n (CuO) = 20 / 80 = 0.25 مول. وفقا للمعادلة (2) n (CuO):n (H 2) = 1:1، أي. ن (CuO) = ن (H 2) = 0.25 مول. ثم عدد مولات الزنك التي تفاعلت معها حامض الهيدروكلوريكسيكون مساوياً لـ 0.25 مول، حيث أن n (Zn):n (H 2) = 1:1، أي. ن(الزنك) = ن(H2). كتلة الزنك (الكتلة المولية 65 جم/مول) هي: م نقي (Zn) = n (Zn) × M (Zn)؛ م نقي (الزنك) = 0.25 × 65 = 16.25 جم.
إجابة	كتلة الزنك 16.25 جم