Поцинкова стоманата срещу ръжда, бори се с настинката и захранва първите батерии (цинк-въглеродните).

Цинк — Zn · №30

Цинк (Zn) — химичен елемент №30

Без него мостовете ръждясват, имунната система куца и първите батерии никога нямаше да проработят. Цинкът е металът, когото рядко забелязваме, но когото забелязваме веднага, щом го няма — по обелен покрив, по счупено желязо, по настинка, която не минава. Елемент №30 от периодичната таблица на елементите е тихият работник на химията.

История на откриването

Цинкът е любопитен случай в историята на химията — металът е бил използван с хилядолетия, преди някой да разбере какво точно използва. Месингът, сплавта от мед и цинк, е правен в древния Рим и Индия поне от 200 г. пр. Хр. Индийски металурзи са топили цинкова руда и са получавали сравнително чист метал още около 9 век от н.е. — изпреварвайки европейците с близо осем века. В рудниците на Завар в днешен Раджастан са намерени следи от промишлено производство на цинк, датирани около 9–10 век. Европа обаче дълго не е знаела какво точно прави.

В западната наука честта за официалното „кръщение" принадлежи на германския химик Андреас Сигизмунд Маргграф. На 22 август 1746 г. той представя пред Берлинската академия на науките описание на метод за получаване на чист цинк чрез нагряване на цинков оксид с въглен в затворен съд. Маргграф е педантичен и методичен — описва точно температурите, съдовете и получения продукт. Именно тази публикация поставя цинка на картата на европейската химия като самостоятелен елемент, а не като мистериозна съставка на месинга.

Самото название „цинк" е по-старо от Маргграф. Парацелз, алхимикът и лекар от 16 век, използва думата „zincum" в текстовете си, вероятно от немска дума, свързана с думата „зъб" или „връх" — заради заострените кристали, в които металът понякога се образува при охлаждане. Символът Zn идва директно от това латинизирано название. Когато четете за периодичната таблица на елементите, ще забележите, че цинкът е сред малкото метали, чиито имена носят средновековна следа.

Физични свойства

Цинкът е синкавобял метал с характерен тъп блясък. На допир и на вид прилича на алуминий, но е значително по-тежък — плътността му е 7.134 g/cm³, което го нарежда близо до желязото. Топи се при 420 °C, което е относително ниска температура за метал — оловото се топи при почти същото, докато желязото изисква над 1500 °C. Тази ниска точка на топене прави цинка удобен за леене под налягане.

Характерна особеност на цинка е крехкостта му при стайна температура. Ако се опитате да огънете цинков прът, той ще се пречупи, а не ще се деформира плавно. Но нагрейте го до между 100 и 150 °C и изведнъж се превръща в ковък, лесно обработваем метал. Охладете го под 0 °C и отново куха нещо странно: при удар той издава характерен звук, наречен в английската металургична литература „tin cry" — подобно явление на оловото при огъване. Цинкът „крещи" с тих, скърцащ звук, когато кристалната му решетка се деформира.

Металът кристализира в хексагонална плътна опаковка. Тази структура е донякъде причина за анизотропното му поведение — физичните свойства се различават в зависимост от посоката на кристала. Проводимостта на цинка е умерена: приблизително 16.6 × 10⁶ S/m, далеч под медта, но достатъчна за редица приложения.

Химични свойства

Цинкът практически има само едно работно окислително състояние: +2. За разлика от съседите си в периодичната таблица, той не се интересува от +1, +3 или по-високи степени при нормални условия. Тази химична предсказуемост го прави удобен реагент — реакциите му са прозрачни и управляеми.

На въздух цинкът се покрива с тънък слой от цинков оксид (ZnO) и цинков карбонат (ZnCO₃), който образува матова сивкава патина. Точно тази патина е ценна — тя не е красива, но е непропусклива и защитава метала отдолу. Именно затова поцинкованата стомана издържа десетилетия на открито: цинковото покритие не само бариерно защитава стоманата, но и действа като жертвен анод — ако стоманата се открие, цинкът около нея продължава да се окислява вместо нея.

Цинкът е амфотерен метал — реагира и с киселини, и с основи. В разредена солна киселина се разтваря спокойно с отделяне на водород; в концентриран натриев хидроксид прави същото, образувайки цинкат (ZnO₂²⁻). Тази двойственост го отличава от повечето метали.

