Цинк
Цинк — металл и амфотерность
В средневековой Индии (Завар, XII век) цинк получали перегонкой: цинк кипит уже при 907 °C и из печи выходит паром. Европа научилась этому лишь в XVIII веке. С 1837 года сталь покрывают цинком — цинкуют (гальванизируют, в честь Гальвани), и около половины всего цинка идёт на защиту стали.
Цинк (\(3d^{10}4s^2\)) имеет единственную степень окисления +2; d-оболочка заполнена, поэтому его соединения бесцветны, а химия похожа на химию магния и алюминия. Цинк — амфотерный металл: он растворяется и в кислотах, и в щелочах.
scienceЦинк
- \(\ce{Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2 ^}\).
- \(\ce{Zn + 2NaOH + 2H2O -> Na2[Zn(OH)4] + H2 ^}\).
- \(\ce{4Zn + 10HNO3(оч. разб.) -> 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O}\).
- \(\ce{ZnSO4 + 2NaOH -> Zn(OH)2 v + Na2SO4}\); \(\ce{Zn(OH)2 + 2NaOH -> Na2[Zn(OH)4]}\).
- \(\ce{ZnO + 2NaOH ->[сплавление] Na2ZnO2 + H2O}\).
boltАзотная кислота и активный металл
Чем активнее металл и разбавленнее кислота, тем глубже восстанавливается азот: медь даёт NO и \(\ce{NO2}\), цинк и магний в очень разбавленной кислоте — \(\ce{N2O}\), \(\ce{N2}\) и даже \(\ce{NH4+}\). Если «газ не выделился» — ищите нитрат аммония.
Цинк или алюминий?
Цинк и алюминий дают белые амфотерные гидроксиды, растворимые в щелочи, и бесцветные ионы. Как их различить?
| Реактив | \(\ce{Zn^2+}\) | \(\ce{Al^3+}\) |
|---|---|---|
| избыток NaOH | растворяется | растворяется |
| избыток \(\ce{NH3}\) | растворяется: \(\ce{[Zn(NH3)4]^2+}\) | не растворяется |
| \(\ce{Na2S}\) (или \(\ce{H2S}\) в ацетатном буфере) | белый ZnS | \(\ce{Al(OH)3}\) + \(\ce{H2S}\) (совместный гидролиз) |
| \(\ce{K4[Fe(CN)6]}\) | белый осадок | нет осадка |
| прокаливание с \(\ce{Co(NO3)2}\) | зелёная масса (зелень Ринмана) | синяя масса (тенарова синь) |
| ализарин в аммиачной среде | — | красный «лак» |
scienceРеакции цинка
- \(\ce{Zn(OH)2 + 4NH3 -> [Zn(NH3)4](OH)2}\).
- \(\ce{ZnCl2 + Na2S -> ZnS v + 2NaCl}\) — белый.
- \(\ce{3ZnSO4 + 2K4[Fe(CN)6] -> K2Zn3[Fe(CN)6]2 v + 3K2SO4}\).
- \(\ce{2AlCl3 + 3Na2S + 6H2O -> 2Al(OH)3 v + 3H2S ^ + 6NaCl}\) — для сравнения.
auto_awesomeЦинк внутри нас
В организме человека около 2 г цинка. Он — в активном центре карбоангидразы, которая ускоряет гидратацию \(\ce{CO2}\) в крови в миллион раз, и в «цинковых пальцах» — белковых доменах, узнающих последовательности ДНК. Сульфид цинка с примесью меди или серебра светится под ударами электронов и альфа-частиц: им покрывали экраны осциллографов и спинтарископ Крукса.
Оксид цинка и его применения
ZnO — белый амфотерный оксид; при нагревании желтеет (обратимо — дефекты решётки), при охлаждении снова белеет. Цинковые белила, мазь от ожогов и опрелостей, наполнитель резины (активатор вулканизации — на это уходит больше всего ZnO), полупроводник для варисторов и прозрачных электродов.
Хлорид цинка — очень гигроскопичен; его концентрированный раствор («паяльная кислота») растворяет оксиды на поверхности металлов при пайке: образуется \(\ce{H[ZnCl2(OH)]}\), растворяющий оксидную плёнку.
Цинк в батарейках. В солевых и щелочных элементах анод — цинк: \(\ce{Zn + 2OH- - 2e- -> ZnO + H2O}\); катод — \(\ce{MnO2}\) (урок 188). В воздушно-цинковых батарейках слуховых аппаратов катодом служит кислород воздуха.
scienceОксид цинка
- \(\ce{2Zn + O2 ->[t] 2ZnO}\); \(\ce{ZnCO3 ->[t] ZnO + CO2 ^}\).
- \(\ce{ZnO + 2HCl -> ZnCl2 + H2O}\); \(\ce{ZnO + 2NaOH + H2O -> Na2[Zn(OH)4]}\).
- \(\ce{ZnO + C ->[t] Zn ^ + CO}\) — пар цинка (урок 171).
- \(\ce{Zn + S ->[t] ZnS}\); \(\ce{2ZnS + 3O2 ->[t] 2ZnO + 2SO2}\) — обжиг сфалерита, первая стадия получения цинка (урок 174).
- \(\ce{ZnO + H2S -> ZnS + H2O}\) — оксид цинка поглощает сероводород из газов; \(\ce{ZnCl2 + 4NH3 -> [Zn(NH3)4]Cl2}\) — бесцветный аммиакат.
push_pinГлавное
Zn — \(3d^{10}4s^2\), единственная степень окисления +2, соединения бесцветны; \(E^\circ = -0{,}76\) В. Растворяется в кислотах (с очень разбавленной \(\ce{HNO3}\) — до \(\ce{NH4+}\)) и в щелочах: \(\ce{Zn + 2NaOH + 2H2O -> Na2[Zn(OH)4] + H2}\). ZnO и \(\ce{Zn(OH)2}\) амфотерны; \(\ce{Zn(OH)2}\) растворяется в аммиаке (\(\ce{[Zn(NH3)4]^2+}\)) — главное отличие от \(\ce{Al(OH)3}\). ZnS — белый (редкость среди сульфидов), осаждается из уксуснокислых растворов; с \(\ce{K4[Fe(CN)6]}\) — белый \(\ce{K2Zn3[Fe(CN)6]2}\). Проба Ринмана: с нитратом кобальта ZnO даёт зелёную массу, \(\ce{Al2O3}\) — синюю. Цинкование — протекторная защита стали; цинк — в ферментах (карбоангидраза, «цинковые пальцы»).
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.