Сред ключовите съединения на цинка се открояват: цинков оксид (ZnO) — бяла пудра с UV-поглъщащи свойства, цинков сулфид (ZnS) — полупроводник, използван в луминесцентни покрития, цинков хлорид (ZnCl₂) — силно хигроскопична сол, намираща употреба в спойки и батерии, и цинков сулфат (ZnSO₄) — традиционен компонент на торове и фунгициди. Органоцинковите съединения, създадени от Едуард Франкланд в средата на 19 век, поставят основите на съвременната металоорганична химия.

Къде го срещаме

Поцинкованата стомана е навсякъде — покривите на индустриални сгради, оградите на магистрали, буферите на камиони, болтовете на строителни скелета. Световното производство на цинк надхвърля 13 милиона тона годишно, като около половината отиват именно в горещо поцинковане. Процесът е прост: стоманата се потапя в стопен цинк при около 450 °C и излиза с характерния перлено-сив слой от цинково-желязна сплав.

Месингът — сплавта с мед — е другото голямо приложение. Кранове, резбови фитинги, музикални инструменти, декоративни дръжки: всичко това е в по-голямата си степен цинк. Типичният месинг съдържа между 15 и 40% цинк.

В електрониката цинковите батерии са първото нещо, с което децата разглобяват стари играчки. Цинк-въглеродната клетка, изобретена в края на 19 век, е толкова стандартна, че почти не се забелязва. Цинк-въздушните батерии захранват слухови апарати: с малки, плоски таблетки с диаметър под 12 мм те осигуряват изненадващо висока енергийна плътност.

Слънцезащитните кремове с „минерален" филтър съдържат цинков оксид. За разлика от органичните UV-филтри, ZnO не се разгражда на светлина и не се абсорбира в кожата — стои на повърхността и физически разсейва ултравиолетовото лъчение. Нанокристалният цинков оксид прави кремовете прозрачни, без да губи ефективността си.

В строителството цинков ламарина е традиционен покривен материал в Европа от 19 век. Парижките покриви, разпознаваеми с тъмносивия си цвят, са именно от цинк — по-точно от сплав, наречена „Rheinzink", разработена за устойчивост в градска среда.

Биологична роля

Цинкът е втрият по разпространение преходен метал в човешкото тяло след желязото. Тялото на възрастен човек съдържа около 2–3 грама цинк, разпределени предимно в мускулите, костите, кожата и черния дроб.

Биологичната роля на цинка е преди всичко каталитична: той влиза в структурата на над 300 ензима. Карбоанхидразата — ензимът, който превръща въглеродния диоксид в бикарбонат в еритроцитите — работи само с цинков йон в активния си център. Алкохолната дехидрогеназа, която разгражда алкохола в черния дроб, е друг класически пример. Без цинк тя просто спира.

Цинковите „пръсти" (zinc fingers) са една от най-разпространените структури в молекулярната биология: малки протеинови домени, стабилизирани от цинков йон, които се закачат за ДНК и регулират генната експресия. Около 10% от всички протеини в човешкия геном съдържат такъв домен.

Имунната система има специфична зависимост от цинка. При дефицит — дори лек, под клиничния праг — Т-клетките се делят по-бавно, интерферонът се секретира по-малко, а зарастването на рани се забавя. Оттук идват пастилките с цинков ацетат при настинка: не правят чудеса, но съкращават продължителността на симптомите с около 24–40%, ако се приемат в рамките на 24 часа от началото — показват проучвания от Финландия и Индия.

Нормалният дневен прием е около 8–11 mg. Дефицитът при деца в развиващите се страни е сериозен здравен проблем — причинява нарушения в растежа, забавено полово съзряване и повишена чувствителност към инфекции. Световната здравна организация изчислява, че около 17% от световното население е изложено на риск от цинков дефицит.

Любопитни факти

Цинкът е самоубиец с план. Когато поцинкована стомана получи надраскване до основния метал, цинкът около нея продължава да кори вместо желязото. Това явление — катодна протекция — е открито от Хъмфри Дейви при изследване на корозията на медните обшивки на британски кораби. Цинкът го прилага по-ел

Разгледайте всички Химия в Uchitel.bg →